Äike ja staatiline elekter (0)

Tartu Kutsehariduskeskus
Mootorliikurid, laevandus ja lennundustehnika
Äike ja staatiline elekter
Referaat
Juhendaja : Helmo Hainsoo
Tartu 2010

Sisukord

Sisukord 2
Milline on pikselöögi mõju inimese organismile? 6
Staatiline elekter
Staatiline elekter on äratanud inimestes huvi juba sajandeid . Ligikaudu 2500 aastat tagasi märkas kreeka filosoof Thales (625-547 eKr), et kui siidriidega hõõruda kivistunud puunõret, mida nimetatakse merevaiguks, hakkab merevaik külge tõmbama siidi ja teisi kergeid esemeid, nagu näiteks sulgi. Keha elektriseerimiseks peab sellele rakendama mingit jõudu (põhiliselt on selleks hõõrdejõud). Nüüd on teada, et külgetõmme tekib sellepärast, et hõõrumine viib osa elektrone siidi pinnalt merevaigu pinnale. Negatiivselt laetud merevaik tõmbab aga ligi kergeid objekte, sest püüab neile kaotada oma üleliigseid elektrone. Asi on elektriliselt positiivsel laetud siis, kui temas on elektronide puudujääk ja negatiivselt siis, kui temas on elektronide ülejääk. Samasugune efekt tekib, kui tõmmata kammiga korduvalt läbi kuivade juuste või lohistada jalgu mööda nailonvaipa. Villast või nailonriiet kokku pannes võivad tekkida sädemed ning võib kuulda praksuvat heli. Seda tüüpi elektrit nimetatakse staatiliseks, sest laeng püsib laetud objektil – merevaigul, kammil või inimesel, kuni elekter leiab mingi viisi äravoolamiseks või elektrilahenduseks. Tihti moodustub laeng nullpotentsiaaliga esemel ka induktsioonülekande teel teiselt laengult omavalt materjalilt. Näiteks arvuti- või teleriekraani ees olevatel esemetel võib kanduda potentsiaal pinge umbes 10000V. Mõõtmised näitavad arvutiekraani potentsiaaliks 18000-20000V. Selle laengu "maandussurinat" kuuleme siis, kui sõrmega ekraani puudutame või sealt tolmu pühime. Tolmu koguneb ekraanile rohkem kui kõrval olevatele esemetele. Põhjuseks on staatiline elekter. Naistele on kindlasti tuttav olukord, kui seelik või kleit tõmbub ümber säärte, eriti talvel. Laengute suurus meie kehal võib ulatuda 5000 voldini, sõltuvalt õhu suhtelisest niiskusest. Kui ilmad on kuivad, kasvavad laengud märgatavalt suuremaks kui niiskete ilmade puhul. Laeng purskub enam- vähem iseenesest, kui õhu suhteline niiskus on väiksem kui 25%, aga ilmastiku niiskuse suurenedes ei saa kõrvaldada staatilise elektri probleemi. Ideaalseks õhuniiskuseks loetakse 40%.

• Et staatilist elektrit tunda, on vaja 3000- voldist laengut.
  

• Et kuulda, on vaja 4000- voldist laengut.
  

• Et näha, on vaja üle 5000- voldist laengut.
  

