Efter nattens tordenbrag: Hvordan aflades den spredte ladning i en tordensky til et enkelt lyn?
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
By signing up, you agree to our Terms & Conditions and agree that Teknologiens Mediehus and the IDA Group may occasionally contact you regarding events, analyzes, news, offers, etc. by telephone, SMS and email. Newsletters and emails from Teknologiens Mediehus may contain marketing from marketing partners.

Efter nattens tordenbrag: Hvordan aflades den spredte ladning i en tordensky til et enkelt lyn?

Illustration: wikicommons

Vores læser Svend Ferdinandsen spørger:

Nu er det tid for lyn og torden, og mit spørgsmål er: Hvordan aflades den meget spredte ladning i en tordensky til et enkelt lyn?

Ladningen er jo fordelt over millioner af m3 på iskrystaller eller dråber i skyen, og disse ladninger skal så aflades hen til selve lynet.

Læs også: Spørg Scientariet: Hvordan måler man længden af et lyn?

Torsten Neubert, chefkonsulent i astrofysik på DTU Space, svarer:

Det er et godt spørgsmål, som stadig er en gåde, fordi det er utroligt vanskeligt at måle inde i tordenskyer.

Husk på, at der er voldsomme vinde, ingen sigtbarhed og farlige lyn. Et af problemerne er, at ballonmålinger af det elektriske felt viser, at det ikke er så kraftigt, som vi tror, det skal være.

For at lyn skal starte, tror vi, det er nødvendigt med ca. 3,2 millioner volt per meter nede på jorden og lidt mindre oppe i skyerne, hvor luften er tyndere. Men så kraftigt felt er aldrig målt! Så måske måler vi forkert.

Jeg tror, at vi skal måle på elektriske fluktuationer på meget lille skala, måske ned til 10 cm og mindre, for at forstå, hvad der sker. Det har ballonmålinger ikke gjort, da de måler felter på skalaer omkring et par meter.

Læs også: Spørg Scientariet: Bevæger lyn sig virkelig langs overfladen af havet?

Lige omkring hagl er feltet meget stort i et meget lille område, og her kan elektronlaviner måske starte, dvs. feltet accelererer en fri elektron til en energi, hvor den kan ionisere luften og skabe endnu en fri elektron.

Når elektronlavinen udvikler sig, ændrer den det elektriske felt lokalt og kan få et nabohagl til også at starte en lavine, osv.

Jeg forestiller mig noget a la en grusbunke, hvor en lille forstyrrelse kan få store dele af bunken til at skride.

Men vi kan ikke se det! Vi ser dem først, når alle de mange laviner samles i en stor flod som et lyn med et kæmpe elektrisk felt i spidsen, som bryder sig vej mod den modsatte pol i skyen eller mod jorden.

Spørg fagfolket

Du kan spørge om alt inden for teknologi og naturvidenskab. Redaktionen udvælger indsendte spørgsmål og finder den bedste ekspert til at svare – eller sender spørgsmålet videre til vores kloge læsere. Klik her for at stille dit spørgsmål til fagfolket.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Jeg tror ikke, at energien flyttes nogen steder hen, hvilket forklarer Svend Ferdinandsens dilemma. Jeg tror i stedet, at en del af energien findes lokalt i form af et magnetfelt, som omdannes til et elektrostatisk felt.

Der findes kun 2 former for energi - potentiel energi og kinetisk energi.

Energien i et elektrisk felt er potentiel energi, som er den eneste energiform, som kan udøve kræfter direkte.

Energien i et magnetisk felt er kinetisk energi, som først må omdannes til potentiel energi for at kunne udøve kræfter, hvilket også er udtrykt i Maxwells 3. ligning også kaldet Faradays induktionslov: E = -dB/dt.

Når elektrisk ladning bevæger sig - i tordenvejr pga. opvinde, dannes der både et magnetfelt (kinetisk energi) som følge af selve ladningsbevægelsen og et elektrisk felt (potentiel energi) som følge af, at ladning flyttes fra ét sted til et andet, hvor den ophobes. Når den opadgående bevægelse stopper højt oppe i atmosfæren, må magnetfeltet nødvendigvis omdannes til et elektrisk felt iht. energibevarelsessætningen, hvilket vil forøge det elektriske felt og dermed muligvis bringe feltstyrken højt nok op til et gennemslag. Det passer fint med, at målinger af det elektriske felt viser, at feltstyrken målt over flere meter og måske også målt i opvindsområdet ikke i sig selv er nær nok til et gennemslag.

Når der sker et lokalt gennemslag som følge af omdannelse af magnetisk energi, vil der gå en strøm, som varmes luften kraftigt op, hvilket skaber en trykbølge og en elektrisk impuls, som formodentlig er nok til lokalt at stoppe bevægelsen af andre og specielt foranstående dele, hvilket vil udløse/omdanne den magnetiske energi af de dele til ny elektrisk energi og dermed forøge det elektriske felt nok til nye gennemslag, og så ruller lavinen.

Wikipedia har en udmærket video optaget med 6200 billeder pr. sekund, som netop kunne antyde denne proces - se 2. billede/video til højre i https://en.wikipedia.org/wiki/Lightning . Det ses tydelig, at der dannes et kraftigt lysende område, som så sender energiimpulsen videre til andre dele, som så lyser kraftigt op og genererer nye grene af lynet. Når de sidste grene er dannet, har man tilsyneladenede kun eftergløden tilbage af den oprindelige del. Ifølge mange links skulle der nu dannes en kraftig strømudladning gennem, hvad de kalder den dannede lynkanal, som skulle resultere i et kaftigt blåt lys; men det viser videoen ikke, og her er man måske igen inde på Svends dilemma? Hvis der virkelig kom en sådan udladning, som mange hævder, skulle man skaffe ladning til den strømpuls fra et meget stort område, og det kan man, som Svend antyder, netop ikke.

