Bliksem en reddingsdekens

Door onder andere convectie in de wolk wordt de onderkant van een wolk negatief geladen tov de aarde. Denk hierbij aan een van der Graaf generator.
We hebben het hier over 10 tallen miljoenen volt. Veel te weinig om in een keer over te slaan naar aarde. Dit is in princiepe een stabiele situatie. Vervolgens is een inpact van een hoog energetisch kosmisch deeltje nodig om de eerste ionisatie te starten. Dan onstaat een lawine van elektronen die zich versnellen in het eletrisch veld en botsen op lucht moleculen en zo nog meer elektronen vrijmaken. Zo onstaat een pad van geleidende ionen (moleculen die een of meerdere elektronen missen.
In eerste instantie onstaat een vonk van 10-100 meter. De enigste stroom die hier loopt is het opladen van de capaciteit die het kanaal heeft ten opzichte van zijn positieve omgeving. Weinig dus. Zoals GD al aan gaf beginnen vonken graag vanaf een scherpe punt. Dat is omdat de veldsterkte in kv/mm hier het hoogst is. Dus als het kanaal is opgeladen tot het potentiaal van de wolk zal er uit de tip van het kanaal een nieuwe overslag plaats vinden van 10-100 meter. Naar het gunstigste stukje lucht gezien vanuit de tip. Dit herhaald zich vele malen totdat het kanaal dicht bij de aarde is en verklaard de grillige vorm. Ook kan het kanaal dood lopen en van een eerde scherpe knik (ook puntig) een nieuwe tak vormen die wel zijn weg naar beneden vindt.
Als het kanaal dicht bij aarde komt en de veldsterkte steeds hoger wordt zullen ook positieve voorontladingen richting het kanaal ontstaan. Als deze elkaar vinden, vindt de hoofd ontlading plaats. Bliksem!
De doodlopende takken lichten dan ook op omdat hun capaciteit snel met grote stroom worden ontladen.
Deze voorontladingen vanuit aarde hebben ook ionisatie door kosmische deeltjes nodig. Of ionisatie door energetische deeltjes van een radioactieve isotoop zoals bij oudere bliksem afleiders. Deze zijn nu verboden simpel omdat ze radioactief zijn.

De reden dat de voorontlading onstaat in de wolk en vele malen langer is dan die vanaf aarde is omdat elektronen veel makkelijker zijn te versnellen dan de veel zwaardere positieve ionen. En dus minder makkelijk de benodigde elektronen lawine te veroorzaken.

Zo kun je een "vonk"diode maken van een bol als elektrode en een scherpe elektrode..

Op 23 juli 2016 10:02:31 schreef ArjanEmm:
Zo kun je een "vonk"diode maken van een bol als elektrode en een scherpe elektrode..

Bol als anode, scherpe punt als kathode, toch?

Conventionele stroom en elektronen stroom, aarrrgg! Als de scherpe punt negatief is, is overslag makkelijk. Als de scherpe punt positief is, is overslag veel moeilijker. Vanuit een groot genoeg gekozen bol zoiezo onmogelijk, zelfs voor elektronen.

Wat ik heb begrepen schijt het zelfs zo te zijn dat de eerste ontlading van een inslag óp de aarde begint, dan een kanaal vormt dat als het dicht genoeg bij de geladen wolk komt de doorslag in leidt. Dit in tegenstelling tot ontladingen in de wolk zelf en tussen wolken onderling.
Dat klopt volgens mij ook met verhalen uit bergbeklimmers en bergboeren kringen. Daar wordt een verschijnsel beschreven dat om schreven wordt als het "zingen" van metalen voorwerpen als pickel, stijgijzers, hooivork en zeis. Als je dát geluid hoort, is het zaak die voorwerpen zo snel mogelijk van je af te werpen en liefst naar beneden. Ook zijn er verhalen dat metalen ritssluitingen een kanaal kunnen vormen.
Verder is het zaal om uit de buurt te blijven van rotswanden, vooral als hier door erosie goten in zijn gevormd. Daar stroomt regenwater door wat ook als kanaal zou kunnen fungeren.

