Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!
Na rozdíl od všeobecného přesvědčení, hromosvody blesky nepřitahují, ale staví se proti nim. Tento vynález Benjamina Franklina z roku 1752 se stal trvalým prvkem ochrany budov před nebezpečným bleskem. Díky základním zákonům elektrostatiky nás drží v bezpečí při bouřkách.
Co je to blesk?
Blesk je přirozený elektrostatický výboj, který se vyskytuje v atmosféře, obvykle během bouřky. Může se vyskytovat mezi zemí a vrstvou bouřkových mraků, nebo výhradně v atmosféře, mezi dvěma vrstvami mraků. Výboj je způsoben přítomností velkého potenciálového rozdílu, který dosahuje hodnot 10-100 MV (megavoltů).Samotný výboj probíhá pod proudem až několika set kiloampérů. Při dopadu se vytvoří náboj o velikosti asi 5 coulombů a uvolní se až 1 GJ (gigajoulů) energie, výsledkem je plazma o teplotě asi 50 000 K (kelvinů).
Výše uvedené obrázky ukazují, jak nebezpečné jsou blesky. Pro člověka mohou být smrtelné, jsou jednou z příčin požárů a také představují nebezpečí pro jakékoli elektrické zařízení.
Rýže. 1. Rozložení elektrického náboje v oblaku
Příčina blesku
Jev elektrostatické polarizace, tzn. oddělení kladných a záporných nábojů v objemu oblaku je zodpovědné za elektrické výboje v atmosféře. Spodní vrstva mraku zpravidla akumuluje záporný náboj, zatímco její horní vrstva zůstává nabitá kladně. Důvodem tohoto rozložení jsou četné srážky molekul vody a ledových krystalů uvnitř oblaku a rozdíly v rozložení elektrického náboje mezi molekulami kapaliny a zmrzlé vody.Elektrické pole vytvářené mrakem způsobuje polarizaci zemského povrchu. Na její vnější vrstvě je indukován kladný náboj.
Vzduch je izolant. V přítomnosti silného elektrického pole však i v dielektriku může vzniknout vodivá dráha. To je způsobeno fenoménem ionizace, tzn. oddělování elektronů od atomů. Ve vzduchu se hromadí volné elektrony a kladné ionty, které zajišťují vodivost náboje. Přeměna dielektrického vzduchu na vodivou plazmu umožňuje proudění velkého množství náboje mezi mrakem a zemí ve formě blesku.
Blesk se vyskytuje také nad zemí, mezi spodní a horní vrstvou bouřkových mraků.
Hromosvod nebo systém ochrany před bleskem
Vynález hromosvodu je připisován Benjaminu Franklinovi (1706-1790), jednomu ze zakladatelů Spojených států, který byl také filozofem, vědcem, vynálezcem a politikem.
Rýže. 2. Náčrty raných instalací ochrany před bleskem (JAH Reimarus, podrobná pravidla ochrany před bleskem pro všechny budovy, 1797).
Rýže. 3. Ozdobné vložky do hromosvodů (L. Clasen. Bleskosvody v jejich designu a instalaci, 1895).
Rýže. 4. Moderní ochrana před bleskem
Bleskosvod plní dvojí roli/Za prvé umožňuje snížit potenciální rozdíl mezi mrakem a chráněným objektem, což způsobuje jev ionizace vzduchu a neutralizaci náboje v mraku. Pokud to nestačí a k výboji přesto dojde, hromosvod zajistí bezpečné vybití nálože na zem.
Hromosvod má obvykle podobu hrotité tyče (viz - obr. 4.), která se instaluje v nejvyšším bodě budovy. Tato tyč je uzemněna, tzn. napojena na tlustý vodič, který jej spojuje s tzv. zemnicí elektrodou, tzn. kovová elektroda umístěná ve vlhké vrstvě země.
Ochrana před bleskem
Rozložení elektrického náboje na povrchu Země a v oblaku vytváří elektrické pole směřující z kladně nabité Země do záporně nabité spodní vrstvy oblaku. Působením tohoto pole se v hromosvodu indukuje kladný náboj a volné elektrony se řítí k zemi. Na špičaté části hromosvodu se hromadí elektrický náboj o vysoké povrchové hustotě. Pak dochází ke koronovému výboji - jevu, který vzniká tím, že vzduch kolem hromosvodu se ionizuje.
Pozn. Korónový výboj je elektrický výboj, který se vyskytuje v ionizovaném plynu. To je možné, i když je rozdíl potenciálů příliš malý na to, aby vytvořil průraz nebo oblouk v důsledku tvorby plazmatu kolem nabité elektrody.
Záporné elektrony jsou přitahovány kladně nabitým hromosvodem a kladné ionty jsou přitahovány mrakem.To zase snižuje množství záporného náboje v mraku a snižuje potenciální rozdíl mezi mrakem a zemí, což působí proti vzniku blesků.
Jedna ionizace vzduchu kolem chráněného objektu však nemusí stačit. Bouřkové mraky (cumulonimbus) jsou nízké mraky, někdy jen několik set metrů vysoké. Mohou se však vertikálně protáhnout několik kilometrů. Při velkém nahromadění náboje v jejich spodní vrstvě může dojít k elektrickému výboji. V tomto případě hromosvod poskytuje ochranu proti nekontrolovanému toku velké nálože.
Vzhledem k tomu, že hromosvod je nejvyšším bodem budovy, je největší pravděpodobnost, že bude zasažen bleskem. Naštěstí je hromosvod uzemněný, takže nálož může stéci do země, aniž by to znamenalo nebezpečí.