Min teori eller snarere gætteri er, at "tændsatsen" og en del af energien til dannelse af et lyn findes i hele opvindsområdet i form af et magnetfelt, og hvis det nedbrydes og dermed omdannes til et elektrisk felt iht. energibevarelsessætningen, kan man få feltstyrker høje nok til et gennnemslag, hvilket så starter en lavineeffekt med nye omdannelser af magnetisk energi.

  • 6
  • 5

De 3 milioner volt per meter er grænsen for formation af streamere i atmosfærisk luft. Dette fænomen er dog typisk dominerende på kortere afstande. Derfor plejer man at skrive 3 kV per mm.

For lynformation skal man se på fænomenet 'leadere'. Hvor der sker en ionisering af et område af en gas som så fører til dannelsen af en ledende kanal, som igen fører til lokal forstærkning af det eleltriske felt, hvillet bidrager til ionisering af et nyt område osv.

Under leader formationen vil magnetfelter være temmelig ubetydelige da der ikke løber nogen særlig stor strøm. Strømmen løber først rigtig når leaderen forbinder to poler.

Jeg synes wikipedias beskrivelse af fænomenet er ret god.

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Leader_(sp...

  • 3
  • 0

For lynformation skal man se på fænomenet 'leadere'. Hvor der sker en ionisering af et område af en gas som så fører til dannelsen af en ledende kanal, som igen fører til lokal forstærkning af det eleltriske felt,

Hvor kommer energien til den ionisering fra, og hvordan kan det elektriske felt og dermed energien øges, når der samtidig skal bruges energi til at skabe lynkanalen?

Jeg kender udmærket teorien om lynkanalerne, som jeg også refererer til; men den virker lidt "tynd i kanten", da den ligner et brud på energibevarelsen, og lynudladningen gennem en sådan kanal heller ikke ses på videoen. Hvis man vil ionisere ét eller andet, må energien til det nødvendigvis komme ét eller andet sted fra, og da du tilsyneladende afviser min teori med magnetfeltet som følge af den opadgående strøm af ladning, må du pege på en anden energikilde.

Teorien med lynkanaler besvarer det jo heller ikke Svends spørgsmål - hvordan man får transporteret ladning til lynkanalen fra områder, der ikke er ioniserede og dermed ikke elektrisk ledende?

Strømmen løber først rigtig når leaderen forbinder to poler.

Problemet er bare, at der jo netop ikke er 2 poler, som er elektrisk ledende nok til at generere denne strøm. Hvis lynet gik mellem to metalplader, som hver især kunne lede strøm til lynkanalen fra et stort område og dermed en høj kapacitet, ville det være OK; men så længe kun lynkanalen er ioniseret, er den det eneste, som kan lede strøm.

  • 3
  • 3

Jeg er ikke så godt hjemme i plasmafysik. Så jeg kan ikke sige hvor meget energi der skal til at ionisere en gas. Men vi kan vise at det er muligt at ionisere en gas med et elektrisk felt.

Hvis du vil regne energibevarelse skal du nok stille nogle ligninger op.

Jeg kan ikke se problemet i at skaffe ladning til leaderen. Du har et område af gassen der er ioniseret og derfor elektrisk ledende. Hvis leaderen forbinder to sådanne områder med modsat polaritet vil der løbe en strøm indtil ladningskoncentrationen er jævn i de to områder...

  • 1
  • 2

Under leader formationen vil magnetfelter være temmelig ubetydelige da der ikke løber nogen særlig stor strøm.

Et magnetfelt behøver ikke at være særlig stort for at skabe en stor elektrisk feltstyrke ved omdannelse - bare det nedbrydes tilstrækkelig hurtigt, som det fremgår af Maxwells 3. ligning E = -dB/dt, som jeg refererede til i mit første indlæg, så selv om den opadgående strøm som følge af ladningstransporten i opvinden ikke er særlig stor, skal bevægelsen bare stoppes tilstrækkelig hurtigt for at skabe en feltstyrke, der er stor nok til et gennemslag.

Hastighedsafhængigheden i E = -dB/dt udnyttes talrige steder som f.eks. i induktionsapparater og ved DC-svejsning, hvor man ofte har en lille spole i serie med elektroden for netop at gøre det meget nemmere at starte lysbuen, hvilket er analogt til min opfattelse af lyndannelse. Først skabes et magnetfelt ved at berøre emnet med elektroden, og derefter fjernes elektroden, hvilket nedbryder magnetfeltet meget hurtigt, så spændingen stiger voldsomt og luften dermed ioniseres, så lysbuen kan dannes. Herefter vil spolen iøvrigt stabilisere strømmen; men det er en sekundær effekt og fordel.

  • 4
  • 3

Den magnetiske vinkel er interessant, men jeg kan ikke overskue den.
Er der nogle bud på hvor meget ladning der kan være i en tordensky? Dels absolut og dels fordelt mellem top og bund. Der kan jo godt opbygges en total ladning, da noget af ladningen (fra bunden) kan forsvinde med det regn, der ofte følger med en sådan sky.

Og så er der de lynfænomener der går opad. Sprites, elver, vandmænd og hvad de nu hedder.

  • 2
  • 1

Hej Svend,

Mit kvalificerede (?) gæt er at ioniseringen skyldes atomariske bevægelser i de atmosfæriske områder af vind og skyer og at der sker horisontale opladninger og afladninger, alt efter hvilke aktuelle positive eller negative forhold der findes imellem atmosfæren og Jorden. Nogle gange slår lynet ned og andre gange op.

  • 0
  • 2