كيفية حدوث ظاهرتي “الرعد والبرق”

2011 الطقس والمناخ

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

البرق الرعد علوم الأرض والجيولوجيا

البرق هو تفريغ كهربائي قوي يحدث بين غيوم العواصف أو بين الغيوم وسطح الأرض، أما الرعد فهو الموجة الصوتية الصدمية التي تحدث بسبب حرارة البرق وتمدد الهواء المحيط به.

من أكثر ظواهر الطقس المثيرة للمشاهد هي العاصفة الرعدية التي تضرب فيها الصاعقة الأرض وهدير الرعد الرهيب الناتج عنها.

ومع أن احتمال الإصابة بالصاعقة ضئيل جداً فإن بعض الناس يلقون حتفهم كل سنة إما بضربة صاعقة مباشرة أو بسبب الوقوف بجانب جسم يسقط عليهم لدى إصابته بضربة الصاعقة.

 

ففي الولايات المتحدة تقتل الصواعق 100 شخص تقريباً كل عام، كما تشعل الصواعق مئات الحرائق في الغابات كل عام أيضاً.

إن البرق هو شرارة كهربائية عملاقة تومض لفترة زمنية لا تتجاوز خمس الثانية الواحدة.

وقد طوّر العلماء نظريات عديدة مختلفة حول كيفية تشكَّل البرق. ووفقاً لإحدى هذه النظريات، فإن الهواء المتحرك في عاصفة غيمية يؤدي إلى تصادم قطرات الماء مع جسيمات الجليد فتصبح جميعها مشحونة بالكهرباء الساكنة.

 

تطفو الجسيمات المشحونة بشحنة موجبة بمحاذاة قمة الغيمة، بينما تبقى الجسيمات الأكبر المشحونة بشحنة سالبة بالقرب من أسفل الغيمة.

تصبح هذه الشحنات المنفصلة غير مستقرة لدرجة كبيرة، لكن بما أنها تريد أن تجتمع ببعضها تنطلق الشحنات السالبة نحو الشحنات الموجبة القريبة منها.

وقد يكون مكان التقاء الشحنات ببعضها إما في قمة الغيمة أو على الأرض المشحونة أيضاً بشحنة موجبة.

 

هناك أنواع مختلفة من البرق تحدث في أماكن مختلفة، حيث يمكن مشاهدة البرق المتشعب في السماء كخطوط مسننة كالمنشار تبهر الأبصار، أما البرق الصَفْحِي فهو وميض ضخم يبدو وكأنه يملأ السماء بأكملها.

يحدث البرق المتشعب عندما تنطلق الشرارة الكهربائية من الغيمة (السحابة) إلى الأرض، في حين يحدث البرق الصَفْحِي من قمة الغيمة إلى أسفلها.

يتألف البرق من عدة عمليات تفريغ للشحنات الكهربائية التي تنتقل للأمام والخلف. تنطلق أول الأمر شحنة سالبة تدعى الشعاع القائد باتجاه شحنة موجبة، ثم تعود الشحنة إلى الغيمة في شوط الرجوع (الضربة الراجعة) عبر المسار ذاته، مولدة بذلك الحرارة التي تسبب الرعد الذي نسمع هديره.

 

تتولد كمية كبيرة من الحرارة عندما ينطلق البرق من الغيمة (تفريغ كهربائي). تبلغ درجة حرارة التفريغ الكهربائي 11.000 درجة فهرنهايت (20.000 درجة مئوية) تقريباً، ما يجعل الهواء يتمدد بشكل مفاجئ ويحدث ضجيجاً عالياً جداً نسميه الرعد.

ينتقل الضوء بسرعة 186.000 ميل في الثانية (300.000 كم/ث)، بينما ينتقل الصوت بسرعة أدنى بكثير تصل إلى 1128 قدماً في الثانية (344 م/ث).

لذلك نشاهد البرق دائماً قبل أن نسمع صوت الرعد وإذا عددنا خمس ثوان بين وميض البرق وصوت الرعد فإن ذلك يعني أن العاصفة تبعد عنا ميلاً واحداً تقريباً (1.6 كم).

ينجذب البرق نحو الأجسام المعدنية المدببة، لذلك تملك العديد من المباني العالية قضيباً معدنياً على قمتها يدعى مانع الصواعق.

يتم وصل مانع الصواعق بسلك إلى الأرض، ويساعد هذا السلك على إبعاد الصاعقة عن المبنى ويقلل من احتمال حدوث الأضرار.

وفي النشاط الوارد في الصفحات التالية بإمكانك توليد صاعقة اصطناعية باستخدام الكهرباء الساكنة.

 

التفريغ الكهربائي

يحدث البرق عندما يتصاعد الهواء الدافئ والرطب ليكوّن عاصفة غيمية تجري فيها عملية تسمى «فصل الشحنات».

تحتك قطيرات الماء مع الجليد ليصبحا مشحونين بالكهرباء الساكنة. تتجمع الجسيمات المشحونة بالشحنات الموجبة عند قاعدة الغيوم، ما يجعل قمم الغيوم وسطح الأرض مشحونة بالشحنات الموجبة. يحدث اندفاع للتيار – الشعاع القائد – بين الغيوم والأرض.

وعندما تلتقي الإلكترونات بالشحنة الموجبة ينقل التيار الكهربائي – شوط العودة – الشحنة الموجبة إلى أعلى الغيوم.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]