Dan je bil dobesedno naelektren. In nadvse zanimiv, saj kot laik v družbi takšnih strokovnjakov, ki se dnevno ukvarjajo z vprašanji energije, napetosti, strel, se posvečajo znanosti in razvoju, domov odideš bogat za nova znanja in izkušnje. Gostitelj v podjetju GEN energija iz Krškega je bil
Garsia Kosinac, ki je demonstrator v
Svetu energije znotraj že omenjenega podjetja. To je interaktivni center o energiji in energetiki, ki ima lastno eksperimentalnico, katere namen je izobraževati o pomenu energije in njeni rabi v vsakdanjem življenju, tehnologijah in njenem vplivu na okolje. Skupaj z elektroinženirjema Vladimirjem Djurico in Goranom Milevom, ki prihajata z Elektroinštituta Milan Vidmar, so me popeljali v umeten svet, ki pa je le laboratorijski prikaz tega, kaj se dejansko dogaja v naravi okoli nas. Kot znanstvenika med drugim preučujeta tudi pojav strele, njeno moč in uničujoče posledice. Skupaj so izbrali tri eksperimente, ki prikažejo, kaj se dogaja tik pred nevihto, kako nastane in kako udari strela. Izumitelj naprave zadnjega od eksperimentov pa je prav Vladimir Djurica.
1. poskus: Van de Graaffov generator rad »kuštra frizurce«
Kaj za vraga naj bi to bilo, mi je rojilo po glavi (takrat še nisem slutila, da mi bo tam dobesedno rojilo). No, preden nadaljujem, nekaj besed, kaj je ta naprava. Izumil jo je fizik ameriškega rodu Robert J. Van de Graff leta 1929. To je elektrostatični generator, ki s pomočjo električnega traku zbira električni naboj na votli kovinski krogli, ki stoji na neprevodnem stojalu. Pri tem ustvarja zelo visoke električne potenciale, nastaja pa enosmerni električni tok z zelo visoko napetostjo in nizko jakostjo toka.
Namen tega poskusa je ponazoriti,
kako se elektrificira oblak v naravi. V tem se spodaj generira elektrina, imamo napetost, motor, prenosni trak in ščetke, ki so naslonjene na trak in prenašajo elektrino na trak. Motor vrti ta trak navzgor, druge ščetke na koncu elektrino prenesejo na kroglo. Trak predstavlja termično dvigovanje zraka, toplotno energijo, ki jo potrebujemo, da se vodne kapljice dvigujejo v oblak, kjer se ohladijo, zmrznejo in padejo dol. Podobno se dogaja v oblaku: dežne kapljice izpodrivajo elektrone iz molekul vode. Na dnu se nabirajo elektroni, na vrhu ostanejo protoni. Oblak se elektrificira. Prihaja do separacije naboja. Oblak se naelektri, sledi razelektritev, ko je napetost dovolj visoka. Ta proces se v oblaku ponavlja. Takemu oblaku pravimo
nevihtni oblak. Potrebujemo toploto kot energijo, vodo kot nosilec elektronov in prašne delce, da se voda iz pare lahko na njih lažje kondenzira. Proces je zapleten. S pomočjo Van de Graaffovega generatorja smo prikazali,
kako se čuti.
Enak eksperiment smo ponovili
s kovinskim ostrim predmetom, ki je imel vlogo strelovoda. Namen strelovodne zaščite ni, da ne bi udarilo v nas, temveč da kontrolirano odvedemo elektrino, če pride do razelektritve. Dober strelovodni sistem je zato vedno sestavljen iz treh delov: iz
lovilnega dela (najpogosteje na vrhu strehe, stavbe ...), čigar glavna naloga je, da ulovi strelo. To pomeni, da se strela dotakne tega dela. Drugi del je
odvajalni del tega sistema. Elektrino je potrebno pravilno odvesti mimo objekta proti zemlji. Zadnji del je
ozemljilni sistem, ki razprši elektrino po zemlji na varen način, da ne pride do presežkov potencialov oz. električnih pojavov, ki bi lahko poškodovali osebe in premoženje. Če strela udari v objekt, ki nima strelovodne zaščite, gre elektrina nekontrolirano po stavbi. Običajno v takem primeru zažge vse električne napeljave, polomi betonske nosilce, povzroči požar, poškoduje ali ubije ljudi in živali ...
