Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!
Na rozdiel od všeobecného presvedčenia, bleskozvody nepriťahujú blesky, ale sú proti nim. Tento vynález Benjamina Franklina z roku 1752 sa stal trvalým prvkom ochrany budov pred nebezpečným bleskom. Vďaka základným zákonom elektrostatiky nás drží v bezpečí počas búrok.
Čo je to blesk?
Blesk je prirodzený elektrostatický výboj, ktorý sa vyskytuje v atmosfére, zvyčajne počas búrky. Môže sa vyskytnúť medzi zemou a vrstvou mrakov, alebo výlučne v atmosfére, medzi dvoma vrstvami mrakov. Výboj je spôsobený prítomnosťou veľkého rozdielu potenciálov, ktorý dosahuje hodnoty 10-100 MV (megavoltov).Samotný výboj prebieha pod prúdom až niekoľko stoviek kiloampérov. Pri dopade sa vygeneruje náboj asi 5 coulombov a uvoľní sa až 1 GJ (gigajoulov) energie, výsledkom čoho je plazma s teplotou asi 50 000 K (kelvinov).
Vyššie uvedené obrázky ukazujú, aké nebezpečné sú blesky. Pre človeka môžu byť smrteľné, sú jednou z príčin požiarov a tiež predstavujú nebezpečenstvo pre akékoľvek elektrické zariadenie.
Ryža. 1. Rozloženie elektrických nábojov v oblaku
Príčina blesku
Fenomén elektrostatickej polarizácie, t.j. oddelenie kladných a záporných nábojov v objeme oblaku je zodpovedné za elektrické výboje v atmosfére. Spodná vrstva oblaku spravidla akumuluje záporný náboj, zatiaľ čo jej horná vrstva zostáva kladne nabitá. Dôvodom tohto rozloženia sú početné kolízie molekúl vody a ľadových kryštálov vo vnútri oblaku a rozdiely v rozložení elektrického náboja medzi molekulami tekutej a zamrznutej vody.Elektrické pole vytvorené oblakom spôsobuje polarizáciu zemského povrchu. Na jeho vonkajšej vrstve sa indukuje kladný náboj.
Vzduch je izolant. Avšak v prítomnosti silného elektrického poľa, dokonca aj v dielektriku, môže vzniknúť vodivá dráha. Je to spôsobené fenoménom ionizácie, t.j. oddeľovanie elektrónov od atómov. Vo vzduchu sa hromadia voľné elektróny a kladné ióny, ktoré zabezpečujú vodivosť náboja. Premena dielektrického vzduchu na vodivú plazmu umožňuje prúdenie veľkého množstva náboja medzi mrakom a zemou vo forme blesku.
Blesk sa vyskytuje aj nad zemou, medzi spodnou a hornou vrstvou búrkových mrakov.
Bleskozvod alebo systém ochrany pred bleskom
Vynález bleskozvodu sa pripisuje Benjaminovi Franklinovi (1706-1790), jednému zo zakladateľov Spojených štátov amerických, ktorý bol tiež filozofom, vedcom, vynálezcom a politikom.
Ryža. 2. Náčrty zariadení ranej ochrany pred bleskom (JAH Reimarus, podrobné pravidlá ochrany pred bleskom pre všetky budovy, 1797).
Ryža. 3. Ozdobné vložky do bleskozvodov (L. Clasen. Bleskozvody v ich dizajne a inštalácii, 1895).
Ryža. 4. Moderná ochrana pred bleskom
Bleskozvod plní dvojakú úlohu/Po prvé, umožňuje znížiť potenciálny rozdiel medzi oblakom a chráneným objektom, čo spôsobuje fenomén ionizácie vzduchu a neutralizáciu náboja v oblaku. Ak to nestačí a k výboju predsa len dôjde, bleskozvod zabezpečí bezpečné vybitie náboja do zeme.
Bleskozvod má zvyčajne tvar zahrotenej tyče (pozri - obr. 4.), ktorá sa inštaluje v najvyššom bode budovy. Táto tyč je uzemnená, t.j. napojený na hrubý vodič, ktorý ho spája s takzvanou uzemňovacou elektródou, t.j. kovová elektróda umiestnená vo vlhkej vrstve zeme.
Ochrana pred bleskom
Rozloženie elektrického náboja na povrchu zeme a v oblaku vytvára elektrické pole smerujúce z kladne nabitej Zeme do záporne nabitej spodnej vrstvy oblaku. Pôsobením tohto poľa sa v bleskozvode indukuje kladný náboj a voľné elektróny sa rútia k zemi. Na zahrotenej časti bleskozvodu sa hromadí elektrický náboj s vysokou povrchovou hustotou. Potom dochádza ku korónovému výboju - javu, ktorý vzniká v dôsledku toho, že vzduch okolo bleskozvodu sa ionizuje.
Poznámka. Korónový výboj je elektrický výboj, ktorý sa vyskytuje v ionizovanom plyne. To je možné aj vtedy, keď je potenciálny rozdiel príliš malý na to, aby vytvoril poruchu alebo oblúk v dôsledku tvorby plazmy okolo nabitej elektródy.
Záporné elektróny sú priťahované kladne nabitým bleskozvodom a kladné ióny sú priťahované mrakom.To zase znižuje množstvo záporného náboja v oblaku a znižuje potenciálny rozdiel medzi oblakom a zemou, čo pôsobí proti vzniku bleskov.
Jedna ionizácia vzduchu okolo chráneného objektu však nemusí stačiť. Thunderclouds (cumulonimbus) sú nízke oblaky, niekedy vysoké len niekoľko sto metrov. Vertikálne sa však môžu rozprestierať niekoľko kilometrov. Pri veľkom nahromadení náboja v ich spodnej vrstve môže dôjsť k elektrickému výboju. V tomto prípade bleskozvod poskytuje ochranu pred nekontrolovaným prietokom veľkej nálože.
Pretože bleskozvod je najvyšším bodom budovy, je najpravdepodobnejšie, že ho zasiahne blesk. Našťastie je bleskozvod uzemnený, takže náboj môže odtiecť do zeme bez nebezpečenstva.