@Piet Plof:
Zouden die radioactieve ionisatiepunten niete verdwenen zijn omdat ze radioactief zijn, net zoals de brandmelders, schakelaarsknopjes en wijzerplaten?

Op 23 juli 2016 10:38:43 schreef Tidak Ada:
Wat ik heb begrepen schijt het zelfs zo te zijn dat de eerste ontlading van een inslag óp de aarde begint, dan een kanaal vormt dat als het dicht genoeg bij de geladen wolk komt de doorslag in leidt. Dit in tegenstelling tot ontladingen in de wolk zelf en tussen wolken onderling.

Nee dus. Altijd vanuit de negatieve kant en dat is eigenlijk altijd de onderkant van een convectionerende wolk. De bovenkant is positief. Vandaar dat je interwolk overslag hebt en evt tussen wolken. De aarde is natuurlijk neutraal maar onder een zeer negatief geladen wolk wordt de aarde positiever omdat elektronen weg gedrukt worden. zoiezo is neutraal ten opzichte van negatief positief te noemen.
Alleen het laatste stukje van de voor ontlading komt vanuit aarde.

In sommige situaties kan een groot wolken dek uniform een grote lading hebben en dan is het moeilijk om een overslag te laten ontstaan "grote bol". Vooral in bergen als zo'n dek dicht bij aarde komt kunnen er positieve ontladingen ontstaan vanuit aarde die nooit erg hoog komen maar wel merkbaar en zichtbaar kunnen zijn zoals sint elmusvuur. Tientallen centimeters corona, blauw paarse gloed rond scherpe enigsinds geleidende objecten.

Ik had de theorie ergens in een wetenschappelijk artikel/site gehoord/gelezen.
Feitelijk is een en ander nog erg duister en wordt er veel gespeculeerd.

Inderdaad dat zoemen, zingen is een inleiding van het St-Elmsvuur, wat een ontlading van positieve ionen is. De theorie, die ik bedoelde heeft dan ook hier mee te maken.

Die positieve ontlading, zou een zeer dun positief geladen kanaaltje veroorzaken, dat naar de negatief geladen onderzijde van de wolk groeit (de "voorontlading"). Dat kanaaltje is zeer dun en normal gesproken niet zichtbaar. De groei er van kan enige tijd duren (meerdere seconden). Komt de voorontlading dicht genoeg bij de wolk, dan kan die via dat kanaaltje haar lading kwijt, met een bliksem als gevolg. Dat zou ook de reden kunnen zijn van de grilligheid de bliksemschicht: De positieve ionen gaan namelijk nooit een rechte weg, maar van minder positieve, naar minder positieve plek.
Hetzelfde principe zou overigens ook een rol spelen bij bliksems tussen wolken en binnen de wolk zelf.

edit
Ook de negatieve lading van de wolk zou negatief geladen kanaaltjes maken (leaders), die dan naar de positieve leaders tor groeien, met uiteindelijk de grote ontlading tot gevolg
/edit

OT
Het kostte mij wat moeite om de betekenis van je woord "zoiezo" te doorgronden. Het is eigenlijk een germanisme en wordt officieel op de Duitse wijze geschreven als sowieso.
Daarom slaat je spellingscorrector ook op tilt als je 'zoiezo' tikt.
/OT

Ha tidak ada, spellen kan ik inderdaad niet. Maar over dit onderwerp weet ik best wat en heb ook veel geexperimenteerd met hoogspanning tot 1Mv. De leader is inderdaad een heel dun kanaaltje maar groeit toch echt van de negatieve kant in stappen van 10-100 meter. Pas als het potentiaal verschil tussen de tip van de leader en aarde hoog genoeg wordt ontstaat de positieve leader van uit aarde richting de negatieve leader van uit de wolk.
Een belangrijke reden is dat een proton 1836 keer zo zwaar is als een elektron. Een zuurstof ion. O2+ heeft 8 protonen en 8 neutronen, ongveer even zwaar. Dat is 16 *1836= 30.000 keer zo zwaar als de 2 elektronen die het atoom mist.
Waar zal de leader ontstaan? waar elektronen veelvuldig aanwezig zijn of waar de geioniseerde atomen zijn....
En welke groeit het snelst.

