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 di: Roberto Bosaz


Innalzamento della tensione provocato dalle correnti ascensionali nell'atmosfera mediante separazione delle cariche elettriche


Abstract: 

Nelle teorie della formazione dei fulmini, tensioni così elevate non sembrano essere giustificate da sole collisioni di particelle di acqua o ghiaccio ionizzate. Il principio fisico che consente di raggiungere tali tensioni è quello della conservazione dell’energia (l'energia prodotta dalle correnti ascensionali che durante un temporale fanno salire le cariche negative). Tale energia causa una differenza di potenziale tra le cariche negative innalzate dal temporale e quelle positive sul terreno; più grande è la quantità di carica trasportata da terra verso la nuvola, maggiore sarà la forza tra questi sistemi di cariche e di conseguenza il lavoro svolto.

In the lightning formation theories, such high voltages do not seem to bejustified by collisions of ionized water or ice particles alone. The physicalprinciple that let to reach such voltages is the one of energy conservation (theenergy produced by the updraughts as the thunderstorm rises together withthe negative charges).Such energy causes a difference of potential between the negative charges onthe thunderstorm and the positive ones on the ground; the bigger is theamount of charge carried by the ground and by the cloud, the bigger will bethe force between these systems of charges and consequently the bigger thework done.


Se l’energia che si libera da un fulmine è così elevata da superare diversecentinaia di KWh mi sembra poco credibile che tanta energia possa essereprodotta dallo scontro tra gocce d’acqua e cristalli di ghiaccio, come ipotizzatodal Prof. J. Dwyer.Questo studio fatto da un noto studioso non sembra assolutamente credibile.Contrariamente il meccanismo fisico che consente il raggiungimento di cosìelevate energie e tensioni superiori ai 100 MV si ottiene dalla conservazionedell’energia, energia prodotta dalle correnti ascensionali nel sollevamento dellacella temporalesca.Tale energia si traduce in un aumento della differenza di potenziale tra lecariche negative e le cariche positive presenti al suolo.Soltanto dopo quasi tre secoli dall’esperimento ideato da Benjamin Franklin cheutilizzava un aquilone per portare un conduttore in quota, siamo giunti acomprendere, a mio parere, come sia possibile che le cariche negativetrasportate dalle celle temporalesche riescano a raggiungere tensioniincredibilmente elevate.

Figura.1 - Cella temporalesca secondo Feynman.

Si parla infatti di valori superiori a cento milioni di Volt. Si può ragionevolmenteritenere che al verificarsi di condizioni favorevoli, tali tensioni possanoraggiungere diversi miliardi di Volt. Certamente prima di questo sarà benericordare che una goccia di acqua spezzandosi a seguito di forti moti convettivipresenta cariche positive nei frammenti più grossi e pesanti, negative in quellipiù piccoli e leggeri. La separazione delle cariche avviene quindi per effetto deldiverso peso delle stesse. La prevalenza delle cariche positive si deposita alsuolo, mentre quelle più leggere vengono trasportate dalle correnti verso l’alto.Il meccanismo fisico che consente il raggiungimento dì tali tensioni è quellodella conservazione dell’energia (energia prodotta dalle correnti ascensionalinel sollevamento della cella temporalesca).Tale energia si traduce in un aumento della differenza di potenziale tra lecariche negative e quelle positive presenti al suolo: tanto più grande è laquantità di carica presente al suolo, tanto maggiore sarà la forza che siesercita fra questi sistemi di cariche e quindi il lavoro svolto relativo allaseparazione fra le cariche positive e negative del suddetto sistema di carichepresenti sulla cella temporalesca.

Ricordando che una goccia di H2O spezzandosi a seguito dei moti convettivi presenta cariche positive nei frammenti più grossi e pesanti, negative in quelle più piccole e leggere. La separazione delle cariche avviene quindi per effetto del diverso peso delle stesse. La prevalenza delle cariche positive si deposita al suolo mentre quelle più leggere vengono trasportate dalle correnti ascensionali verso l’alto. Tale energia si traduce in un aumento della differenza di potenziale tra le cariche negative e quelle positive al suolo.

 

    

Da cui

   energia potenziale elettrica

da cui ricaviamo

Analogamente a quanto si verifica tra le cariche elettriche si riscontra tramasse


   energia potenziale meccanica sulla terra.



Recenti studi dell’Università di Tel Aviv hanno evidenziato la relazione esistente tra numero di fulmini generati mediamente in un anno e l’innalzamento della temperatura, per ogni aumento di 1 grado si ottiene un aumento dei fulmini intorno al 10%. I valori sopra riportati relativi al valore della Tensione sono compatibili con i calcoli da me effettuati. Ipotizzando che le cariche negative e positive abbiano un valore di 20 C la differenza di potenziale prodotta intorno ai 600 m di quota si aggira intorno a 1,2 GV.

