Ugens ekspertspørgsmål: Hvordan opstår lyn?
Svend Ferdinandsen vil gerne have en forklaring på, hvordan lyn opstår:
Hvordan bliver ladningen i en tordensky kanaliseret ud i en lynstråle?
Den sidste tids tordenvejr fik mig til at tænke på, hvordan den meget spredte ladning i en tordensky bliver til et egentligt lyn.
Det, der sker på Jorden, virker rimeligt nok, da ledeevnen der er rimelig stor, men hvordan ender den spredte ladning i skyen i en enkelt (eller flere) lyn. Sky-til-sky-lyn er blot endnu mere besynderlige.
Afdelingsleder for Solsystem på DTU Space, Torsten Neubert, svarer:
Godt spørgsmål!
Den korte forklaring: Det er elektroner, der bærer strømmen i et lyn, og det er ioner, der neutraliserer skydråber og krystaller.
I luften er der tre slags ladninger: negative frie elektroner, positive ioner, hvor en elektron har forladt et molekyle og negative ioner, hvor et molekyle har fået en ekstra elektron.
Ioniseringen skabes af Solens uv-stråler, kosmisk stråling eller radioaktivitet fra Jordens overflade. Ionerne er store og tunge, fordi de udgøres af molekyler og bevæger sig langsomt gennem atmosfæren, hvis de udsættes for et elektrisk felt. Elektronerne er små og bevæger sig meget lettere. Det er derfor elektroner, der bærer strømmen i et lyn.
I troposfæren (0-12 km) er der næsten ingen frie elektroner, fordi de hurtigt sætter sig på molekyler. Det gør, at det er vanskeligt at trække en elektrisk strøm gennem atmosfæren.
I skyer sætter ioner og elektroner sig på dråber og iskrystaller eller skabes direkte i kollisioner mellem dem. Da de er endnu tungere end ioner, påvirkes de mest af Jordens tyngdekraft og af vinden.
Når en sky lades op, stiger det elektriske felt i skyen. Det kan variere
meget fra sted til sted inde i skyen. Det afhænger af tætheden af dråber og krystaller, ladningen på dem og opdriften i skyen.
Når det elektriske felt overstiger 32 kV/cm, skabes der en elektronlavine, hvor enkelte frie elektroner mellem hver kollision med atmosfærens molekyler får nok energi til at slå endnu en elektron fri. Der skabes pludselig en stor mænge ladningsbærere, der kan bevæge sig relativt let gennem atmosfæren. Samtidig udsendes der lys, som betyder, at den synlige struktur i et lyn viser, hvor langt de fleste elektroner er - og dermed hvor strømmen går.
Når elektronerne er trukket ud af - eller tilført et område af skyen
falder det elektriske felt, fordi der nu er tilført ladning af modsat fortegn, men der er stadig store ladningsforskelle mellem lynkanalerne og den omgivende sky.
Hvis elektroner er ført væk, er der positive ioner tilbage i kanalerne og hvis elektroner er ført til, sætter de sig på molekyler og skaber negative ioner.
Ioner tiltrækkes nu til de omgivende dråber og krystaller, som har modsat ladning og sætter sig på dem og neutraliserer dem. Fordi ioner er tungere, sker denne proces langsommere end selve lynudladningen.
Svend Ferdiandsen vinder to billetter til Danfoss Universe for sit spørgsmål.
Er du rigtig klog? Nu kan du udfordre dine venner med ekspert-spørgsmål fra Scientariet i Ingeniørens nye Facebook-quiz "Så ka' du lære det!". Klik her for at deltage i quizzen og teste dine venner.
Spørg Scientariet er redigeret af Julian Henlov, juh@ing.dk.
Utætheder skyldes uvidenhed og byggesjusk
Er mørkt stof en negativ tyngdekraft?