Dobro si je zapomniti! Garsia Kosinac pove, da se je slovenski družini v obmorskem kraju zgodilo, da ko so se hoteli fotografirati, so se gospe dvignili lasje, kot sem to doživela sama na poskusu. V tistem trenutku ji je mož rekel, naj takoj steče stran, in nekaj sekund zatem je strela udarila prav na tisto mesto. Družina se je rešila brez poškodb. Ko se nam pokonci postavijo lasje ali dlake na telesu in kadar slišimo brneč ali prasketajoč zvok v svoji bližini, smo v veliki nevarnosti, da bo v našo neposredno bližino udarila strela.
2. poskus: Teslov transformator in domišljijski svetlobni meč
Teslov transformator – s to napravo je Nikola Tesla vizionarsko nakazal, kako se bo brezžično prenašalo energijo na daljavo. To je bila tudi osnova za nadaljnje raziskovanje napetosti visokih frekvenc, iz česar se je razvila današnja radijska, telefonska in navigacijska tehnologija. Namen eksperimenta je vzpostaviti resonančno stanje med primarnim tokokrogom (med iskriščem, kondenzatorji in tuljavo). Transformator deluje pri višji napetosti in majhnem toku.
Pri resonančni frekvenci se energija prenaša v večjo tuljavo. Drugi tokokrog sestavljata tuljava in krogla, ki skupaj z zemljo tvori kondenzator. Prek zemlje je zaključen drugi tokokrog. Osnovna ideja je, da pri visoki frekvenci iz nizke napetosti primarnega tokokroga naredimo tako visoko napetost na sekundarnemu delu, da ta napetost začne premikati elektrino prek ionizacije skozi zrak in zaključuje tokokrog v zemlji. Ko približamo žarnico, teče visokofrekvenčni tokokrog skozi žarnico skozi osebo v tla prek ozemljitve. To je zaključen tokokrog. Pri tem se sprošča visokofrekvenčna energija in zato žarnica sveti. Električno polje povzroča, da tok steče v obliki ionizacije v raznih sferah in se razelektri prek zemlje. To je visokofrekvenčni pojav,
pomemben pa je, ker je napetost zelo visoka, tok pa majhen, zato nas ne ubije. Če je dovolj veliko polje, začne tok teči tudi po zraku (žarnica). To vidimo kot plazmo, saj se zrak ionizira, pri tem pa se pojavi ultravijoličasta svetloba ter vidna vijolična zaradi dušika v zraku. V drugem delu eksperimenta je bil poudarek na tem,
kako se to vidi.*
3. poskus: Simulacija udara strele oziroma zdaj gre zares
Pri zadnjem eksperimentu (eksplozija žice) pa je pojav ravno obraten (napetost nizka, tok velik). Takšna kombinacija je izredno nevarna, zato je za eksperiment potrebna steklena zaščita. Glavna ideja zadnjega eksperimenta je bila demonstrirati udar strele. To je zelo dober približek dejanskemu udaru strele. Da bi to lahko izvedli, je potrebna naprava, v kateri ustvarimo elektrino. Ta naprava je kondenzator, v katerega spravimo določeno napetost (elektrino). Elektrino prek elektronskega stikala sklenemo prek žice in tako sprožimo razelektritev. Žica nam v tem primeru predstavlja prožilec in se bo zaradi visokega toka uparila in kasneje bo ta tok prešel v plazmo (ionizacija zraka) in prek elektrod bo steklo ogromno toka ter bo močno počilo. To je simulacija udara strele. Kot je bilo že omenjeno v uvodu, je napravo ustvaril Vladimir Djurica, naš sogovornik.
V naravnem procesu je nekaj razlik: nimamo žice, temveč visoka napetost povzroči preboj zraka. V simuliranem okolju nimamo tako visoke napetosti (od 1.500 do 1.600 voltov), kot je v naravi (od nekaj 100.000 voltov, tudi do milijona), imamo pa zelo močen tok (12.000 do 15.000 amperov; v naravi le nekaj mikroamperov). Ta tok iz simuliranega okolja vzdržuje ionizacijo, tukaj se bo ustvarila plazma, ki bo prikazala udar strele. Ker nas zanima potek tega dogodka, imamo na elektrode priklopljen osciloskop, ki je povezan z zaslonom, kjer se spremlja graf poteka napetosti toka in graf poteka toka, ki sta zelo podobna dejanskemu dogajanju v naravi.