Naturalmente, l’espressione dell’energia nell’unità di misura e V può essere ottenuta semplicemente usando E/1,60217656·10-19 per la conversione. Recenti studi condotti dall’università di Tel Aviv hanno evidenziato la relazione esistente tra numero di fulmini generati mediamente in un anno ed innalzamento globale della temperatura: basti pensare che per ogni grado di aumento della temperatura, si ottiene un aumento del 10% del suddetto numero dei fulmini. Appare quindi evidente la relazione che esiste fra correnti ascensionali e fulmini.

E’ certo poi che parte di questa energia che si libera con le scariche elettriche produce antimateria, raggi x e raggi γ. Ricordiamo che i raggi γ sono prodotti quando entrano in gioco energie superiori al milione di eV: questi valori sembrano compatibili con i calcoli che ho effettuato. Ipotizzando che le cariche negative presenti sulla cella abbiano un valore di 20 Coulomb e quelle positive presenti a terra di 20 Coulomb, la differenza di potenziale prodotta ad una quota di circa 600 metri si aggira intorno a 1,2 miliardi di milioni di Volt. Bisogna inoltre ricordare che oltre i 90km di quota (fuori dall’atmosfera) le radiazioni ultraviolette solari sottraggono elettroni alle molecole dei gas creando una zona ionizzata che circonda la terra (ionosfera). Pertanto tra le celle temporalesche e gli ioni positivi si possono innescare scariche verticali verso l’alto. I meccanismi con cui i raggi gamma terrestri vengono provocati è sufficientemente chiaro: gli elettroni che accelerati viaggiano a velocità prossima a quella della luce interagiscono con i nuclei ivi presenti e perdono la loro energia sotto forza di radiazioni gamma (fenomeno di Bremsstrahlung). Il “Fermi Gamma Ray Space Telescope” ha rilevato anche la presenza di antimateria, che si crea a seguito dei flash di raggi gamma. L’aumento della differenza di potenziale fra le cariche di segno opposto che vengono allontanate è stato verificato in un esperimento che ho condotto ed i cui risultati ho pubblicato sulla rivista TECHNE, No. 13 del POLITECNICO Dl PULA . L’esperienza è stata ripetuta all’università di Pisa alla presenza del prof. Leone Fronzoni docente di Fisica dei Sistemi Complessi ed a questo meccanismo fisico abbiamo dato il nome di “Effetto Bosaz”.

Nella letteratura corrente si trovano prove e spiegazioni di come durante una leggera pioggia il vento sia in grado di produrre la rottura delle molecole di H2O separando gli ioni – da quelli +. Essendo quelli positivi più pesanti precipiteranno al suolo, mentre quelli negativi, più leggeri, saranno trasportati verso l’alto dalle correnti ascensionali.

Queste cariche negative salendo verso l’alto, ossia allontanandosi da quelle positive, si caricano di un potenziale via via crescente, in funzione del Lavoro necessario per allontanarle. Potrà verificarsi che queste cariche non riescano a raggiungere quote elevate così da produrre tensioni sufficientemente elevate da dar luogo ad un fulmine. Consideriamo il caso che a quote più basse questi ioni in prossimità di nubi muovendosi orizzontalmente a causa del vento interagiscono con il campo magnetico terrestre B. Per la legge di Lorentz [B˄ l˄ i] si genera una forza orizzontale ortogonale a Bed al movimento delle cariche. Questa forza produce la rotazione delle cariche fino a formare dei vortici provocando, laddove sono posti ioni +, una ricostruzione delle molecole e quindi dell’acqua. Questi vortici trascinano in rotazione le molecole di H2O provocando un ingrossamento delle gocce d’acqua fino a produrre la loro precipitazione concentrata volgarmente detta “bomba d’acqua”. L’ingrossamento delle gocce di H2O può portare le gocce da un diametro inferiore al millimetro (qualche decina di micrometri) fino a raggiungere i 5mm. Questo aumento delle dimensioni delle gocce comporta una crescita della velocità di caduta dell’acqua che va dai 25 ai 30 km/h. Velocità dell’acqua che può provocare seri danni a ciò che si trova al suolo. Perquesta ragione si parla di bombe di H2O.


Bibliografia

- SCIENCE BBC n.15 - Botti Lightning Laboratory
- FOCUS n.299 - Risultati del satellite Agile
- Risultati del satellite Batse Gamma Ray Flashes
- Scienze 1992: Alexander V. Gurevich — Istituto di Fisica Lebedev
- Scienze: Dwyerioseph- Florida Institute of Technology Fermi Gamma-RaySpaceTelescope
- Journal of Geophisycal Research: Il TGF ha prodotto elettroni e positroni adalta velocità, prossima a quella della luce. - Source mechanism electronpositronbeam — observed with fermi GBM
- Rivista ligure di meteorologia (modello atmosferico Volland)
- Michael Briggs — L’antimateria prodotta in un temporale, meno di un granello di polvere (360 Mjoule).