Percenként 6000 villám robban

Bár ma éppen hétágra süt a nap, de az utóbbi napokban rendkívül heves zivatarok fordultak elő országszerte, amelyekben a villámcsapások többször is lakóházakat értek. Laikusként az ember fél a családi házában, legszívesebben a tízemeletes panelba menekülne, mert rémlik valami a fizika tanulmányokból, hogy az, mint egy Faraday-kalitka, megvédi. Mivel ez nem mindig kivitelezhető megoldás a félelem feloldására, talán az is segít, ha tudjuk, mi játszódik le villámláskor. Dr. Szegedi Sándor, egyetemi docens, a Debreceni Egyetem Meteorológiai Tanszékének vezetője segített megérteni ezt a csodálatos, de félelmetes jelenséget.

– Benjamin Franklin amerikai államférfi és természettudós már a 18. században bebizonyította, hogy a villámlás az elektromosság egyik megjelenési formája. Ha két tárgyon vagy felületen ellentétes (negatív/pozitív) töltések gyűlnek össze, és a két felületet közelítjük egymáshoz, akkor bizonyos távolságból a töltések átáramlanak: egy szikra formájában kiegyenlítődik a töltéskülönbség – kezdi az elején Szegedi tanár úr. – Ez történik, ha műszálas pulóverünkkel feltöltve egy kilincshez nyúlunk, és az megráz. Ugyanez zajlik le a benzinmotorok gyújtógyertyáiban és az ívhegesztésnél is. A villám ezekhez hasonló elektromos kisülés, de a lényegesen nagyobb áramló töltésmennyiségnek köszönhetően sokkal nagyobb energiájú és sokkal veszélyesebb is.

Zivataroknál jellemző

– A villámokat általában a zivatarfelhőkben és a hidegfrontok mentén egymással érintkezve intenzíven emelkedő meleg, illetve süllyedő hideg légtömegek, a bennük mozgó vízcseppek és jégkristályok hozzák létre – magyarázza Dr. Szegedi Sándor. A felfelé mozgó meleg levegő pozitív töltéseket szállít a felhő felső részébe, míg az ereszkedő hideg levegő az alsó felhőtérbe gyűjti a negatív töltéseket. Villámok akkor alakulhatnak ki, ha a térerősség eléri az 1 millió volt/métert. A villámlás több, rendkívül gyorsan (néhány ezredmásodperc alatt) lezajló fázisban megy végbe. Ahogy a zivatarfelhőben kialakult a szükséges töltésmennyiség, először a felhő negatív töltésű, alsó része felől indul elektronáramlás a földfelszín felé, ami a környező levegő gázmolekuláit ionizálja. Ez az úgynevezett előkisülés kialakítja az általában elágazó csatornát a fővillám számára.

Ahogy a negatív töltésáram a felszínhez közelít, a földfelszín jólvezető (kiemelkedő/nedves/fém tárgyak) pontjaiból rövid, felfelé irányuló pozitív töltésáramok indulnak ki. Amikor az előkisülés főága összekapcsolódik a felszínről kiinduló, legerősebb pozitív feláramlással, egy elektromosan töltött levegőcsatorna jön létre. Mivel a csatorna ellenállása kisebb a környező levegőnél, ezért a kisülés (a töltéskiegyenlítődés) ezen keresztül zajlik le.

Dörög az ég

A mennydörgés ekkor keletkezik, mivel a villámcsatornában lévő levegő közel 30 ezer °C-ra (a Nap felszíni hőmérsékletének közel hatszorosára) melegszik fel, tehát hirtelen kitágul és hangsebességű (330 m/s) lökéshullámot indít el, hasonlóan egy robbanáshoz. Ezért a villámlás és a dörgés között eltelt másodpercek számát 330-cal megszorozva a villámlás távolságát kapjuk. A villámok kialakulhatnak a felhő eltérően töltött részei (felhővillámok) és a felszín közt (vonal és elágazó villámok). Földünkön egyidőben átlagosan 1500-2000 zivatar zajlik, amelyekben percenként átlagosan 6000 villámkisülés történik.

Hatásai, veszélyei

A villámcsapás hatásai egyrészt az áramló, hatalmas elektromos töltésmennyiséggel függenek össze, tehát áramütés-jellegűek az élőlényekre, de megrongálják az elektromos berendezéseket is. Másrészt a kisülést kísérő rövid, ám igen erős hőimpulzussal is összefüggenek: a villámsújtotta élő fák törzse gyakran szinte szétrobban, mivel a bennük levő vizet a hő a másodperc tört része alatt elpárologtatja, a keletkező gőz pedig szétfeszíti a szöveteket.
Mivel a fővillám előtti előkisülés mindig az elektromosan legjobban vezető utat keresi meg a földhöz, olyan tárgyak vonzzák magukhoz, amelyek környezetükből relatíve kiemelkednek, s rajtuk pozitív töltés-felhalmozódás megy végbe (fém tárgyak).

A hárítók

Ezen az elven működnek a villámhárítók is. Ezek az épületeken elhelyezett, kiálló fémrudak erős pozitív töltést gyűjtenek össze, amelyek 50-100 méteres körzetben nagy valószínűséggel magához vonzzák az előkisülés csatornáját, az áramot pedig vastag huzalon keresztül a földbe vezetik. A magas épületekre, tornyokra, kéményekre kötelező villámhárítót szerelni, a környezetükből kiemelkedő vagy magányosan álló házakra szintén célszerű szereltetni. Ellenkező esetben ugyanis a kémény, esetleg az antenna működhet villámhárítóként.
Az épületek belső terében a villámcsapás nem veszélyezteti az emberi életet, azonban a hálózatra kapcsolt, túlfeszültség-védelem nélküli elektromos készülékekben komoly kárt tehet. Ezeket tehát érdemes zivatar idején kihúzni a hálózatból. Szabadban tartózkodva zivatar esetén ügyeljünk arra, hogy ne érintkezzünk nagyobb fémtárgyakkal (bicikli, esernyő). Fa alá sem érdemes behúzódni, mivel az is villámhárítóként működhet. – Inkább ázzunk el, mint hogy a villám csapjon belénk! – tanácsolja Dr. Szegedi Sándor. A nem halálos, közvetett villámcsapások áldozatai is leggyakrabban fa alá húzódva sérülnek meg. Ha mezőn ér a zivatar, célszerű leülni, lefeküdni, hogy ne emelkedjünk ki a környezetünkből. A személygépkocsi Faraday-kalitkaként valóban védelmet jelent, egy kerékpártól viszont célszerű eltávolodni, mivel az ilyen helyzetben villámhárítóként működik.

B. Gergely Krisztina