Κεραυνοί

Όλοι έχουμε ακούσει πολλές φορές σχετικά με την επικινδυνότητα των κεραυνών και πώς μπορούμε να προφυλαχτούμε από αυτούς. Πώς δουλεύουν όμως οι μηχανισμοί προστασίας από τους κεραυνούς;

Από ποιο υλικό είναι κατασκευασμένα τα αλεξικέραυνα;

Τα αλεξικέραυνα είναι συνήθως κατασκευασμένα από αγώγιμα υλικά, όπως χαλκό ή αλουμίνιο. Αυτά τα υλικά είναι εξαιρετικοί αγωγοί του ηλεκτρισμού, επιτρέποντάς τους να συλλαμβάνουν αποτελεσματικά και να ανακατευθύνουν τους κεραυνούς με ασφάλεια στο έδαφος, αποτρέποντας έτσι τη ζημιά σε κτίρια και άλλες κατασκευές. Ο χαλκός είναι μια δημοφιλής επιλογή λόγω της υψηλής αγωγιμότητας και της αντοχής του στη διάβρωση, αλλά το αλουμίνιο χρησιμοποιείται επίσης συνήθως για την οικονομική του απόδοση και το μικρό του βάρος. Η επιλογή του υλικού εξαρτάται από παράγοντες όπως το κόστος, η ανθεκτικότητα και οι συγκεκριμένες απαιτήσεις εφαρμογής.

Τα υλικά αυτά δεν λιώνουν, μετά από όταν χτυπηθούν από έναν κεραυνό;

Ο κεραυνός είναι απίστευτα ζεστός, φθάνοντας σε θερμοκρασίες περίπου 30.000 Κέλβιν (53.540 βαθμούς Φαρενάιτ ή 29.726 βαθμούς Κελσίου) σε κλάσματα του δευτερολέπτου. Ενώ η έντονη θερμότητα που παράγεται από τον κεραυνό μπορεί πράγματι να προκαλέσει την τήξη των υλικών, όμως τα αλεξικέραυνα έχουν σχεδιαστεί για να χειρίζονται αυτήν την ακραία θερμοκρασία.

Ο χαλκός και το αλουμίνιο, τα υλικά που χρησιμοποιούνται συνήθως για τα αλεξικέραυνα, έχουν υψηλά σημεία τήξης: ο χαλκός λιώνει στους 1.984 βαθμούς Φαρενάιτ (1.085 βαθμούς Κελσίου) και το αλουμίνιο λιώνει στους 1.221 βαθμούς Φαρενάιτ (660,3 βαθμούς Κελσίου). Η θερμοκρασία ενός κεραυνού είναι πολύ πάνω από αυτά τα σημεία τήξης, αλλά η σχεδίαση του αλεξικέραυνου διαχέει τη θερμότητα γρήγορα, εμποδίζοντας την τήξη του υλικού.

Επιπλέον, η ταχεία φύση ενός κεραυνού σημαίνει ότι το υλικό δεν απορροφά αρκετή θερμότητα για να λιώσει εντελώς. Η υψηλή αγωγιμότητα του χαλκού και του αλουμινίου βοηθά επίσης στη διανομή της θερμότητας μακριά από το σημείο κρούσης. Αυτοί οι παράγοντες, μαζί με το σύστημα γείωσης που διαχέει την ηλεκτρική ενέργεια, διασφαλίζουν ότι τα αλεξικέραυνα μπορούν να αντέξουν τη θερμότητα που παράγεται από έναν κεραυνό χωρίς να λιώσουν.

Ποιο είναι το πιο ανθεκτικό σε υψηλές θερμοκρασίες υλικό που υπάρχει;

Ένα από τα πιο ανθεκτικά υλικά στις υψηλές θερμοκρασίες είναι το βολφράμιο. Το βολφράμιο έχει εξαιρετικά υψηλό σημείο τήξης 6.192 βαθμών Φαρενάιτ (3.422 βαθμούς Κελσίου), καθιστώντας το κατάλληλο για χρήση σε εφαρμογές που περιλαμβάνουν πολύ υψηλές θερμοκρασίες, όπως στην αεροδιαστημική και την ηλεκτρική βιομηχανία. Το βολφράμιο χρησιμοποιείται συχνά για την παραγωγή νημάτων λαμπτήρων, θερμαντικά στοιχεία και σε διάφορους εξοπλισμούς υψηλής θερμοκρασίας όπου η εξαιρετική του αντοχή στη θερμότητα είναι απαραίτητη.

Ένα άλλο υλικό που αξίζει να αναφερθεί είναι το ταντάλιο, το οποίο έχει σημείο τήξης 5.462 βαθμούς Φαρενάιτ (3.020 βαθμούς Κελσίου). Το ταντάλιο είναι εξαιρετικά ανθεκτικό στη θερμότητα, τη διάβρωση και τη χημική προσβολή, καθιστώντας το πολύτιμο σε εφαρμογές όπου η σταθερότητα και η αξιοπιστία υπό ακραίες συνθήκες είναι απαραίτητες.

Πώς τα αεροπλάνα προστατεύονται από τους κεραυνούς χωρίς να καταστρέφονται;

• Συστήματα αντικεραυνικής προστασίας: Τα αεροσκάφη είναι εξοπλισμένα με συστήματα αντικεραυνικής προστασίας που περιλαμβάνουν αντικεραυνικούς αγωγούς, όπως στατικά φυτίλια ή υποδοχείς κεραυνών, τοποθετημένους σε διάφορα σημεία στην επιφάνεια του αεροσκάφους. Αυτοί οι αγωγοί βοηθούν στη διάχυση του ηλεκτρικού φορτίου που δημιουργείται από κεραυνούς και διοχετεύουν το ηλεκτρικό ρεύμα με ασφάλεια μακριά από κρίσιμα εξαρτήματα.

