רעמים וברקים: פיסיקה בפעולה לנגד עינינו

מאת: בת-שבע וגון

השמיים מכוסים בעננים אפורים, הגשם לא מפסיק לשטוף את הרחוב וסופה של ממש משתוללת בחוץ. הבזק של אור מאיר לשנייה אחת את כל השמיים, ומיד אחריו מרעיד את החלונות בבית רעש מחריש אוזניים. אף אחד לא מעז לצאת החוצה, אפילו החתולים מצאו להם מקום להתחבא. אבל אתם נוסעים עכשיו יחד איתי בדיוק אל המקום שהכי מפחיד להיות בו ברגע זה, אל העננים המחשמלים. היישר אל תוך הברקים, כמובן בתנאי שאתם מספיק אמיצים!

אז כמו תמיד, הכול מתחיל בהתחלה, וכאן ההתחלה היא בענן שמתעבה. זה קורה כשהשמש מחממת את הימים והאוקיינוסים ושאר מקורות המים, וטיפות המים עוברות ממצב של נוזל למצב גז. האדים האלה עולים למעלה, אבל ככל שהם מטפסים גבוה יותר באטמוספרה כך הם מגיעים לאזורים קרים יותר. ומה קורה, לדעתכם? נכון, כאשר גז מתקרר הוא מתעבה והופך לנוזל, במקרה הזה יחזור להיות מים בצורת טיפות קטנטנות. אם הוא ימשיך להתקרר הוא פשוט יקפא ויהפוך למוצק – גבישי קרח שמצטברים יחד לפתיתי שלג או גושי ברד.

אדי המים שהפכו לטיפות ולרסיסי קרח קטנטנים מתקבצים יחדיו והופכים לענן אחד גדול. בשעה שחלקיקי המים הזעירים עושים את דרכם למעלה ומתעבים לצורת ענן הם מתנגשים ומתחככים זה בזה ללא הרף. חיכוך בין שני עצמים גורם להם להיטען במטען חשמלי, ואז נוצר חשמל סטטי, ובהמשך המטענים נעים לאזורים שונים בתוך הענן בדרך שעדיין אינה מובנת עד הסוף.

אנחנו מרגישים את החשמל הסטטי, למשל, כאשר אנו מברישים את השיער, אז החיכוך בין המברשת לשיער טוען את השיער במטען חשמלי והוא נדבק למברשת שעליה נוצר מטען הפוך, ואפילו נעמד בכל מיני צורות מוזרות משום ששערות בעלות מטען זהה דוחות זו את זו. גם בזמן גלישה במגלשה הפלסטיק טוען את גופנו במטען חשמלי, ולגמרי לא כיף לנסות לגעת במישהו מיד לאחר שירד ממנה – תרגישו ממש זרם חשמלי קטן ולא נעים.

החשמל חייב לזוז

נחזור לענן שלנו. החיכוך וההתנגשויות בין מיליארדי החלקיקים הקטנטנים נוצר בתחתית הענן מטען עצום של חשמל סטטי, וכל חלקיק נוסף של מים המגיע לענן מגדיל אותו עוד יותר. המטען החשמלי גדול כל כך עד שאפשר להרגיש אותו אפילו על האדמה. ואם אתם נמצאים במקום פתוח מתחת לענן גדול ואפור, ופתאום מרגישים חשמל סטטי בגוף, שמתבטא למשל בשערות סומרות, כדאי לכם מאוד להתרחק במהירות מהאזור. זה עלול להיות ממש מסוכן.

אם כן, החשמל הסטטי ממשיך להצטבר. אבל אז מגיע רגע שבו הענן לא מסוגל לשאת יותר את המטען העצום שהתאסף עליו, ומתרחשת "פריקה חשמלית". זה קצת דומה למגדל קוביות: עם כל קובייה שנוסיף המגדל יהיה פחות יציב, ואז אנו מניחים את הקובייה האחרונה, זו שממוטטת את כל המגדל. כאשר מגיע השלב הזה הענן מחפש דרכים לפרוק בבת אחת את כל החשמל הסטטי שהצטבר עליו, ולהזרים אותו למקום אחר. את זה הוא עושה באמצעות הפנית החשמל לענן סמוך או ישירות אל האדמה.

אגב, כדי להתגונן מפני ברקים הומצא כליא הברק. זהו מתקן מתכתי מבודד, שמהווה מוליך חשמלי מצוין. הוא נמצא מעל לבניינים גבוהים ומושך אליו את הזרם החשמלי. כאשר אכן פוגע בו ברק הוא פורק את הזרם העצום אל האדמה וכך מונע נזק למבנה ולבני האדם שבתוכו.

מרעישים בשמיים

אבל כיצד זורם החשמל ממקום למקום? החשמל יעדיף, כמובן, לזרום דרך מוליך חשמל טוב. אבל מכיוון שבין העננים לאדמה לא מחובר כבל מתכת, למטען החשמלי לא תהיה ברירה אלא לזרום דרך אחד המוליכים הגרועים ביותר בטבע – האוויר.

האוויר שדרכו זורם החשמל מתחמם ומגיע לטמפרטורות גבוהות מאוד. כתוצאה מכך הוא מקרין אור חזק ביותר הנקרא ניצוץ חשמלי. לפעמים אפשר לראות ניצוץ קטן כזה כאשר מכניסים את התקע לשקע, אבל שימו לב - הניצוץ הזה מסוכן מאוד מפני שהוא תוצאה של זרם חשמלי שעוצמתו מאוד גבוהה, ונגיעה בו תביא להתחשמלות.

עוצמתו של הניצוץ החשמלי שפורק הענן אל האדמה גבוהה פי עשרות אלפים מזה של החשמל שזורם בקירות הבית, ולכן האוויר שדרכו עובר הניצוץ הזה מתחמם לטמפרטורה של קרוב ל-30 אלף מעלות צלזיוס - פי חמישה מהטמפרטורה שעל פני השמש! כשאוויר מתחמם הוא מתפשט, ובמקרה הזה ההתחממות כל כך מהירה וחזקה עד שחלקיקי האוויר מתפשטים במהירות על-קולית, מה שיוצר צליל של פיצוץ, הוא הרעם.

הרעם והברק נוצרים בדיוק באותה שנייה, אבל הברק תמיד מגיע לעינינו מהר יותר מאשר הרעם מגיע לאוזניים. זה קורה מפני שהרעם הוא גל קול, שנע באוויר במהירות הקול שהיא קצת יותר מ-1,200 קילומטרים בשעה. הברק, לעומת זאת, הוא גל אור שנע במהירות הגבוהה ביותר בטבע – 300 אלף קילומטרים בשנייה! עכשיו זה ברור: הצליל מתקדם במהירות גבוהה, אבל הוא מפסיד בתחרות עם האור.

הנה, השמים הולכים ומתבהרים והשמש הנעימה מתחילה להציץ. אפילו החתולים יצאו מהמחבוא שלהם. המסע המחשמל שלנו הסתיים, ועכשיו אתם כבר יודעים כיצד נוצרים ברקים, למה הם מסוכנים ומה זה הרעש הזה ששומעים.

הכתבה פורסמה בגיליון ינואר של המגזין "גליליאו צעיר "