Most nyáron különösen aktuális - egy kis villámtan

A villám a természe egyik leglátávnyosabb jelensége

Nyáron különösen gyakran előfordul a hirtelen jött, erős villámlással és mennydörgéssel kísért zivatar. E félelmetes természeti jelenség komoly veszélyt jelenthet a szabadban tartózkodó emberekre. Mit kell tudni a villámlásról, és hogyan tudjuk elkerülni a villámcsapás kockázatát? A cikkben összefoglaljuk e hasznos tudnivalókat.

A villámlás anatómiája

A nyári, zivataros időszakban különösen gyakori villámlás a légkörben keletkező elektromos kisülés, átívelés, azaz rövidzárlat. 100 millió volt feszültség és néha 10.000 ampernél nagyobb áramerősség is létrejöhet egy villám kisülésekor. Összehasonlításképp: egy villanykörte áramerőssége néhány tized amper. Akkor keletkezik villám, amikor szétválasztódnak töltések. Ennek oka nem pontosan ismert, de valószínűleg a felhőkben levő vízcseppek, jégkristályok súrlódásának a következménye.

A villám a természe egyik leglátávnyosabb jelensége Forrás: Allan Burch

A villám létrejöhet felhőn belül, két felhő közt, vagy a felhő és talaj között. Arago francia fizikus szerint a villámnak három formája van: a vonalas villám, a felületvillám és a gömbvillám.

Francois Arago francia természettudós osztályozta először a villámok típusait Forrás: Wikimedia Commons

A vonalas villám olyan, mit a vonalas gép szikrája, alakja a légrétegek különböző vezetőképességéhez alkalmazkodik: zegzugos fősugarak és kisebb elágazások alkotják, ez a villámtípus a leggyakoribb. A felületvillám egy-egy zivatarfelhő nagyobb felvillanása.

Villámok a világűrbőll nézve, az ISS egyik felvételén Forrás: ESA/NASA

A kevéssé ismert gömbvillám gömb alakú, aránylag lassan halad, és nagy pusztítást végez, amely nem csak zivatarban, hanem derült napos időben is megjelenhet.Van még egy különleges villámtípus, az úgynevezett száraz villám, amit a nép nyelvben a „mennykő szeleként" emlegettek.

Forrás: Wikimedia Commons

A szárazvillám nem gyújt, „csak" rombol. Ha ember közelében csap be, akkor a test elektromos töltései hirtelen szétválnak, majd villámlás után egyesülnek, amely az idegrendszert teljesen szétrombolja, külső nyomot nem hagyva.

Már a milliomod része is súlyos veszélyt jelent

Az emberi szervezet számára a villámláskor felszabaduló energiának már a milliomod része is veszélyes. Élettani hatása a töltésmennyiségtől függ, ami az áramerősség és az átfutási idő függvénye. Ha ez az idő nagyon rövid, mint a villám esetén, akkor akár 100 amper is átfuthat az emberen anélkül, hogy sérülést okozna, de mivel izomgörcsöt vált ki, az életfunkciók leállnak.

Felületvillám világítja meg a zivatarfelhőt Forrás: MTI/Kovács Attila

A villámlás időtartama a szekundum milliomod részétől a szekundum tized részéig tart.

Az áram mindig a legkisebb ellenállás irányába megy, így a villám is a legkönnyebb célpontba csap bele. Kétféleképp okozhat súlyos bajt a villám a szabadban tartózkodó embereknek. Ha a villám közvetlenül belecsap valakibe, ez általában azonnali halállal jár, de komoly kockázatot jelenthetnek a közvetlen közelben kisült villám okozta földáramok.

Egy magasba nyúló zivatarfelhő, a cumulonimbus képe. A zivatarfelhőkben rendkívül heves fel és lefelé tartó áramlások uralkodnak Forrás: wikimedia.org

Az előbbi nyílt helyen, hegytetőn, hegygerincen, kiálló szikláknál, sík szabad terepen, valamint nagyobb vízfelületen történhet meg.

Aki ilyen helyen tartózkodik zivataros időben, könnyen magához vonzhatja a villámot.

Érdekes ásványt keletkeztet a homokba csapott villám

A földáram ha a talaj szilárd, nedves, akkor a felszínen fut végig, és a rövid mélyedéseken átugrik. Ha az ember két ilyen mélyedés közt tartózkodva hidat képez, akkor az áram végigfut rajta. A testen áthatoló áram mennyisége függ a felszínen áthaladó teljes áramerősségtől, a test szigetelésétől (például, hogy milyen ruhát visel az áldozat, a gumipapucs, és a gumicsizma szigetel) valamint az érintkezési pontok távolságától.

Lecsapó villám Forrás: Mudra László - Origo

A távolság és az áram hatása egyenesen arányos,

azaz minél nagyobb a távolság, annál erősebb a hatás. Egy másik érdekes tünemény, hogy amikor a villám homokos talajba csap, egy üvegszerű ásványi anyag, fulgurit keletkezik.

Homokos talajba csapott villám által létrehozott ásvány, a fulgurit Forrás: Wikimedia Commons

Ugyanez történik, ha a nagyfeszültségű vezeték leszakad és homokos talajra hull. A fulgurit fraktálforma, amely a talajon és a talajban gyökérszerűen elágazik.

Felhők szülte vakító rövidzárlat

Lényegét tekintve a villám egy rendkívül erős rövidzárlat. A rövidzárlat a két eltérő potenciálú pontot köt össze közvetlenül, így nagy áram folyhat át rajta.

Hogy mennyi, az attól függ, mekkora a potenciálkülönbség a két pont közt.

Ilyenkor a két pont közti ellenállás nagysága nagyon kicsi, elhanyagolható.

