Физици разрешават 50-годишна загадка, свързана с мълниите
Вероятността да бъдете ударени от гръмотевица е по-малка от едно на милион, само че тази възможност доста се редуцира този месец, когато през уикенда на 12-13 ноември във всички австралийски щати и територии са регистрирани повече от 4,2 милиона удара от мълнии.
Прочетете още
Като се има поради, че всеки удар на гръмотевица се движи със скорост над 320 000 километра в час, това е голямо количество електричество.
През последните 50 години учени от целия свят се пробват да схванат за какво мълнията се движи на зиг-заг и по какъв начин е обвързвана с гръмотевичния облак над нея.
Досега не е имало дефинитивно пояснение - физик по плазмата от Университета на Южна Австралия разгласява забележителна публикация, която позволява и двете загадки.
Защо мълнията се движи на зиг-заг и по какъв начин е обвързвана с гръмотевичния облак над нея? Кредит: Pixabay/CC0 Public Domain
Д-р Джон Лоук (John Lowke), някогашен академик от CSIRO, а в този момент учител в UniSA, споделя, че физиката на мълниите е затруднявала най-хубавите научни мозъци в продължение на десетилетия.
" Има няколко учебника за мълниите, само че нито един от тях не изяснява по какъв начин се образуват зиг-загите (наречени стъпала), за какво електропроводимият дирек, свързващ стъпалата с облака, остава мрачен и по какъв начин мълнията може да измине километри ", изяснява доктор Лоук, предава offnews.
Отговорът? Синглет-делта метастабилни кислородни молекули.
Синглетен О2
Синглетният О2 е същият като молекулярния О2, т.е. формулата на синглетния О2 също е O2 или O=O (също написана като 1[О2] или 1О2). Синглетният О2 е най-ниското възбудено положение на двукислородната молекула и е мощно реактивен тип, който взаимодейства с биологичната тъкан. Той е кинетично неустойчив при температура на околната среда, само че скоростта на раздробяване е мудна.
Основната разлика сред синглетното и естественото (триплетното) положение е, че триплетното положение е по-стабилно от синглетното положение. Това е по този начин, защото синглетните молекули имат единствено една допустима класификация на спиновете на електроните с общ квантов спин 0, до момента в който триплетът има три вероятни подредби на електронни спинове с общ квантов спин 1, съответстващи на три изродени положения. Триплетното положение също е с по-висока сила от синглетното положение.
Синглетният О2 е реактивна форма на молекулярния О2, при която посоката на спина на един електрон е обърната, което кара този електрон да заема орбитално равнище с по-висока сила.
В спектроскопската нотация най-ниските синглетни и триплетни форми на O2 се значат като 1Δg и 3Σ
g, надлежно.
Запълване на електронните орбитали в молекулата на кислорода: (вляво) в главно положение ( " естествен " кислород); (вдясно) във възбудено положение ( " синглетен О2 " ). Кръстчетата са двойки електрони, а диагоналните линии - единични електрони. Кръговете са електронни орбитали, а празните кръгове са незаети орбитали. Според правилото на Хунд електроните първо запълват всички орбитали с несъмнено енергийно равнище (показано на едно ниво) и едвам откакто всички празни орбитали са запълнени, се образуват електронни двойки. Ето за какво атомният О2 (показан странично във всеки случай) съдържа два несдвоени електрона. Когато електронните орбитали се сливат при образуването на кислородна молекула, се ползва същото предписание, тъй че кислородът в главно положение има два несдвоени електрона с паралелни спинове. Поради това кислородът може да одобри единствено по един електрон с антипаралелни спинове, което води до двойки електрони. В синглетния О2 един от несдвоените електрони, нарушавайки правилото на Хунд, трансформира посоката на спина и се свързва с втори електрон, освобождавайки нискоенергийна орбитала. Ето за какво синглетният О2 е доста реактивен.
По принцип мълнията се случва, когато електроните удрят кислородните молекули с задоволително сила, с цел да основат високоенергийни синглет-делта кислородни молекули. След като се сблъскат с молекулите, " откъснатите " електрони образуват високопроводимо ходило - в началото светещо - което преразпределя електрическото поле, предизвиквайки поредни стъпала.
