البرق

كيفية حدوث ظاهرة البرق ينتج الشّحن الكهربائي داخل سحب العواصف الرّعدية نتيجة وجود جزيئات مائية صغيرة الحجم أو بسبب تدفّق بلورات الجليد صعوداً وهبوطاً في الهواء واصطدامها ببعضها البعض بالاعتماد على رطوبة الجو، إذ يؤدي هذا الأمر إلى انتقال الإلكترونات سالبة الشّحنة من بلورة جليد لأخرى وفصل الشّحنات السّالبة عن الموجبة بحيث يصبح الجزء العلوي من السّحابة مشحوناً بشحنة موجبة، بينما تصبح قاعدة السّحابة مشحونة بشحنة سالبة.[١][٢] مع ازدياد قوة الحقل الكهربائي في منطقة تواجد سحابة العاصفة الرّعديّة يبدأ الانهيار الكهربائي للهواء، ويبدأ عمود من الهواء المحمّل بالشحنات يُعرف باسم القائد المتدرج (بالإنجليزيّة: Stepped leader) بالانتشار نحو الأرض بخطوات متتالية يصل طول الواحدة منها إلى 50 متراً تقريباً، ومع استمرار حركة ونمو القائد المتدرج يتأيّن الهواء ويحمل شحنة كهربائية على امتداد مساره، ومع اقترابه من الأرض يتشكّل فرق جهد كهربائي بين نهاية القائد المتدرّج والأرض مما يؤدي إلى إطلاق الأرض لشحنات كهربائية تعترض مسار القائد المتدرج قبل وصوله للأرض.[٣] عند التقاء القائد المتدرج مع الشّحنات الكهربائيّة التي تنطلق من الأرض تحدث ضربة مرتدة أو راجعة (بالإنجليزيّة: return stroke) باتجاه الغيمة بسرعة مماثلة لسرعة الضّوء تقريباً، مما يولّد طاقة هائلة، وضوء ساطع فيما يعرف بالرّعد والبرق، ومن الجدير بالذّكر أنّ الحقل الكهربائي يكون عالياً جداً في الأجسام الطويلة المرتفعة مثل هوائيات الرّاديو لذلك عندما يصل إليها القائد المتدرج فأنه ينتشر منها إلى السّحابة مكوناً وميضاً متفرعاً ينتقل من الأرض إلى الغيمة، ويتميّز هذا النّوع من وميض البرق بأنّه ينقل إلى الأرض شحنة كهربائيّة موجبة.[٣] يحدث أمراً شبيهاً بما ذُكر سابقاً في حالة البرق داخل الغيمة إلا أنّ التّفريغ الكهربائي يحدث بين مناطق الغيمة المختلفة في الشّحنة الكهربائيّة، ولا وجود للضربة الرّاجعة بسبب عدم قدرة الهواء البعيد عن الأرض على نقل الكهرباء، ومع ذلك يُنتج عن هذا النّوع من البرق طاقة هائلة ووميض ساطع، ورعد مثله في ذلك مثل البرق من الغيمة للأرض.[٣]

نظرة عامة عن ظاهرة البرق يُعرف البرق (بالإنجليزيّة: lightning) على أنه ظاهرة طبيعية تنشأ بفعل عمليات التفريغ الكهربائي على شكل شرارة عند وجود فائض من الشّحنات الكهربائيّة السّالبة أو الموجبة داخل منطقة معينة من الغيمة بما يكفي لكسر مقاومة الهواء لمرور التّيار الكهربائي فيه، ويرتبط البرق عادةً بالمزن الرّكاميّة أو السّحب الرّعديّة، ولكنه قد يحدث أيضاً في السّحب الطّبقيّة التي تتموضّع على شكل طبقات أفقيّة كبيرة، وفي العواصف الرّمليّة والثّلجية، وفي حالات قليلة قد يرتبط البرق بالغبار والغازات المنبعثة عند انفجار البراكين.[٤] يحدث التّفريغ الكهربائي أثناء البرق على شكل صاعقة يمكنها الانتقال بسرعة 45 كيلومتر في الثّانية (100000 ميل في السّاعة) ويؤدي إلى ارتفاع درجات الحرارة لتصل إلى 28,000 درجة مئويّة تقريباً، وهي حرارة عالية بما يكفي لتحويل الرّمل إلى زجاج، ويمكن أن تحمل صاعقة من البرق المشحون بشحنة سالبة تياراً كهربائيًا يبلغ 40 كيلو أمبير في المتوسط، ومع ذلك فمن المعروف أنّ بعض الصواعق يمكن أن تحمل تياراً كهربائياً يصل إلى 120 كيلو أمبير، وتنقل شحنة كهربائية تبلغ 5كولوم و 500 ميجا جول، أو تنتج طاقة كافية لتشغيل مصباح كهربائي 100واط لفترة تقل عن الشّهرين بقليل، ويعتمد الجهد الكهربائي على طول الصّاعقة، حيث يكون الانهيار الكهربائي للهواء (ظاهرة تحول مادة عازلة إلى موصلة للكهرباء) بمقدار 3 ملايين فولت للمتر الواحد، مما يعني إنتاج نحو مليار فولت لصاعقة برق يبلغ طولها 300 متر (1000 قدم).[٥]