OK, je weet er wel veel van, maar één ding vergeet je en dat is het feit dat elektronen in een geleider niet van begin tot eind doorstromen, maar een soort estafette houden. Dat gebeurt natuurlijk ook in die positieve leader: een positief punt op aarde zal elektronen van luchtmoleculen overnemen, waardoor dus verder op een positief molecuul ontstaat, en zo voorts. Net als in een transistor. Sommigen (o.a. dr. Blan) noemden dat een 'gatenstroom'.
Waar ik ook kijk, het wordt overal zo beschreven.
Die protonen en ionen bewegen niet, maar de elektronen doen het werk, door van molecuul naar molecuul te migreren. en dan nog alleen maar over hele korte afstanden !

Ik was zelf alleen onwetend over het feit dat er ook een leader van de negatieve kant komt.

Doe jij experimenten met Tesla coils of kom je op het hoogspanningslab van de UU of elders?

Ik was ooit bij Innsbruck bovenop een berg toen er een onweersbui de berg op kwam rollen. Best indrukwekkend. Maar voordat die bui er was, werd alles statisch geladen. Van iedereen stonden de haren recht overeind. En alles in de omgeving begon te sissen en te knetteren. We zijn snel (zonder iets aan te raken) naar een schuilhut gegaan.

Een bliksemafleider werkt doordat hij over de lengte van de afleider een kortsluiting is voor het potentiaalverschil tussen de wolk en aarde. Daardoor zal hij eerder op de afleider inslaan omdat de omringende lucht net op een wat hoger potentiaal zit en de afleiderpunt het laagste (laag gebruik ik hier voor de aarde maar het kan natuurlijk ook omgekeerd zijn) potentieel heeft op die hoogte. In de volksmond is dat "aantrekken", maar dat is natuurlijk onzin.

Er is onderzoek naar gedaan: een bolvormige punt op de afleider werkt net iets beter omdat bij een spitse punt de ioniserende lucht vlak voor een inslag isoleert en daarmee het effect van lager potentiaal teniet doet. Alhoewel ik bij de conclusie wat vraagtekens zet.

Wat ik al zei, vooral de elektronen zijn mobiel. positronen zijn te zwaar. Deze bewegen zeker wel. maar de leader ontstaat bij de meest mobile lading dragers, de elektron. negatief dus.
Mijn ervaring is inderdaad met tesla coils. 5 meter hoog en 1Mv op 70 kHz en andere apparaten zoals 100kv op 50 hz of 1Mvdc 1mA voeding.
Ontladingen op slowmotion bekeken etc.

Op 23 juli 2016 13:34:14 schreef Hoeben:

Een bliksemafleider werkt doordat hij over de lengte van de afleider een kortsluiting is voor het potentiaalverschil tussen de wolk en aarde.

Nee het werkt omdat de veld sterkte in kv/mm groter is bij een scherpe punt dan over een geleidelijk glooiend oppervlak. Het hoogte verschil is minder belangrijk dan de scherpte van de punt....

vooral de elektronen zijn mobiel. positronen zijn te zwaar.

Positronen zijn EXACT even zwaar als elektronen.

Haha, fret correct. Laten we anti deeltjes even weglaten hier. Maar ik bedoelde positieve ionen. Geen anti elektronen.

Bedoelde je misschien protonen ?

Ik heb ook nooit gezegd dat die bewegen, en ionen en atomen evenmin, maar het verplaatsen van positieve lading gebeurt schijnbaar doordat elektronen net de andere kant op bewegen....

Net zoals in het oude transistorverhaal, waar de 'gaten' door de halfgeleiderbarrière liepen.....