Mis on äike?
Äike ehk pikne on elektriline atmosfäärinähtus, mis ilmneb välkude ja müristamisena.Äike võib tekkida rünksajupilvede korral. Ta tekib suhteliselt lühikese aja jooksul. Kiiresti tõusvad soojad ja niisked õhumassid kogunevad atmosfääri kõrgematesse kihtidesse, tekitades võimsa ja sademeterohke pilvemoodustise (tihti alasikujuline). Äikesega kaasnevad välk, sageli tugevad hoovihmad (põhjustavad äkilisi  üleujutusi), tugev tuul, rahe ning trombid (vesipüksid). Kohalikku ehk õhumassisisest äikest põhjustavad tõusvad õhuvoolud, mis tekivad maapinna ebaühtlase soojenemise tagajärjel harilikult pärast keskpäeva, mere kohal ka öösel ja hommikul . Frondiäike puhkeb enamasti külmafrondil (atmosfäärifront) tekkivais pilvedes . Sel juhul muutub ilm pärast äikest jahedamaks. Frondiäike hõlmab suuremat piirkonda ja on kestvam kui kohalik äike. Maakeral on äikest korraga keskeltläbi umbes 1800 kohas. Äikese sagedus kahaneb üldiselt ekvaatorilt pooluste suunas, näiteks Jaava saarel on aastas üle 300 äikesepäeva, Eestis keskmiselt 10...20. Selle põhjuseks on pooluselähedasemate alade madalam temperatuur ja väiksemad temperatuuri kontrastid.
Mis on välk?
Välk on võimas nähtav elektrilahendus, mis esineb äikesepilves, pilvede vahel või pilve ja maapinna vahel. Tavaliselt on ühe välgu kestvus 0,2 sekundit. Selle ajaga jõuab säde pilve ja maa vahel üles-alla käia isegi mitukümmend korda. Kõige rohkem on joonvälku, mis kujutab endast harilikult 2...3 km pikkust mitmeharulist välgukanalit.Õhus on alati elektrit. Ka täiesti puhtas õhus leidub alati laetud osakesi. Päikeselt liigub Maa poole peale valgust kandvate neutraalsete (ilma elektrilaenguta) footonite ka laetud osakesi. Neid on aga tunduvalt vähem kui maailmaruumi avarustest tulevas kosmilises kiirguses sisalduvaid vesiniku-, heeliumi-, süsiniku-, hapniku-, raua- jt ioone arvust. Nende energia on miljoneid kordi suurem kui energia, mida on osakestele suudetud anda inimese poolt loodud kiirendites. Kui sellised energiapommid õhu molekulidega kokku põrkavad, tekib ioone veelgi juurde.Seetõttu on õhk umbes 50 kilomeetri kõrgusel kosmiliste kiirte mõjul tugevasti ioniseeritud. Ka Maal on küllaltki suur elektrilaeng . Mõlema laengu suurus on umbes 100 000 kulonit: ionosfääril positiivne, maapinnal negatiivne laeng. Elektriväli paneb enda mõju all olevad laetud osakesed liikuma. Tekib elektrivool, mis on suunatud maapinna poole. Voolutugevus pole küll suur: igas mõttelises üheruutmeetrise ristlõikepindalaga õhutorus kulgeb vool tugevusega 10–12 amprit. Selle tulemusena jõuab iga sekundiga maapinna igale ruutmeetrile elektrilaeng, mille suuruseks on vaid üks miljondik miljondikust kulonist. Et meie planeedi pindala on küllalt suur, läbib Maa atmosfääri kokkuvõttes umbes 1800-amprine vool, mis toob maapinnale igas sekundis keskmiselt 1800 kuloni suuruse positiivse laengu. Maapinnani jõudnud positiivne laeng peaks kiiresti maapinna negatiivse laengu kompenseerima! Ometi säilib maakeral pidevalt negatiivne laeng suurusjärgus 100 000 kulonit! Põhjus on selles, et lisaks maapinna poole suunduvale voolule kulgeb samas piirkonnas eespoolnimetatule vastassuunas kulgev vool, mis tugevneb just pilvise ja sajuse ilma korral. Nimelt on kihtpilvedes ja kihtsajupilvedes laetud osakesi umbes sada korda rohkem kui pilvedeta atmosfääris. Mida paksem ja ulatuslikum on pilv ning mida suuremad on selles sisalduvad veepiisad, seda suurem on pilve laeng. Pilve sisse võib koguneda märkimisväärselt suur elektrilaeng. Sõltuvalt pilve suurusest tekib välk, kui temasse on kogunenud 10...100 kuloni suurune elektrilaeng.

Milline on pikselöögi mõju inimese organismile?

Äikesenoolest tabatul on tüüpilistel juhtudel rohked verevalumid ja põletushaavad. Pikselöögi tagajärjel seiskub tihti süda. Uuemate tähelepanekute järgi ei põhjusta inimese või looma surma mitte ainult äikese ajal tekkiv elektrilaeng. Meditsiiniajakirjas Lancet avaldatud artiklis teatatakse, et surma põhjuseks võib olla ka pikselöögi ajal tekkiv magnetväli. Piisab sellest, et rohkem kui 100 000-amprine vool tungib inimesest või loomast mõne meetri kaugusel maasse. Säärase elektrilöögiga kaasneva magnetvälja toimel võibki süda seisma jääda. Erinevalt otsesest äikesetabamusest ei põhjusta magnetväli inimese kehal põletushaavu ja verevalumeid. Arvatavasti võib just piksega kaasneva magnetvälja arvele kirjutada jalgratturite salapärase hukkumise mitmes paigas. Et ennast äikese eest kaitsta, tuleb hoonetele paigaldada korralikud piksevardad. Eemale tuleb hoida kõrgetest puudest lagedal väljal. Eriti ohtlikud on lehtpuud (tammed) nende suure veesisalduse tõttu. Majades tuleb hoiduda telefoniga kõnelemisest, teleri vaatamisest (maailmas on küllaga näiteid tulekahjude kohta, mis on põhjustatud välgulöögist TV-antenni) ja ahju kütmisest (suitsusammas toimib laetud osakeste suure kontsentratsiooni tõttu piksevardana). Eemale tuleb hoida isegi seinakontaktidest.
Kasutatud kirjandus

• http://wiki.elfaelektroonika.ee/index.php?title=Staatiline_elekter
  
• http://et.wikipedia.org/wiki/%C3%84ike
  
• http://www.rescue.ee/14926