Fulgere in furtunile de nisip – partial explicate
Furtunile de nisip pot genera fulgere spectaculoase, dar modul in care fac acest lucru a ramas un mister nedezvaluit in totalitate.
Descoperirea secretelor modului in care apar aceste fulgere in furtunile de nisip i-ar putea ajuta pe oamenii de stiinta sa se lupte cu tot felul de probleme.
De la nori de particule incarcate electric care pot provoca explozii devastatoare in industria alimentara, a medicamentelor si a carbunelui, pana la praful care ar putea ascunde panourile solare vitale in misiunile pe Luna sau pe Marte.
Nisipul este un izolator, asa ca a vedea furtunile de nisip generand fulgere ar fi oarecum ca si cum ai vedea cum iese electricitatea dintr-o furtuna plina de bile de cauciuc.
A fost o enigma de mai bine de 150 de ani cu privire la modul in care firicelele de nisip pot transfera cantitati uriase de sarcina electrica necesare pentru ca aceste fulgere sa aiba loc.
„Este cu adevarat surprinzator pentru mine faptul ca, in ciuda iluziilor noastre, nu intelegem cele mai simple efecte care i-au determinat pe Faraday, Kelvin, Maxwell si altii sa studieze in primul rand electromagnetismul”, a spus fizicianul Troy Shinbrot de la Universitatea Rutgers, New Jersey.
Acum, Shinbrot si colegii sai cred ca un model nou simplu ar putea ajuta la rezolvarea unui aspect al acestui mister.
„Ne intoarcem la radacinile fizicii si le gasim bogate in comportamente neexplorate care nu au fost bagate in seama de secole”, a spus Shinbrot.
Cum se produc aceste fulgere in furtunile de nisip
Presupunand prezenta unui camp electric (de unde provine acest camp electric in natura nu se stie inca), particulele sferice din campul format din izolatori devin polarizate – adica sarcina electrica se aduna de fiecare parte a sferelor.
Cand doua astfel de particule se lovesc intre ele, sarcinile din fiecare sfera sunt rearanjate astfel incat fiecare sa fie de doua ori mai polarizata decat inainte.
Pe masura ce aceste particule se ciocnesc si se indeparteaza una de cealalta din nou si din nou, cantitati uriase de sarcina ar putea fi transferate chiar si in absenta oricarui tip de mediu conductor.
Acest model prezice ca norii subtiri de praf ar acumula doar sarcini slabe, ceea ce are sens, deoarece norii subtiri au doar cateva particule care sa se ciocneasca impreuna.
In mod surprinzator, totusi, norii grosi cu multe particule acumuleaza, de asemenea, doar sarcini slabe, din cauza unui fenomen numit „colaps granular”.
„Intr-un nor gros, particulele se ciocnesc cu multi vecini, dar, fiindca fiecare coliziune consuma energie, particulele isi pierd rapid aceasta energie, iar un calcul detaliat arata ca fiecare particula dintr-un nor gros suporta mai putine ciocniri pe unitate de timp decat intr-un nor de grosime moderata”, a spus Shinbrot.
Cu toate acestea, in norii intermediari, poate rezulta o incarcare electrica deosebit de mare.
Shinbrot si echipa sa si-au testat noua teorie printr-un experiment. Acestia au pus margele de sticla colorata intr-un bol si l-au plasat sub un camp electric de 30 de kilovolti.
Apoi au introdus aer in bol si au urmarit ce s-a intamplat. La densitati neoptimale, doar cateva margele s-au incarcat electric, dar la densitatea optima prezisa de model, multe margele si-au luat zborul.
Punerea in aplicare a acestor descoperiri
Aceste descoperiri ar putea duce la noi metode de a perturba acumularea oricaror sarcini electrice nedorite – de exemplu, intr-o fabrica industriala, unde particulele incarcate electric pot duce la conditii explozive periculoase.
In primul rand, s-ar putea aplica un camp electric moderat pentru a atrage particulele incarcate pe anumite suprafete pentru a le neutraliza incarcarea electrica.
In al doilea rand, pot fi gasite modalitati de a minimiza incarcarea electrica dn norii de praf – de exemplu, s-ar putea insamanta un nor cu particule proiectate la comanda care pot ajuta la stingerea incarcarii electrice.
Ramane insa un mister pe care oamenii de stiinta inca nu il pot explica: ce anume din natura genereaza campul electric care polarizeaza initial nisipul? Aceasta intrebare ramane in continuare fara raspuns.
„Campurile electrice externe de la furtunile din apropiere, de exemplu, incarca electric cerealele, dar in desert nu exista de obicei o astfel de sursa externa”, a spus Shinbrot.
Shinbrot si colegii sai si-au detaliat descoperirile despre producerea de fulgere in furtunile de nisip in revista Nature Physics.
Urmariti acest site – curiozitati stiinta – pentru a afla si alte lucruri noi si interesante despre universul in care traim!
Sursa: livescience.com, nbcnews.com, researchgate.net, nature.com.
Acest articol a fost sustinut de cititori ca tine.
Misiunea noastra este sa oferim publicului stiri precise si captivante despre stiinta. Aceasta misiune nu a fost niciodata mai importanta decat este astazi.
Nu putem face, insa, acest lucru fara tine.
Sprijinul tau ne permite sa pastram continutul acestui blog gratuit si accesibil. Investeste in jurnalismul stiintific donand chiar astazi.