Nogmaals als je een (gemerkt)elektron in een geleider stopt, is de kans dat het er aan de andere kant uitkomt vrijwel nihil. Het komt maar een héél klein stukje verder, maar stuwt daarmee andere elektronen verder de geleider er in, met als gevolg, dat er aan de andere kant eentje uit komt.

@FET (niet fret*) ):
Is dat wel zo? Het zou best kunnen zijn dat er een tot nu toe onmeetbaar gewichtsverschil bestaat.

*)Dat zijn beestjes met heel scherpe tandjes

Nee grappen maker, ik bedoel niet protonen. maar zoals ik al zei positieve ionen. Lees AUB al mijn bijdragen. Een proton is een waterstofatoom gestript van zijn elektron. Niet relevant hier. En ja positron was een foutje van mijn kant.
1 elektron in en 1 uit de andere kant bij een geleider, ja dat weet ik ook wel. Ik probeer hier uiteleggen hoe een isolator veranderd in een geleider, en vervolgens hoe bliksem zich een weg naar aarde baant.
Goed lezen, er hangt geen koperdraadje tussen de wolk en aarde....

Op 23 juli 2016 14:07:32 schreef ArjanEmm:
[...]
Nee het werkt omdat de veld sterkte in kv/mm groter is bij een scherpe punt dan over een geleidelijk glooiend oppervlak. Het hoogte verschil is minder belangrijk dan de scherpte van de punt....

Uit onderzoek (2000) is gebleken dat een bolle punt beter is. Het is een oudere misvatting gebleken dat een punt zou ioniseren en sproeien.

Doordat de afleider voor een deel het potentiaalverschil kortsluit krijg je dus bij de punt een hogere veldsterkte, de punt heeft het aarde-potentiaal. Dat is dus hetzelfde als ik schrijf. Vlak voor een blikseminslag is er wel degelijk een potentiaalverschil, het hele pad staat op een kritische spanning en dan pas krijgt de afleider een voorkeur. "Gewoon" tijdens een bui is het potentiaalververschil verwaarloosbaar.

Het maakt niet uit of dat oppervlak smal of breed is, het potentiaalverschil blijft hetzelfde.

Verder gaan elektronen wel bewegen, maar je hebt een zeer hoge stroom nodig voor een beetje redelijk elektronentransport.

Op 23 juli 2016 18:05:54 schreef Hoeben:
[...]

Uit onderzoek is gebleken dat een bolle punt beter is. Het is een oudere misvatting gebleken dat een punt zou ioniseren en sproeien.

Geaarde scherpe punten rond een hoogspannings bron sproeien altijd!! Heb je een bron? Dit zie ik altijd bij hv experimenten!

Op 23 juli 2016 18:16:00 schreef ArjanEmm:
[...]
Geaarde scherpe punten rond een hoogspannings bron sproeien altijd!! Heb je een bron? Dit zie ik altijd bij hv experimenten!

Even zoeken leidt naar het hoofdstukje "Rounded versus pointed ends" op pagina https://en.wikipedia.org/wiki/Lightning_rod

Je hebt al een uitstekende pen en vervolgens "The results of this study suggest that moderately blunt metal rods (with tip height to tip radius of curvature ratios of about 680:1) are better lightning strike receptors than sharper rods or very blunt ones."
Dat noem ik een uitstekende punt. Heel erg scherp 680:1. nog scherper helpt blijkbaar niet.

Van dekens tot punten en via elektronen naar positronen positieve ionen.

Bliksem is inderdaad heel complex.

