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Home#pimpmyboatBLOGCome nasce un fulmine

Cosa si intende in scienza per fulmine

 

In meteorologia il fulmine (detto anche saetta o folgore) è un fenomeno atmosferico legato all’elettricità atmosferica che consiste in una scarica elettrica di grandi dimensioni che si instaura fra due corpi con elevata differenza di potenziale elettrico.

I fulmini più facilmente osservabili sono quelli fra nuvola e suolo, ma sono comuni anche scariche fra due nuvole o all’interno di una stessa nuvola.

Le condizioni ideali per lo sviluppo di fulmini sono i cumulonembi (particolarmente pericolosi e da tenere sott’occhio da noi marinai) tipici dei fenomeni temporaleschi, ma sono stati osservati fulmini anche durante tempeste di sabbia, bufere di neve e nelle nuvole di cenere vulcanica. Un caso particolare e raro è quello legato alla cosiddetta tempesta di fulmini overo sequenze ininterrotte di fulmini a brevissima distanza uno dall’altro (pochi secondi) per una durata complessiva anche di un’ora.

A causa della grande energia rilasciata essi costituiscono una minaccia per l’incolumità umana sebbene con rischi inferiori a molti altri fenomeni.

L’attività luminosa connessa alla scarica di un fulmine è detta lampo, mentre l’espansione del canale ionizzato in seguito alla scarica genera un’onda d’urto rumorosissima, il tuono. Un osservatore distante vede il lampo sensibilmente prima di sentire il tuono, poiché il suono viaggia a velocità molto inferiore a quella della luce (0.340 km/s circa contro 300.000 mm/s) e quindi percepirà un ritardo di circa tre secondi per ogni chilometro di distanza dal fulmini.

COME SI FORMANO I FULMINI?

La scarica di un fulmine è un tipico fenomeno elettrostatico molto simile a livello fisico e logico a quello di una scarica elettrica che avviene tra due piastre di un condensatore piano quando la differenza di potenziale tra di esse supera la cosiddetta rigidità dielettrica del mezzo fisico frapposto, in questo caso l’aria atmosferica (modello a condensatore).

A livello microscopico la scarica sarebbe generata dalle particelle cariche negative delle nuvole, presenti sulla superfici delle goccioline di nube, che vengono attratte dalle particelle positive presenti nel suolo per differenza di potenziale. Sono state studiate varie cause che includono le perturbazioni atmosferiche (vento, umidità, attrito e pressione atmosferica), ma anche l’impatto di particelle provenienti dal vento solare e l’accumulo di particelle solari. Anche le particelle di ghiaccio all’interno della nuvola sono ritenute essere un elemento fondamentale nello sviluppo dei fulmini, in quanto possono provocare la separazione forzata delle particelle con cariche positive e negative, contribuendo così all’innesco della scarica elettrica.

Il meccanismo esatto di formazione è di solito il seguente: dalla nuvola ha inizio un canale ionizzato (detto canale di prescarica) che avanza nell’aria verso il basso, muovendosi a tratti con avanzamenti rapidi dell’ordine dei 50 metri e pause nell’ordine di 50 microsecondi, in modo che la velocità media risultante dell’avanzamento sia di circa 1metro/microsecondo. Quando il canale ionizzato, che appare debolmente luminoso e presenta irregolarità di percorso e ramificazioni, raggiunge il punto di contatto con il suolo (o su una linea elettrica ad esempio) fluisce verso terra una elevata corrente dovuta alla scarica quasi completa del canale ionizzato (scarica di ritorno), la quale inizia dal suolo e si propaga verso la nube con una velocità di circa 10% – 30% di quella della luce rendendo via via notevolmente luminoso il condotto di fulmine e le sue ramificazioni. È possibile riprodurre il fenomeno fisico del fulmine tramite apparecchiature quali elettrofori.

PERICOLOSITA’ DEL FULMINE

 

Un corpo colpito da un fulmine viene riscaldato per effetto Joule, e le grandi correnti in gioco possono, a seconda dei casi, incendiarlo o fonderlo all’istante; quando un fulmine si scarica nell’acqua, essa può vaporizzarsi.

Quando un fulmine colpisce una persona, si parla di fulminazione (mentre si parla di folgorazione per indicare le lesioni violente prodotte dalle scariche elettriche provenienti dagli impianti industriali): in una frazione di un secondo un fulmine può danneggiare il cervello e arrestare il battito cardiaco. Dato che l’impulso elettrico è caratterizzato anche da alte frequenze[5], parte della corrente scorre sull’esterno del corpo, ustionando in particolar modo la pelle. Si stima che in tutto il mondo, nell’arco di un anno, più di mille persone vengano colpite da un fulmine.

Anche se una persona non viene colpita direttamente, un fulmine può comunque provocare danni gravi. L’onda d’urto può investire le persone vicine, spostandole e stordendole. Se il fulmine si scarica su un albero, questo esplode a causa della improvvisa vaporizzazione della linfa, proiettando schegge.

Per ridurne i rischi si utilizzano i parafulmini. Essere colpiti da un fulmine è un evento improbabile, ma non rarissimo, se non si adottano adeguate precauzioni quando può manifestarsi.

Le scariche elettriche sono attratte dalla presenza di materiali conduttori oppure di energia nelle sue varie forme, e, a parità di materiale, tendono a concentrarsi sulle punte. Infatti, la densità di carica elettrica misurabile in un materiale conduttore risulta massima nelle sue punte e sui suoi spigoli, dove tendono a concentrarsi le particelle elettriche libere: è in base a questo principio che funziona il parafulmine.

La casa, ed in generale i luoghi al chiuso costituiscono un riparo sicuro in caso di temporale. All’interno si consiglia di:

  • Evitare di utilizzare apparecchiature connesse alla rete elettrica.
  • Evitare di toccarne elementi metallici quali tubature e le parti metalliche di tambucci, passauomo e oblò;
  • Cercare di evitare di entrare in contatto con l’acqua e utilizzare un equipaggiamento idoneo;

Al chiuso i cellulari sono sicuri da utilizzare in quanto il loro campo elettromagnetico è troppo debole per attrarre in forma significativa i fulmini.