Ile jest u nas stacji amatorskich posiadających prawidłowo zabezpieczoną antenę? Ilu naszych OM’s nie uziemia anteny przed burzą? A czy uziemianie anteny – co należało kiedyś do obowiązkowego ceremoniału naszych dziadków posługujących się „detektorkami kryształkowymi” – jest w dobie sputników naprawdę konieczne? Trudno byłoby na pierwsze dwa pytania odpowiedzieć. Sami wiemy jak jest. Jednakże na ostatnie pytanie odpowiedź jest jedna: antyczny ceremoniał należy dla własnego dobra kontynuować.
Wspominałem już kiedyś historię, jak to w moim PA piorunki strzelały. Mały piorunek – prawda – dużej krzywdy nie wyrządzi, ale duży … Ba, ale właściwie jak duży jest piorun i skąd się bierze? To nie taka prosta sprawa, sami „piorunolodzy” nie zawsze się ze sobą zgadzają w szczegółach teorii elektryczności atmosferycznej. Nasz glob ziemski, ziemię, oraz otaczającą ją atmosferę można w przybliżeniu uważać za olbrzymi kondensator sferyczny. Ziemia stanowi ujemnie naładowany przewodnik oddzielony od drugiej okładki – jonosfery – dielektrykiem, jakim jest powietrze troposfery i stratosfery. Powietrze jest wprawdzie dość dobrym izolatorem, ale wykazuje ono zmieniającą się w szerokich granicach przewodność, która z kolei odgrywa pierwszorzędną rolę w zjawiskach związanych z piorunami. Na przewodność powietrza ma wpływ ilość jonów znajdujących się w atmosferze, jak również i ich pochodzenie. Nie bez znaczenia są też ruchy mas powietrza, wiry i wiatry, które tymi jonami miotają.
Pewno sobie przypominacie skąd się biorą jony w atmosferze?
Na elektryczność atmosferyczną pierwszorzędny wpływ ma sytuacja meteorologiczna. Potrafimy nawet sami rozpoznać te chmury niosące burzę – cumulonimbusy. Bez wątpienia najważniejszym źródłem energii burzowej jest zjawisko konwekcji termicznej olbrzymich mas powietrza. Jak zachodzi przemiana energii cieplnej w elektryczną nie wiemy zbyt dokładnie. Domyślać się należy, że kropelki deszczu, kryształki lodu, czy wreszcie płatki śniegu i ich ruch są w znacznej mierze odpowiedzialne za zjawiska jonizacji w atmosferze.
Chmura burzowa, którą targają wewnętrzne wiatry przenoszące ładunki elektryczne – jony – jest wprost naładowana elektrycznością. Jedne ładunki ujemne gromadzą się na dole chmury, drugie lokują się na górze. Taka naładowana elektrycznością chmurka, przesuwając się ponad ziemią indukuje odpowiednie ładunki elektryczne na powierzchni ziemi. Wzrasta tym samym gradient potencjału pomiędzy ziemią, a chmurą. Natężenie pola elektrycznego może wreszcie osiągnąć taką wartość, że izolacja jaką jest powietrze nie wytrzyma i nastąpi przebicie – strzeli piorun. Gradient potencjału przy jakim następuje przebicie zmienia się zależnie od czystości powietrza. W powietrzu czystym potrzeba aż 1000 kV/m aby nastąpiło wyładowanie, czasem wystarcza natężenie pola elektrycznego 100 kV/m.
Choć nie znamy zbyt dobrze teorii piorunów, to dzięki doskonałym aparatom fotograficznym mamy jego portrety. Wiemy jaki jest proces rozwoju pioruna. To, co się czasami wydaje nam jednym błyskiem – w rzeczywistości stanowi kilkadziesiąt wyładowań następujących jeden za drugim w ciągu ułamka sekundy. Większość piorunów składa się z wielokrotnych wyładowań.
Podstawa chmury burzowej, skąd wychodzi piorun, posiada w 95% wypadków ładunek ujemny. Na ziemi pod chmurą indukuje się więc ładunek dodatni. Gdy różnica potencjałów pomiędzy ziemią, a chmurą osiągnie krytyczną wartość rzędu 100 milionów woltów – co odpowiada gradientowi potencjału około 40 kV/m – z podstawy chmury w kierunku ziemi wyrusza grot ładunków elektrycznych, który z szybkością w przybliżeniu 50.000 km/s pędzi ku ziemi jonizując po drodze cząsteczki powietrza z którymi się zderza na swej drodze. Grot ten zawędruje niedaleko, kilkadziesiąt metrów zaledwie, ale wkrótce po około 0,1 sekundy następny ruszy jego śladem i zawędruje nieco dalej. Gdy wreszcie któryś z grotów pioruna dojdzie do ziemi, dodatnie ziemskie ładunki ruszają w górę utartym, zjonizowanym śladem z prędkością 100.000 km/s. I to daje ten jasny błysk. Czasem kilka grotów dąży do ziemi, a każdy z nich jest równie groźny.
Piorun trwa więc dość krótko – średnio 0,4 sekundy. Najdłużej trwający piorun, jaki kiedykolwiek zarejestrowano istniał 1,5 sekundy. Średnica pioruna wynosi przeciętnie od 2 do 10 cm. Takie dziury znajdowano w samolotach rażonych piorunem. Połowa piorunów wykazuje prąd rzędu 25.000 amperów, a 10% piorunów jest o prądzie ponad 60.000 A. Największe zarejestrowane natężenie prądu wynosiło 220.000 A. Pod działaniem takich prądów drzewa po prostu eksplodują – przewody wyparowują.
Czy więc warto uziemiać antenę?
Na pewno nie warto uziemiać anteny przewodem z banankami i krokodylkami – może bowiem po nich pozostać tylko wspomnienie. A uziemiać jednak trzeba. I to przyzwoicie. Po co? Rzeczywiście trudno sobie wyobrazić, aby Long Wire, nawet najlepiej uziemiony, wytrzymał bezpośrednie uderzenie jakiegoś rekordzisty – pioruna. Antena stanowi jednak z a w s z e wtórne uzwojenie transformatora, w którym pod wpływem prądu błyskawicy strzelającej od chmurki do chmurki nad naszymi głowami może zaindukować się dosyć napięcia aby wam zrobić 99, czego ani sobie, ani nikomu z OM’s nie życzę!
Cheerio de SP5LP