• Κλουβί Faraday: Η δομή ενός αεροπλάνου λειτουργεί ως κλωβός Faraday, ο οποίος είναι ένα αγώγιμο περίβλημα που προστατεύει το εσωτερικό του αεροσκάφους από εξωτερικά ηλεκτρικά πεδία. Αυτός ο σχεδιασμός διασφαλίζει ότι εάν ο κεραυνός χτυπήσει το αεροσκάφος, το ηλεκτρικό φορτίο ρέει κατά μήκος της εξωτερικής επιφάνειας του αεροπλάνου, αποφεύγοντας οποιαδήποτε σημαντική ζημιά στο εσωτερικό ή τον ευαίσθητο ηλεκτρονικό εξοπλισμό.

• Συγκόλληση και γείωση: Όλα τα μεταλλικά εξαρτήματα του αεροσκάφους συνδέονται μεταξύ τους και συνδέονται με το σύστημα γείωσης του αεροσκάφους. Αυτή η σύνδεση βοηθά στην εξίσωση του ηλεκτρικού δυναμικού σε όλο το αεροσκάφος, αποτρέποντας το τόξο μεταξύ διαφορετικών τμημάτων του αεροπλάνου κατά τη διάρκεια ενός κεραυνού. Το σύστημα γείωσης διασφαλίζει ότι οποιαδήποτε ηλεκτρική εκκένωση διοχετεύεται με ασφάλεια στο έδαφος.

• Σύνθετα Υλικά: Τα σύγχρονα αεροσκάφη συχνά ενσωματώνουν σύνθετα υλικά, τα οποία είναι μη αγώγιμα, στις δομές τους. Αυτά τα υλικά δεν μεταφέρουν ηλεκτρισμό, μειώνοντας τον κίνδυνο ζημιάς που σχετίζεται με κεραυνούς. Ωστόσο, οι σύνθετες κατασκευές εξακολουθούν να έχουν αγώγιμα στοιχεία και οι κατασκευαστές τα σχεδιάζουν για να πληρούν τα πρότυπα ασφαλείας σχετικά με τους κεραυνούς.

• Κανονισμοί Ασφαλείας: Ο σχεδιασμός και τα υλικά αεροσκαφών πρέπει να συμμορφώνονται με αυστηρούς κανονισμούς και πρότυπα ασφάλειας που ορίζονται από αεροπορικές αρχές, όπως η Ομοσπονδιακή Υπηρεσία Αεροπορίας (FAA) στις Ηνωμένες Πολιτείες και ο Οργανισμός Ασφάλειας της Αεροπορίας της Ευρωπαϊκής Ένωσης (EASA) στην Ευρώπη. Αυτοί οι κανονισμοί διασφαλίζουν ότι τα αεροπλάνα είναι κατασκευασμένα για να αντέχουν σε κεραυνούς και άλλους περιβαλλοντικούς κινδύνους.

Παρά αυτές τις προστασίες, οι κεραυνοί μπορούν ακόμα να προκαλέσουν μικρές ζημιές στο εξωτερικό ενός αεροσκάφους, όπως σημάδια από λακκούβες ή εγκαύματα. Μετά από ένα χτύπημα κεραυνού, τα αεροπλάνα υποβάλλονται σε ενδελεχείς επιθεωρήσεις και, εάν χρειάζεται, επισκευές για να διασφαλίσουν ότι παραμένουν ασφαλή για πτήση.

ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΥΣΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ:

• Σε όλο τον κόσμο, συμβαίνουν περίπου 44 κεραυνοί ανά δευτερόλεπτο, συνολικά πάνω από 1,4 δισεκατομμύρια κεραυνοί κάθε χρόνο.

• Ένας κεραυνός μπορεί να φτάσει σε θερμοκρασίες περίπου 30.000 Κέλβιν (53.540 βαθμούς Φαρενάιτ ή 29.726 βαθμούς Κελσίου), που είναι θερμότερος από την επιφάνεια του Ήλιου.

• Ο ήχος της βροντής προκαλείται από την ταχεία διαστολή και συστολή του αέρα που περιβάλλει έναν κεραυνό. Η ταχύτητα του ήχου στον αέρα είναι περίπου 343 μέτρα ανά δευτερόλεπτο.

• Όταν ο κεραυνός χτυπά άμμο ή χώμα, μπορεί να συγχωνεύσει τους κόκκους για να σχηματίσει έναν υαλώδη σωλήνα που ονομάζεται φουλγκουρίτης. Αυτοί οι σχηματισμοί βρίσκονται μερικές φορές σε ερήμους και παραλίες.

• Ο κεραυνός μπορεί να ταξιδέψει μέσα από σωλήνες και ηλεκτρικές καλωδιώσεις, επομένως συνιστάται να μην χρησιμοποιείτε υδραυλικά ή ηλεκτρικές συσκευές κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας.

• Τα εμπορικά αεροπλάνα χτυπιούνται από κεραυνό κατά μέσο όρο μία φορά το χρόνο. Λόγω των συστημάτων αντικεραυνικής προστασίας που διαθέτουν, αυτό συνήθως δεν είναι επικίνδυνο και οι επιβάτες σπάνια το αντιλαμβάνονται.

• Οι περισσότεροι κεραυνοί είναι αρνητικοί, αλλά υπάρχουν και θετικοί κεραυνοί. Οι θετικοί κεραυνοί είναι λιγότερο συνηθισμένοι, αλλά είναι πιο ισχυροί και μπορούν να ταξιδέψουν μεγαλύτερες αποστάσεις, χτυπώντας το έδαφος πολλά μίλια μακριά από την καταιγίδα.