Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!
Suprotno uvriježenom mišljenju, gromobrani ne privlače munju, već joj se suprotstavljaju. Ovaj izum Benjamina Franklina 1752. godine postao je trajni element u zaštiti zgrada od opasnih munja. Zahvaljujući osnovnim zakonima elektrostatike, štiti nas tijekom grmljavine.
Što je munja?
Munja je prirodno elektrostatičko pražnjenje koje se javlja u atmosferi, obično tijekom grmljavinske oluje. Može se dogoditi između tla i sloja grmljavinskih oblaka ili isključivo u atmosferi, između dva sloja oblaka. Pražnjenje je uzrokovano prisutnošću velike potencijalne razlike, koja doseže vrijednosti od 10-100 MV (megavolti).Samo pražnjenje se odvija pod strujom do nekoliko stotina kiloampera. Pri udaru se stvara naboj od oko 5 kulona i oslobađa se do 1 GJ (gigadžula) energije, što rezultira plazmom s temperaturom od oko 50 000 K (kelvina).
Gore brojke pokazuju koliko su munje opasne. Za ljude mogu biti kobni, jedan su od uzroka požara, a također predstavljaju opasnost za bilo koju električnu opremu.
Riža. 1. Raspodjela električnih naboja u oblaku
Uzrok munje
Fenomen elektrostatičke polarizacije, tj. razdvajanje pozitivnih i negativnih naboja u volumenu oblaka odgovorno je za električna pražnjenja u atmosferi. U pravilu, donji sloj oblaka nakuplja negativan naboj, dok njegov gornji sloj ostaje pozitivno nabijen. Razlog ovakvoj raspodjeli su brojni sudari molekula vode i kristala leda unutar oblaka te razlike u raspodjeli električnog naboja između molekula tekuće i smrznute vode.Električno polje koje stvara oblak uzrokuje polarizaciju zemljine površine. Na njegovom vanjskom sloju inducira se pozitivan naboj.
Zrak je izolator. Međutim, u prisutnosti jakog električnog polja, čak iu dielektriku, može doći do vodljive staze. To je zbog fenomena ionizacije, tj. odvajanje elektrona od atoma. U zraku se nakupljaju slobodni elektroni i pozitivni ioni koji osiguravaju vodljivost naboja. Pretvaranje dielektričnog zraka u vodljivu plazmu omogućuje protok velike količine naboja između oblaka i tla u obliku munje.
Munje se pojavljuju i iznad zemlje, između donjeg i gornjeg sloja grmljavinskih oblaka.
Gromobran ili sustav zaštite od munje
Izum gromobrana pripisuje se Benjaminu Franklinu (1706.-1790.), jednom od utemeljitelja Sjedinjenih Država, koji je također bio filozof, znanstvenik, izumitelj i političar.
Riža. 2. Skice ranih instalacija za zaštitu od groma (JAH Reimarus, Detaljna pravila za zaštitu od groma za sve zgrade, 1797.).
Riža. 3. Ukrasni umeci za gromobran (L. Clasen. Gromobrani u svom dizajnu i ugradnji, 1895.).
Riža. 4. Moderna gromobranska zaštita
Gromobran ima dvostruku ulogu/Prvo, omogućuje smanjenje potencijalne razlike između oblaka i zaštićenog objekta, uzrokujući fenomen ionizacije zraka i neutralizirajući naboj u oblaku. Ako to nije dovoljno i do pražnjenja ipak dođe, gromobran osigurava sigurno pražnjenje naboja u zemlju.
Gromobran obično ima oblik šiljate šipke (vidi - sl. 4.), koja se postavlja na najvišu točku zgrade. Ova šipka je uzemljena, tj. spojen na debeli vodič, koji ga spaja s tzv.zemnom elektrodom,tj. metalna elektroda postavljena u vlažan sloj zemlje.
Zaštita od groma
Raspodjela električnog naboja na površini zemlje iu oblaku stvara električno polje usmjereno od pozitivno nabijene zemlje prema negativno nabijenom donjem sloju oblaka. Pod djelovanjem tog polja u gromobranu se inducira pozitivan naboj, a slobodni elektroni hrle prema zemlji. Na šiljastom dijelu gromobrana nakuplja se električni naboj velike površinske gustoće. Zatim dolazi do koronskog pražnjenja - fenomena koji nastaje zbog činjenice da zrak oko gromobrana postaje ioniziran.
Napomena. Koronsko pražnjenje je električno pražnjenje koje se javlja u ioniziranom plinu. To je moguće čak i kada je potencijalna razlika premala da bi se stvorio proboj ili luk, zbog stvaranja plazme oko nabijene elektrode.
Negativne elektrone privlači pozitivno nabijeni gromobran, a pozitivne ione privlači oblak.To zauzvrat smanjuje količinu negativnog naboja u oblaku i smanjuje potencijalnu razliku između oblaka i tla, što sprječava stvaranje munje.
Međutim, jedna ionizacija zraka oko zaštićenog objekta možda neće biti dovoljna. Grmljavinski oblaci (kumulonimbusi) su niski oblaci, ponekad visoki samo nekoliko stotina metara. Međutim, mogu se okomito protezati nekoliko kilometara. S velikom akumulacijom naboja u njihovom donjem sloju može doći do električnog pražnjenja. U ovom slučaju gromobran pruža zaštitu od nekontroliranog protoka velikog naboja.
Budući da je gromobran najviša točka zgrade, postoji najveća vjerojatnost da će ga grom pogoditi. Srećom, gromobran je uzemljen, tako da naboj može otjecati u zemlju bez izazivanja opasnosti.