211service.com
Jak písečné bouře generují velkolepé blesky
Jedním z fascinujících rysů oblaků sopečných mraků jsou mimořádné projevy blesků, které generují. K podobným výbojům dochází v písečných bouřích a v prachu vyfukovaném vrtulníky létajícími nad pouští, což způsobuje nebezpečné jiskření. Tyto bleskové bouře jsou stejně záhadné jako velkolepé.
Problém má dvě části. Za prvé, částice písku jsou víceméně totožné, pokud jde o velikost, tvar a chemii. Jak pak mezi sebou převádějí poplatek? Za druhé, částice písku jsou izolanty, nikoli vodiče, a proto je dvojnásob zvláštní, že se mohou podílet na přenosu tak masivního množství náboje. Co se to sakra děje?
Dnes Thomas Pähtz ze Švýcarského federálního technologického institutu v Curychu a pár kamarádů tvrdí, že mohou celou věc vysvětlit pomocí zdánlivě jednoduchého nového modelu. A co víc, jejich model dělá několik přímých předpovědí o způsobu, jakým částice písku přenášejí náboj.
Zde je jejich nápad. Začínají tím, že uvažují o částicích písku jako o identických dielektrických koulích. V elektrickém poli se dielektrické částice polarizují, což způsobuje shromažďování náboje na každé straně pískových koulí. Když se dvě koule dotknou, náboj se přerozdělí přes hranici mezi nimi a vytvoří větší, dvakrát polarizovanou částici. Klíčovou myšlenkou je, co se stane, když se to znovu rozpadne na dvě části: každá částice skončí s čistým nábojem (viz obrázek výše). Proces polarizace pak začíná znovu a umožňuje částicím zvýšit svůj náboj ještě dále s každou srážkou. Není těžké pochopit, jak by relativně malý počet kolizí mohl skončit přenosem obrovského množství náboje tímto způsobem navzdory absenci jakéhokoli druhu vodivého média.
Tento model přináší některé zajímavé předpovědi o rychlosti, kterou by se měl oblak písku nabíjet. Například předpovídá, že mělká oblaka prachu by se nakonec nabíjela jen slabě. To je to, co můžete očekávat od slabého větru nebo těžkého obilí. Podobně velmi husté mraky by měly mít za následek pouze slabé nabíjení. Pahtz a spol. však tvrdí, že v mezioblacích by mělo dojít k dramatickému nabíjení. A jistě, to je přesně to, co nacházejí, jak v numerických simulacích prachových mračen, tak ve skutečných experimentech, které provedli se skutečným pískem.
Zjistili jsme, jak bylo předpovězeno, že mělká rozvířená lože - jak by se dalo očekávat při slabém větru nebo u těžkých zrn - se slabě nabíjejí, stejně jako velmi hluboká rozvířená lože - jak by se dalo očekávat u vysoce disipativních materiálů. Za přechodných podmínek však pozorujeme dramatické nabíjení, přičemž nejvíce nabité částice se nacházejí přednostně v blízkosti horní části míchaného lože, říkají.
To je elegantní nápad, který přináší některé fascinující výsledky. Ale ponechává otevřenou jednu velmi důležitou otázku. Co ve skutečných bouřích vytváří elektrické pole, které polarizuje částice písku? Vypadá to, že Pahtz a spol. budou mít před sebou zajímavý čas, aby se dostali na konec.
Ref: http://arxiv.org/abs/1003.5188 Proč oblaka částic generují elektrický náboj?