Hrom a blesk.

Hrom je doprovodný efekt samotného protnutí blesku vzduchem. Vysoká teplota blesku zahřeje i vzduch podél cesty blesku. Zahřátý vzduch se prudce rozpíná a vyvolává nárazové vlny, které pak slyšíme jako hrom.

Čím je blesk delší a mohutnější, tím je i zvuk hromu výraznější a delší. Díky hromu se dá i přibližně určit vzdálenost bouřky od místa pozorovatele a posluchače. Rychlost zvuku ve volné atmosféře je přibližně 340 m/s, zvuk hromu urazí tedy zhruba 1 kilometr přibližně za 3 vteřiny. Světlo blesku se v atmosféře šíří rychlostí velmi blízkou rychlosti světla ve vakuu, čili je viditelné prakticky okamžitě, jeho zvukový doprovod v podobě hromu má oproti světlu mnohonásobné dopravní zpoždění dané relativně pomalou rychlostí šíření zvuku v atmosféře.

Hromosvod (přesné pojmenování je řídce užívané slovo bleskosvod) je zařízení, které vytváří umělou, vodivou cestu k přijetí a svedení bleskového výboje. Hromosvod se zřizuje zejména na objektech, kde by mohl výboj blesku:

§  ohrozit zdraví nebo životy osob (bytové domy, nemocnice, školy)

§  způsobit poruchu (elektrárny, plynárny, vodárny, nádraží)

§  způsobit hospodářské či kulturní škody (výrobní haly, muzea, archívy)

§  nebo na objektech, které sousedí s objekty významnými a v případě zásahu by je mohly ohrozit požárem.

Hromosvod má tři hlavní části - jímací vedení, svod(y) a uzemnění. Dle jímacího vedení rozdělujeme hromosvody na hřebenové a mřížové, svody na náhodné a strojené, uzemnění na náhodné, základové, obvodové nebo tyčové.

Dále hromosvody můžeme rozlišovat na klasické (franklinova typu – hřebenové, mřížové, tyčové, oddálené, stožárové, závěsové, klecové), nebo na aktivní (zařízení se včasnou emisí výboje, elektronický blok)

Materiály v Česku nejvíce používané na jímací vedení, svody a uzemnění jsou:

§  žárově zinkovaná ocel (železo a zinek)

§  měď

§  slitiny hliníku, např. dural (hliník, hořčík, křemík)

§  nerezová ocel

Uzemnění je vodivé spojení nějakého zařízení s podložím. Zřizuje se jako ochrana před úrazem elektřinou, pro ochranu před bleskem a přepětím, nebo pro správnou činnost elektrických zařízení.

Pro pracovní uzemnění kladného pólu ve stejnosměrných zařízeních se nemá používat náhodný základový zemnič.

Typ a hloubka uložení zemničů musí být takové, aby při vysychání půdy, ani jejím promrzání nezvyšovalo odpor uzemnění nad požadovanou hodnotu.

15. června 1754 vztyčil Prokop Diviš svou „povětrnostní mašinu“. Na půdě své přímětické fary sestavil zemněný bleskosvod. Byla to soustava 400 kovových hrotů spojených s uzemněním, která měla odsávat elektřinu z oblak a snižovat tak nebezpečí vzniku blesku. Fungovala samozřejmě i jako bleskosvod. Americký vědec a státník Benjamin Franklin přišel již v roce 1749 s důkazem, že blesk je elektrické podstaty. Svůj tyčový uzemněný bleskosvod však postavil ve Filadelfii až v roce 1760, tedy šest let po Divišovi. Jednalo se o zařízení principiálně odlišné od vynálezu Václava Prokopa Diviše.

Pozorování konal V. P. Diviš při každé bouřce. Jejich výsledky zasílal do Prahy profesoru Sorinkinovi. Své závěry sepsal v rozsáhlém pojednání „Magia naturális“ (O podstatě atmosférické elektřiny), který dedikoval císařovně Marii Terezii. Princip svého vynálezu si Diviš ověřil dokonce i při návštěvě císařského dvora, kde pomocí hrotů ukrytých ve své paruce rušil experimenty dvorních fyziků.

Benjamin Franklin (17. ledna 1706 Governors Island u Bostonu - 17. dubna 1790. Philadelphia byl státník, diplomat, vydavatel, přírodovědec a spisovatel. Byl jedním ze zakladatelů americké demokratické kultury.

Benjamin Franklin hrál hlavní roli při založení Pennsylvánské univerzity.

V roce 1752 se Benjamin Franklin rozhodl zjistit, jestli existuje souvislost mezi elektrickým proudem a bleskem. Provedl velmi nebezpečný pokus. Vzal papírového draka a připevnil ho ke kovové tyči. Potom přivázal konec provázku na klíč a vyšel do bouře. Když drak vyletěl do bouřkového mraku, uviděl jiskry a cítil náraz, jak elektřina z mraku prošla z draka po provázku ke klíči.

Potom Franklin vyrobil a vyzkoušel první bleskosvod. Dnes jsou všechny budovy vybaveny bleskosvody, které přitahují blesk lépe než budova samotná. Připojený vodič odvede elektrický proud bezpečně do země a zabrání tak poškození budovy.

