Come si forma un fulmine
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I fulmini sono fenomeni fisici legati all'elettricità atmosferica; consistono in una scarica elettrica, di grandi dimensioni, tra nubi e nubi, tra nubi e suolo o tra punti diversi all'interno della stessa nube, che si trovano ad una elevata differenza di potenziale elettrico.
Questo processo fu evidenziato per la prima volta - nel 1752 - dallo scienziato e politico statunitense Benjamin Franklin con una serie di esperimenti fatti con aquiloni, esperimenti che lo portarono all'invenzione del parafulmine.
Possiamo immaginare la nube come una grande pila. I cristalli di ghiaccio che si formano in cima alla nube temporalesca sono carichi positivamente. Le gocce d'acqua che tendono a cadere alla base del cumulonembo hanno invece carica negativa. Sono però possibili anche polarità distribuite diversamente.
Quando il potenziale è sufficiente a superare la resistenza dell'aria, si ha la scarica elettrica, con le cariche negative che si muovono verso quelle positive lungo percorsi irregolari, corrispondenti a canali di aria ionizzata, e quindi buona conduttrice. La maggior parte delle scariche avviene tra le nubi, solo un fulmine su quattro avviene tra suolo e nube.
Fulmine tra una nube e il suolo (a sinistra); fulmine tra due nubi (al centro); fulmine intranube (a destra).
La velocità del fulmine va di 96.000 a 140.000 km/h. Lungo la scarica l'aria si riscalda a 30.000°C e la pressione può aumentare da 10 a 100 volte, generando onde d'urto che percepiamo come tuoni.
Nonostante le apparenze, la maggior parte dei fulmini tra nubi e suolo viaggia da terra verso le nubi e non viceversa.
Fotografia ad alta risoluzione rivelano inoltre che il fulmine da noi percepito come evento unico in realtà è una rapidissima sequenza di scariche. Prima si ha una serie di scariche discendenti, che preparano i canali di aria ionizzata. Segue la scarica principale, che in genere parte da qualche struttura appuntita ed elevata e raggiunge la nube lungo i corridoi di aria ionizzata. Un'altra scarica avviene poi dall'alto verso il basso. Il ciclo si ripete per 5-10 volte in un quarto di secondo.
Il fulmine da noi percepito è una serie di scariche che si ripete ciclicamente 5-10 volte in un quarto di secondo; brevi scariche discendenti si accompagnano a una scarica principale che parte da una struttura appuntita al suolo per raggiungere la nube.
Le correnti in gioco sono superiori ai 100.000 ampere, mentre le differenze di potenziale superiori ai 300 milioni di volt.
Forti differenze di potenziale tra l'aria e il suolo possono verificarsi anche in assenza di nubi: si ha allora il proverbiale "fulmine a ciel sereno".
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