Varnost: zaščitna škatla je iz kaljenega stekla, ki ima na zgornji strani kovinsko ploščo z luknjicami, da se močan zvok ob eksploziji razprši in zaščitne škatle ne raznese zaradi pritiska. Naprava je zavarovana tudi z elektronskim stikalom, ki vse skupaj izklopi, če bi pomotoma segli z roko v napravo ali jo odprli.
Z grafa lahko razberemo naslednje podatke: na rdečem imamo potek napetosti na kondenzatorju. Ko je počilo, se je napetost s 1500 spustila na nič voltov. Na spodnjem grafu je potek toka. Prvi impulz je tok, ki je stekel skozi žico. Žica se je tako segrela, da se je uparila, tok je zanihal in prešel v ionizacijo zraka. Segrevanje zraka je bilo tako hitro, da smo slišali močan pok. Tok se je spraznil in postopek končal.
Zakaj je prišlo do izuma te naprave, ki prikaže udar strele?
»Eksperiment eksplozije žice smo dali razviti zaradi obiskovalcev, ki so več let spraševali, zakaj sploh proizvajamo električno energijo iz raznih elektrarn, če bi jo lahko pridobili po naravni poti iz strel glede na dejstvo, da vsako sekundo na svetu udari približno 1.000 strel. Zanima jih, zakaj elektrike ne pridobivamo po naravni poti. Po odgovor smo se obrnili na Elektroinštitut Milan Vidmar in prišli na idejo, da bi razvili eksponat, s katerim bi dokazali, da je energije, ki se ohrani v streli, zelo malo. Ena strela, ki udari v Sloveniji, ima v povprečju toliko energije, da bi 40-vatna žarnica neprekinjeno svetila približno 22, morda 23 ur,« pojasni Garsia Kosinac.
Zakaj te energije ni dovolj? Ker ni dovolj elektrine, shranjene v oblakih pri prehodu iz oblakov proti zemlji. Drugi razlog je v tem, da so ti pojavi izredno kratki. Zgodijo se v 50 mikrosekundah – naboji niti ne uspejo v tem kratkem času po ionizacijskem kanalu steči iz oblakov do zemlje. Poleg tega pa se energija po poti izgubi, razprši. Večina odide v obliki elektromagnetnega sevanja, zrak se tudi močno segreje, en del pa se izgubi v obliki zvoka, še pojasni sogovornik. »Zato ne drži, da bi strele lahko uporabljali kot vir energije, kar smo dokazali z našim eksponatom, prav to, da je te energije zelo malo, čeprav je moč izredno velika. Poleg tega niti nimamo tehnologije, s katero bi strele lovili in jih nekje hranili.«
Na vprašanje, ali se razlikuje razelektritev v naravi in tu, v umetno ustvarjenem okolju, je Kosinac pojasnil, da se je strokovna ekipa z Inštituta Milan Vidmar potrudila, »da so poustvarili določene fizikalne parametre, ki so enaki kot pri streli. Pri poskusu v našem laboratoriju delamo poskuse z 12.000 amperi, kar je povprečna jakost strele v Sloveniji. Tudi čas je realen, v katerem pride do ionizacije plina in zatem do poka. Razlikuje se v tem, da imamo v naravi veliko višje napetosti, pri našem poskusu smo omejeni na kondenzator. Tu gre napetost samo do 1.500 voltov. Razlika je tudi v jakosti električnega polja.«
Tudi pri Telekomu so pomislili na vas: uporabniki mobilnih in fiksnih storitev Telekoma Slovenije se lahko naročijo na brezplačno storitev
Strela alarm. O možnih udarih strel na vaši lokaciji boste pravočasno obveščeni prek SMS-a.
Kako se naročite na SMS-storitev
Strela ALARM?
Pošljite SMS s ključno besedo STRELA (presledek) in svojim uporabniškim imenom za fiksne storitve na številko 041 145 000.
Primer: STRELA novakjan na 041 145 000
Lahko pa si postopek naročanja ogledate v kratki videoanimaciji.
Kar nekaj poučnih člankov na temo strele in njenega delovanja si lahko preberete na teh povezavah:
Čas nemirnega vremenskega dogajanja bo prišel hitro kot strela
Kaj moramo vedeti, če nas na prostem ujame nevihta
Ne bojmo se strel, pa vendar se podučimo, kaj storiti ob udaru
Pravi mojstri za strele!
Kako zavarovati dom pred škodo zaradi strele?
Ste se kdaj vprašali, koliko veste o strelah in škodi, ki jo lahko povzročijo?
Ali danes že lahko predvidimo, kam bo udarila strela?