Op 22 juli 2016 18:40:43 schreef fred101:
Voor zover ik er wat van weet klopt het verhaal van GD.
Als aanvulling: De plaats van inslag is blijkbaar niet helemaal alleen hoogte afhankelijk.
Er moet een groot genoeg potentiaal verschil zijn. En binnen dat gebied zal de hoogte binnen grenzen natuurlijk wel meewerken (het Kema verhaal van FET)

De bliksem sloeg hier een tijd terug een paar huizen verderop direct in, in een schuurtje. Mijn antennemast is een stuk hoger dan de dak van dat schuurtje. Het dak van hun huis trouwens ook. Er staat daar vlakbij ook een heel hoge en grote boom. Maar het schuurtje was de klos. Er zijn blijkbaar veel variabelen. Ik heb in Frankrijk in de bergen de bliksem in een auto voor ons zien inslaan. Dat was echt heel gaaf om te zien.
Ik heb hem ook ooit in een boom zien inslaan in een weiland naast de snelweg toen ik op de motor zat. Dat was een paar honderd meter en aardig angstaanjagend. Ik voelde het al voordat ik het zag.

Mbt de kortste weg:
Je ziet de bliksem-schicht meestal via een heel grillig pad gaan. Dat ziet er niet echt als de kortste weg uit.

Ik weet het dus ook niet zeker maar ik dacht dat de eerste ontlading gaat van de grond naar boven. Daarbij wordt een (ionisatie ? ) kanaal gevormd wat de weg vrijmaakt voor de hoofdontlading van boven naar beneden. Dat kanaal is een soort resonante golfpijp (iets met de (door nep-medische figuren misbruikte) Schumann-resonantie)

Het is wel interessante materie maar er wordt zoveel flauwekul over geschreven dat je niet weet wat nu wel en niet klopt.

Precies, met die laatste zin sla je de spijker heel erg op z'n kop.
Het is gewoon heel simpel de bliksem neemt de weg van de laagste weerstand, altijd. Dat kan er voor ons mensen vreemd en onlogisch uitzien, maar dat is het niet. Anders zou een bliksemafleider, wat niets anders is dan zeer goede geleider met een lage weerstand, totaal niet werken.
Dat het een ontladingspad grillig is komt door de fysische toestand van de lucht op dat specifieke moment. Dat kan dus op een volgend moment weer geheel anders zijn. Je kan dat niet achteraf meten of berekenen omdat het dan alweer anders is. Er hangt zoveel "romantiek" om de bliksem heen, maar in de kern van de zaak is het toch gewoon een zeer hoge elektrische (statische)spanning die overslaat.

Nogmaals, de bliksem neemt de kortste weg in kleine stapjes van 10-100 meter. Daarom ziet het er chaotisch uit. Maar dat had ik al uitgelegd.
wiki animatie...
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Leaderlightnig.gif

[Bericht gewijzigd door ArjanEmm op zaterdag 23 juli 2016 20:02:53 (22%)

Op 23 juli 2016 19:51:53 schreef ArjanEmm:
Nogmaals, de bliksem neemt de kortste weg in kleine stapjes van 10-100 meter. Daarom ziet het er chaotisch uit. Maar dat had ik al uitgelegd.
wiki animatie...
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Leaderlightnig.gif

Ben het niet met je eens. Ook door de lucht blijft de wet van Ω gelden dus de kortste weg kan je vertalen naar de weg met de minste weerstand en dat is niet altijd de kortste!
Beetje zoals van A naar B reizen, dat kan via de kortste of via de snelste weg, meestal duurt de kortste weg langer, ondanks dat het minder KM's zijn.

En wikipedia wordt door "wetenschappers" gevuld?

Wel altijd de weg van de kleinste impedantie. Of dat R C of L is maakt niet uit de vonk zal de meest effieciente route vinden.
Hoe de voorontlading precies zijn stappen maakt heb ik al eerder uitgelegt dus val me hier niet op aan en lees mijn vorige bijdragen.

[Bericht gewijzigd door ArjanEmm op zaterdag 23 juli 2016 23:34:42 (35%)

Hier wel een goede uitleg van Walter Lewin met betrekking tot bliksem: https://youtu.be/ww0XJUqFHXU?list=PLyQSN7X0ro2314mKyUiOILaOC2hk6Pc3j&a…

Hij gooit er wat wiskunde, maar ook als je het niet allemaal volgt, is het verhaal goed te begrijpen.