Weerlig

duimnael|regs|258px|'n Weerligstraal oor 'n stad afgeneem

Weerlig is 'n kragtige natuurlike elektrostatiese ontlading wat tydens 'n donderstorm ontstaan. Die skielike ontlading gaan gepaard met die uitstraling van sigbare lig asook ander vorme van elektromagnetiese straling. Die elektriese stroom wat deur die lug vloei verhit die lug baie vinnig en laat die lug uitsit in die vorm van 'n plasma wat akoestiese skokgolwe (donderweer) in die atmosfeer veroorsaak.
Vroeëre weerlignavorsing

duimnael|regs|258px|Wolk tot wolk weerlig

Tydens die vroeë ondersoeke na die aard van elektrisiteit deur van die Leydenfles en ander instrumente gebruik te maak, het 'n aantal mense (onder ander Dr. Wall, Gray en Abbé Nollet) voorgestel dat daar 'n ooreenkoms was tussen die klein vonke en weerlig.

Benjamin Franklin, die uitvinder van die weerligafleier, het gepoog om die teorie te toets deur 'n toringnaald te gebruik wat in Philadelphia opgerig sou word. Terwyl hy gewag het vir die voltooiing van die toring het ander navorsers (Dalibard en De Lors) te Marly, Frankryk die eksperimente uitgevoer wat later as die Philadelphia eksperimente bekend gestaan het soos uiteengesit in Franklin se boek.

Franklin kry gewoonlik erkenning vir die eksperimente omdat hy die eerste was om dit voor te stel. Franklin het terwyl hy nog gewag het op die voltooiing van die toring die idee gekry om 'n vlieënde voorwerp soos 'n vlieër te gebruik. Tydens die volgende donderstorm, in Junie 1752, het hy die vlieër gevlieg saam met sy seun as sy assistent. Aan die onderpunt van die tou het hy 'n sleutel vasgemaak. Na 'n ruk het hy opgelet dat die los vesels op die tou na buite uitgestrek het. Toe hy sy hand naby aan die sleutel bring het 'n vonk oor die gaping tussen die sleutel en sy hand gespring. Die reën wat geval het, het die tou natgemaak en dit geleidend gemaak.

Franklin noem egter duidelik in sy outobiografie (geskryf tussen 1771–1788 en gepubliseer in 1790) dat hy die eksperimente eers ná die eksperimente in Frankryk uitgevoer het, wat sonder sy medewete weke voor sy eie eksperimente plaasgevind het.

Namate die nuus van die eksperimente en die besonderhede daarvan versprei het, is vele pogings aangewend om dit te herhaal. Die eksperimente was egter almal baie gevaarlik en het dikwels noodlottige gevolge gehad. Die bekendste sterfgeval van 'n Franklin nabootster was dié van Professor Georg Richmann van Sint Petersburg in Rusland. Hy het 'n soortgelyke opstelling as Franklin gebou en was teenwoordig by 'n vergadering van die Akademie vir Wetenskap toe hy die donderweer hoor. Hy het hom huis toe gehaas saam met sy kunstenaar om die gebeurtenis vas te lê. Terwyl die eksperiment aan die gang was het 'n groot balweerlig ontstaan en hom teen die kop getref. Sy skoene is oopgeskeur en dele van sy klere geskroei. Die kunstenaar is katswink geslaan en die deurraam is gekloof en die deur self was van sy skarniere afgeruk.
Moderne navorsing

duimnael|250px|Weerlignabootser te Questacon, Canberra

Al het die eksperimente uit die tyd van Franklin getoon dat weerlig 'n ontlading van statiese elektrisiteit was, het die teorie in die daaropvolgende 150 jaar bitter min verder ontwikkeling ondergaan. Die momentum vir verdere navorsing het gekom vanaf die elektriese ingenieursbedryf gekom: Kragoordraglyne het in gebruik gekom en ingenieurs moes meer oor die weerlig wat die betroubaarheid daarvan beïnvloed het, verstaan. Nuwe navorsing het sodoende heelwat nuwe inligting oor weerligverskynsels aan die lig gebring, veral rondom die grootte van die stroom en die hoeveelheid energie betrokke.

Daar is byvoorbeeld vasgestel dat die hoofstraal teen ongeveer 10% van die spoed van lig beweeg en sy hoogste stroomsterkte vir ongeveer 100 mikrosekondes handhaaf. Verder is ook vasgestel dat weerlig ook gepaard gaan met 'n aantal herhalende slae met tussenposes van om en by 30 millisekondes. Die herhalende slae gee 'n stroboskopiese effek wat dikwels opmerklik is.
Hoe weerlig ontstaan