Провеждащата колона, свързваща стъпалото с облака, остава тъмна, когато електроните се прикрепят към неутрални кислородни молекули, последвани от неотложно отделяне на електроните от синглетните делта молекули.
Защо това е значимо?
" Трябва да разберем по какъв начин се инициира мълнията, с цел да можем да измислим по какъв начин по-добре да защитим постройките, самолетите, небостъргачите, скъпите църкви и хората ", показва доктор Лоук.
Макар че хората рядко биват поразявани от мълнии, постройките са поразявани неведнъж, изключително високите и изолирани здания (Емпайър Стейт Билдинг е удрян към 25 пъти всяка година).
Решението за отбрана на структурите от удари на мълнии остава едно и също в продължение на стотици години.
Гръмоотводът, изобретен от Бенджамин Франклин през 1752 година, съставлява на процедура дебела оградна тел, която се прикрепя към върха на постройката и се свързва със земята. Той е предопределен да притегля мълниите и да заземява електрическия заряд, като защищава постройката от щета.
" Тези пръти на Франклин през днешния ден се изискват за всички здания и църкви, само че несигурният фактор е какъв брой са нужни за всяка конструкция ", споделя доктор Лоук.
Съществуват и стотици постройки, които понастоящем не са предпазени, в това число навеси в паркове, постоянно направени от поцинковано желязо и поддържани от дървени стълбове.
Това може да се промени с новите австралийски стандарти за мълниезащита, които предлагат тези покриви да бъдат заземени. Д-р Лоук е член на комитета на австралийските стандарти, който предлага тази смяна.
" Подобряването на мълниезащитата е толкоз значимо в този момент заради по-екстремните метеорологични феномени, провокирани от изменението на климата. Освен това, макар че създаването на екологично чисти композитни материали в самолетите усъвършенства горивната успеваемост, тези материали доста усилват риска от повреди от мълнии, тъй че би трябвало да разгледаме спомагателни ограничения за отбрана.
" Колкото повече знаем за метода, по който се появяват мълниите, толкоз по-добре осведомени ще бъдем при проектирането на нашата застроена среда ", споделя доктор Лоуке.
Прочетете още
Като се има поради, че всеки удар на гръмотевица се движи със скорост над 320 000 километра в час, това е голямо количество електричество.
През последните 50 години учени от целия свят се пробват да схванат за какво мълнията се движи на зиг-заг и по какъв начин е обвързвана с гръмотевичния облак над нея.
Досега не е имало дефинитивно пояснение - физик по плазмата от Университета на Южна Австралия разгласява забележителна публикация, която позволява и двете загадки.
Защо мълнията се движи на зиг-заг и по какъв начин е обвързвана с гръмотевичния облак над нея? Кредит: Pixabay/CC0 Public Domain
Д-р Джон Лоук (John Lowke), някогашен академик от CSIRO, а в този момент учител в UniSA, споделя, че физиката на мълниите е затруднявала най-хубавите научни мозъци в продължение на десетилетия.
" Има няколко учебника за мълниите, само че нито един от тях не изяснява по какъв начин се образуват зиг-загите (наречени стъпала), за какво електропроводимият дирек, свързващ стъпалата с облака, остава мрачен и по какъв начин мълнията може да измине километри ", изяснява доктор Лоук, предава offnews.
Отговорът? Синглет-делта метастабилни кислородни молекули.
Синглетен О2
Синглетният О2 е същият като молекулярния О2, т.е. формулата на синглетния О2 също е O2 или O=O (също написана като 1[О2] или 1О2). Синглетният О2 е най-ниското възбудено положение на двукислородната молекула и е мощно реактивен тип, който взаимодейства с биологичната тъкан. Той е кинетично неустойчив при температура на околната среда, само че скоростта на раздробяване е мудна.
Основната разлика сред синглетното и естественото (триплетното) положение е, че триплетното положение е по-стабилно от синглетното положение. Това е по този начин, защото синглетните молекули имат единствено една допустима класификация на спиновете на електроните с общ квантов спин 0, до момента в който триплетът има три вероятни подредби на електронни спинове с общ квантов спин 1, съответстващи на три изродени положения. Триплетното положение също е с по-висока сила от синглетното положение.