Blesk je silný přírodní elektrostatický výboj produkovaný během bouřky. Bleskový elektrický výboj je provázen emisí světla. Elektřina procházející kanály výboje rychle zahřívá okolní vzduch, který díky expanzi produkuje charakteristický zvuk hromu.

Při úderu blesku dochází při napětí i několik miliard voltů k přenosu proudu až o hodnotě 100 000 ampérů

Rychlost blesku se blíží rychlosti světla a vzduch se při úderu ohřeje až na 30 000 °C. Někdy se výboj vydává několika drahami – jedná se o „rozvětvený blesk“. Blesky uvnitř jednoho mraku se nazývají „plošné“ a ze země je lze vidět jen jako světelné záblesky. Blesky mohou za bouřky v praxi nabývat velmi podivných tvarů i neobvyklých rozměrů, vždy záleží na konkrétních fyzikálních a klimatických podmínkách.

Historie výzkumu blesku

Během prvotního výzkumu elektřiny pomocí leidenských láhví a jiných instrumentů si mnoho lidí myslelo, že krátké jiskry sdílejí s bleskem určitou podobnost. Benjamin Franklin zkoušel testovat tuto teorii použitím dlouhé tyče, která měla být vztyčena ve Filadelfii, ale během čekání na její dokončení, dostal nápad použít létající objekt - např. papírový drak.

Během následující bouřky v červnu roku 1752 spolu se svým synem jako asistentem vznesli draka do výšky. Na konec jeho lanka připevnili klíč a uvázali ho na kolík s hedvábnou nití. Časem si Franklin všimnul ztrátu vláken na lanku napínáním; pak dal svou ruku dost blízko ke klíči a jiskra přeskočila mezerou. Padající déšť namočil lanko a udělal ho vodivým.

Experimenty s bleskem jsou vždy extrémně rizikové a byly často smrtelné. Nejznámější oběť z mnohých imitátorů Franklina byl profesor Richman z Sankt Petersburgu (Rusko). Vytvořil podobnou sestavu jako Franklin a byl na zasedání Akademie věd, když uslyšel bouřku. Utíkal domů se svým rytcem na zachycení události pro potomstvo.

Franklin též vynalezl bleskosvod, pravděpodobně jako výsledek popsaného experimentu.

Jak je blesk formován

První proces při vzniku blesku je silná separace pozitivních a negativních nábojů v mraku nebo vzduchu. Mechanismus procesu je stále objektem výzkumu, ale jedna široce akceptovaná teorie je polarizační mechanismus. Tento mechanismus má 2 složky: první je, že padající kapky ledu a deště se elektricky polarizují během průchodu přírodním elektrickým polem atmosféry, a druhá je, že srážející se ledové částice se nabíjejí elektrostatickou indukcí. Po nabití částic ledu nebo kapek jakýmkoli mechanismem, práce se koná, když protikladné náboje jsou odděleny a energie je uložena v elektrických polích mezi nimi. Kladně nabité krystaly mají tendenci stoupat nahoru a vytváří kladný náboj vrcholu mraku a záporně nabité krystaly a kroupy padají do středních a spodních vrstev mraku, čímž vzniká oblast se záporným nábojem. V této fázi může vzniknout blesk mezi dvěma mraky. Blesk mezi mrakem a zemí je méně častý. Kupovité mraky („kumulonimbus“), které neprodukují dost ledových krystalů, obvykle nejsou s to vytvořit dost nábojové separace pro vznik blesku.

Blesk se může vyskytnout též v mracích z popelu při sopečných erupcích nebo může být způsoben silnými lesními požáry, které vyprodukují dostatečné množství prachu pro tvorbu statického náboje.

Negativní blesk

Blesk obvykle vzniká, když neviditelný negativně nabitý impuls z krokového kanálu je vyslán z mraku. Když se to stane, pozitivně nabitý krokový kanál je obvykle vyslán z pozitivně nabité země nebo mraku. Když se 2 kanály střetnou, elektrický proud značně vzroste. Oblast vysokého proudu rozšiřuje zpětně pozitivní krokový kanál do mraku. Tento „zpětný impuls“ tvoří nejjasnější část výboje a je to část, která je opravdu viditelná. Většina bleskových výbojů trvá obvykle asi čtvrtinu sekundy. Někdy několik výbojů prochází nahoru a dolů stejným kanálem, způsobujíc efekt blikání. Hrom vzniká, když výboj rychle zahřeje vodící kanál a vznikne rázová vlna.

Tento typ blesku se nazývá negativní blesk pro vybití negativního náboje z mraku a zahrnuje přes 95% všech blesků.

Pozitivní blesk

Pozitivní blesk tvoří méně než 5% všech blesků. Vyskytuje se, když se krokový vodič formuje při pozitivně nabitých vrcholech mraků s tím důsledkem, že negativně nabitá proudnice je vyslána ze země. Celkovým efektem je vybití pozitivních nábojů do země. Výzkum vedený po objevu pozitivního blesku v 70. létech 20. století ukázal, že pozitivní blesky jsou typicky 6 - 10 krát silnější než negativní blesky, trvají asi 10 krát déle a mohou udeřit několik kilometrů od mraku. Během pozitivního blesku vzniká velké množství rádiových vln o extrémně nízké frekvenci a velmi nízké frekvenci.

Pozitivní blesk byl též viděn jak spouští výskyt horních atmosférických blesků. Vyskytuje se častěji v zimních bouřkách a na konci bouřky.