Die eerste proses wat plaasvind tydens die ontstaan van weerlig is die geforseerde skeiding van positief en negatief gelaaide ladingdraers in 'n wolk of in die lug. Die meganisme waarvolgens dit gebeur is steeds die onderwerp van baie navorsingswerk, maar 'n algemeen aanvaarde teorie is die polarisasie meganisme. Volgens die teorie het die meganisme twee komponente: die eerste is dat die vallende druppels van reën of ys meer gepolariseer word soos hulle deur die atmosfeer se natuurlike elektriese veld val en tweedens dat die botsende yspartikels meer gelaai raak deur elektrostatiese induksie. Wanneer die deeltjies gelaai is word die teenoorgestelde ladings uitmekaar gestoot en die energie in die elektriese velde tussen hulle gestoor. Die positief gelaaide kristalle is geneig om na bo te dryf wat veroorsaak dat die bokant van die wolke 'n positiewe lading verkry en die negatiewe deeltjies val na onder waar die middelste en onderste lae van die wolk 'n negatiewe lading verkry. Wolk-tot-wolk weerlig kan op hierdie stadium voorkom. Wolk-tot-grond weerlig is minder algemeen. Cumulonimbuswolke vorm gewoonlik nie genoeg yskristalle om 'n groot genoeg ladingskeiding te bewerkstellig wat weerlig veroorsaak nie.

Wanneer voldoende negatiewe en positiewe ladings op die manier ontstaan het en wanneer die elektriese veld sterk genoeg raak, kom 'n elektriese ontlading voor binne die wolke of tussen die wolke en die grond wat die bliksemstraal tot gevolg het. Daar is al aan die hand van sekere eksperimentele bewyse voorgestel dat hierdie ontladings ontken word deur kosmiese straling, wat atome in die atmosfeer ioniseer en die elektrone vrystel wat deur die elektriese velde versnel word waar dit om die beurt weer ander lugmolekules ioniseer en sodoende 'n kettingreaksie aan die gang sit, wat dan die weerlig laat ontstaan. Tydens die slag word opeenvolgende dele van die lug geleidend soos die elektrone en positiewe ione van mekaar af weggetrek word en gedwing word om in teenoorgestelde rigtings te vloei. Die geleidende filament (ook stapleiers genoem) groei in lengte en terselfdertyd begin die elektriese energie radiaal inwaarts na die geleidende filament vloei.

As so 'n stapleier naby die grond voorkom, verskyn teenoorgestelde ladings op die grond en versterk sodoende die elektriese veld. Die elektriese veld is hoër op bome en hoë geboue. As die elektriese veld sterk genoeg word, kan 'n ontlading vanaf die grond ontstaan.

Weerlig kan ook binne-in die wolke van vulkaniese uitbarstings voorkom of selfs in groot bosbrande waar voldoende stof vrygestel word om 'n elektriese lading te laat ontstaan.

'n Weerligstraal begin gewoonlik wanneer die onsigbare negatief gelaaide stapleier slag vanuit die wolk na onder begin beweeg. Terwyl dit gebeur begin 'n positief gelaaide wimpel vanaf die positief gelaaide grond of wolk na bo beweeg. Wanneer die twee leiers mekaar ontmoet, neem die elektriese stroom dramaties toe. Die hoë stroomgebied beweeg dan teen die positiewe stapleier in die wolk in. Hierdie terugwaartse slag is die mees sigbare deel van die slag. Die meeste weerligslae duur vir ongeveer 'n kwartsekonde. Soms sal verskeie slae teen dieselfde leier op en afbeweeg wat 'n flikkering tot gevolg het. Hierdie ontlading superverhit die leierkanaal wat veroorsaak dat die lug so vinnig uitsit dat 'n skokgolf ontstaan wat gehoor word as 'n donderslag.

Dit is moontlik dat die wimpels tegelykertyd vanaf verskillende voorwerpe uitgestuur kan word wat met een leier verbind wat die ontladingspad vorm. Hierdie soort weerlig staan bekend as negatiewe weerlig vanweë die ontlading van negatiewe lading vanuit die wolke en is vir 95% van alle weerligslae verantwoordelik.

'n Gemiddelde straal van negatiewe straling dra 'n stroom van ongeveer 30 kiloampere en dra 'n lading van 5 coulomb en het 'n potensiaalverskil van ongeveer 100 megavolt en stel 500 megajoule se energie vry.
regs|duimnael|Wolk-tot-wolk weerlig.
Positiewe weerlig maak minder as 5% van alle weerlig uit. Dit ontstaan wanneer die stapleiers gevorm word by die positiewe lading bo-op wolke met die gevolg dat 'n positiewe lading op die grond ontstaan. Navorsing wat gedoen is na die ontdekking van positiewe weerlig in die 1970's het aangetoon dat positiewe weerligstrale tipies ses tot tien maal kragtiger is as negatiewe slae, en duur ongeveer tien keer langer. Tydens 'n positiewe weerligslag ontstaan groot hoeveelhede uiters lae- en baie lae frekwensie radiogolwe.

'n Gemiddelde positiewe weerligstraal dra 'n stroom van 300 kiloampere, dra 'n lading van 300 coulomb oor en het 'n potensiaalverskil van 1 gigavolt ('n duisendmiljoen volt) en stel ook baie meer energie vry.


Kategorie:Meteorologie

sv:Åska#Blixten