Синглетният О2 е реактивна форма на молекулярния О2, при която посоката на спина на един електрон е обърната, което кара този електрон да заема орбитално равнище с по-висока сила.
В спектроскопската нотация най-ниските синглетни и триплетни форми на O2 се значат като 1Δg и 3Σ
g, надлежно.
Запълване на електронните орбитали в молекулата на кислорода: (вляво) в главно положение ( " естествен " кислород); (вдясно) във възбудено положение ( " синглетен О2 " ). Кръстчетата са двойки електрони, а диагоналните линии - единични електрони. Кръговете са електронни орбитали, а празните кръгове са незаети орбитали. Според правилото на Хунд електроните първо запълват всички орбитали с несъмнено енергийно равнище (показано на едно ниво) и едвам откакто всички празни орбитали са запълнени, се образуват електронни двойки. Ето за какво атомният О2 (показан странично във всеки случай) съдържа два несдвоени електрона. Когато електронните орбитали се сливат при образуването на кислородна молекула, се ползва същото предписание, тъй че кислородът в главно положение има два несдвоени електрона с паралелни спинове. Поради това кислородът може да одобри единствено по един електрон с антипаралелни спинове, което води до двойки електрони. В синглетния О2 един от несдвоените електрони, нарушавайки правилото на Хунд, трансформира посоката на спина и се свързва с втори електрон, освобождавайки нискоенергийна орбитала. Ето за какво синглетният О2 е доста реактивен. По принцип мълнията се случва, когато електроните удрят кислородните молекули с задоволително сила, с цел да основат високоенергийни синглет-делта кислородни молекули. След като се сблъскат с молекулите, " откъснатите " електрони образуват високопроводимо ходило - в началото светещо - което преразпределя електрическото поле, предизвиквайки поредни стъпала.
Провеждащата колона, свързваща стъпалото с облака, остава тъмна, когато електроните се прикрепят към неутрални кислородни молекули, последвани от неотложно отделяне на електроните от синглетните делта молекули.
Защо това е значимо?
" Трябва да разберем по какъв начин се инициира мълнията, с цел да можем да измислим по какъв начин по-добре да защитим постройките, самолетите, небостъргачите, скъпите църкви и хората ", показва доктор Лоук.
Макар че хората рядко биват поразявани от мълнии, постройките са поразявани неведнъж, изключително високите и изолирани здания (Емпайър Стейт Билдинг е удрян към 25 пъти всяка година).
Решението за отбрана на структурите от удари на мълнии остава едно и също в продължение на стотици години.
Гръмоотводът, изобретен от Бенджамин Франклин през 1752 година, съставлява на процедура дебела оградна тел, която се прикрепя към върха на постройката и се свързва със земята. Той е предопределен да притегля мълниите и да заземява електрическия заряд, като защищава постройката от щета.
" Тези пръти на Франклин през днешния ден се изискват за всички здания и църкви, само че несигурният фактор е какъв брой са нужни за всяка конструкция ", споделя доктор Лоук.
Съществуват и стотици постройки, които понастоящем не са предпазени, в това число навеси в паркове, постоянно направени от поцинковано желязо и поддържани от дървени стълбове.
Това може да се промени с новите австралийски стандарти за мълниезащита, които предлагат тези покриви да бъдат заземени. Д-р Лоук е член на комитета на австралийските стандарти, който предлага тази смяна.
" Подобряването на мълниезащитата е толкоз значимо в този момент заради по-екстремните метеорологични феномени, провокирани от изменението на климата. Освен това, макар че създаването на екологично чисти композитни материали в самолетите усъвършенства горивната успеваемост, тези материали доста усилват риска от повреди от мълнии, тъй че би трябвало да разгледаме спомагателни ограничения за отбрана.
" Колкото повече знаем за метода, по който се появяват мълниите, толкоз по-добре осведомени ще бъдем при проектирането на нашата застроена среда ", споделя доктор Лоуке.
Източник: trafficnews.bg
КОМЕНТАРИ