Villámcsapás ér egy embert a vízparton, Brazíliában Forrás: LiveLeak

Az átfolyó áram hővé alakul, amely annyira fehevítheti a vezetéket, hogy az el is éghet. (Nyomtatott áramkör esetén még plusz veszély, hogy az áramköri lemez elszenesedhet, és mivel a szén jó vezető, a szigetelési ellenállás durván lecsökken.) Az átívelés a rövidzárlatnak egy olyan esete, amikor a vezetők nem érintkeznek fémesen. Ilyenkor a levegő a vezető, azon keresztül jön létre a rövidzárlat. Átíveléshez minimum 327 volt feszültség szükséges.

Sík terepen az ember is villámhárítóvá válhat

Nagyfeszültség, így a villám kisülése esetén a levegő ionizálódik, és ekkor már kisebb feszültség illetve nagyobb távolság is elegendő ahhoz, hogy a rövidzárlat fennmaradjon. Ennek kockázatát növeli a levegő nedvességtartalma, a felület szennyezettsége, és az úgynevezett csúcshatás. A „csúcsok", kiálló hegyes dolgok, mint pl. az antenna, magához vonzzák a villámot.

A Föld villámtérképe (1996-2013). A világosabb lila színű helyekre csapott be a legtöbb villám négyzetkilométerenként Forrás: NASA

Ennek a jelenségnek az az oka, hogy egy feltöltött fémtesten a töltéselosztás nem egyenletes, a csúcsoknál nagyobb a töltéssűrűség, és ezáltal a közelében a térerősség.

Ez az oka annak is, hogy miért tilos nagyfeszültségű vezetékek közelében tartózkodni.

A bőrön levő nedvesség csökkenti huszad részére az ellenállást: kéztől kézig a száraz bőr ellenállása 100.000 ohm, a nedvesé 5.000 vagy kevesebb ohm.

Villám cikázik az égbolton Forrás: MTI/EPA/Jahja Arhab

Az áramkisülés szervezetre gyakorolt hatása attól is függ, hogy milyen testrészeket érint, milyen úton halad át az ember testében. Ha az egyik kéztől a másikig a szíven, vagy ha a fejtől a lábig a gerincen át halad,

akkor még a gyenge áramütés is sokkal veszélyesebb,

mint ha az egyik lábtól a medencéig, vagy a kéztől a vállig halad a sokkal erősebb áramütés.

Mi okozza a félelmetes dörgést?

A villámlást erős hangjelenség, dörgés szokta kísérni. Oka, hogy

a villámlás okozta hő miatt a levegő hirtelen kitágul és lökéshullám keletkezik, ami hanghullámként terjed tovább.

Hogy milyen távol van tőlünk a vihar, úgy számoljuk ki, hogy megszámoljuk, hány másodperc telik el villámlás és a dörgés közt és ezt beszorozzuk 330-cal, mivel a fénysebesség 330-szor gyorsabb, mint a hang

Az ISS-en készítették ezt a fotót egy kuvait felett becsapó villámról Forrás: NASA

(A fénysebesség 300.000 km/sec, a hangsebesség pedig tengerszinten mérve 330 m/sec). A dörgés több másodpercig, vagy akár egy percig is eltarthat, közben a hangerő többször lökésszerűen megváltozik, mert a hang visszaverődik a tárgyakról és a felhőkről.

Hogy kerülhetjük el a villámcsapás okozta katasztrófát?

A villámcsapást úgy lehet a legjobban elkerülni, hogy azonnal elhagyjuk a villámcspástól legjobban veszélyeztetett, és az előzőekben említett területeket. A kiálló tárgyak, például síkvidéken a fák, vagy akár maga az ember is villámhárítóként működnek

A közeledő vihar elől időben húzódjunk épületekbe Forrás: YouTube

Ilyen veszélyes hely lehet még a magában álló nagy szikla, a csurgók, vagy a kis odú.

Ezeken a helyeken rövidzárlat jöhet létre. Mélyedésbe bújni csak akkor szabad, ha minimum 1,5 méter mély, barlangba pedig csak ha a bejárattól, faltól, tetőtől minimum 1,5 méter távolságra vagyunk.

Forrás: AFP/Wolfgang Runge

Csökkenti a veszélyt, ha guggoló testhelyzetet veszünk fel zárt lábakkal és térdekkel,

hogy csak egy ponton érintkezzünk a talajjal és a talpunk és a talaj közé szigetelőréteget teszünk, például gumit, esőkabátot, követ.

Trópusi vihar Forrás: Nem York Post

Ha rendelkezésre áll, takarjuk be magunkat alumínium mentőfóliával, úgy, hogy ne érintkezzen a talajjal, így mivel az áram a legkisebb ellenállás irányába megy, és a mentőfólia vezeti az áramot, azon fog keresztülfolyni, nem pedig rajtunk.

A repülőn és az autóban biztonságban vagyunk

Biztonságban vagyunk, ha autóban ülünk, ugyanis az autó úgynevezett Faraday-kalitkaként működik, de ugyanez a helyzet a repülőgéppel is.

A repülőgépben biztonságban vagyunk a villámcsapástól Fotó: Szabó Gábor - Origo

A repülőgépet is érheti villámcsapás,

ezért a gép és a környezet potenciálja meg kell hogy egyezzen. Erre szolgálnak a szárnyak végén elhelyezett hegyes fémtüskék, amelyek a korona, vagy úgynevezett csendes kisülést elvezetik.

Michael Faraday brit fizikus Forrás: Wikipédia

(Ekkor a nagyfeszültség ellenére a kis áramerősség miatt nem keletkezik szikra.) A Faraday-kalitka jelenségét Michael Faraday angol fizikus mutatta be először, 1823-ban.