Yıldırım Ve Oluşumu Nedir

Yıldırım Ve Oluşumu Nedir

aynı yıllarda romans yıldırım olayının elektriksel bir olay olduğunu söyleyerek yıldırımda elektrikten bahsetmiştir. franklin 1725 yılında balon deneyi yaparak bulutların elektrik yüklü olduğunu ispat etmiştir. 1929 yılında ingiliz doktor simson ve fransız mathias tarafından yapılan çalışmalarla yıldırım konusu açıklanmaya çalışılmıştır

yıldırımlar insanların her zaman ilgisini çekmiş ve hayatını etkilemiştir. tarih boyunca bu konu üzerinde çeşitli efsaneler oluşmuştur. ancak bilimsel anlamda yıldırım ile ilgili ilk tanımlamalar 17.yy.da başlamıştır. ilk olarak descartes yıldırımın bulutların çarpışmasıyla sıkışan havanın ışık ve ısı etkisinin meydana geldiğini ve ısının gürültüye neden olduğunu söyleyerek yıldırım ile ilgili ilk teoriyi ortaya atmıştır. 18.yy.da fizikçi jalbert yıldırım olayı ile sivri uçların ilgisini dile getirmiştir

yıldırım bulut ile yer arasındaki elektrik yüklerinin hızlı boşalması olayı olarak ifade edilmektedir. atlamanın gerçekleşmesi için havada asılı duran bulutlar ile yer arasındaki hava iyi bir iletken olmadığından yaklaşık 100.000.000 voltluk bir gerilim oluşması gerekmektedir. bulutların yıldırım üretmesi için önce elektrik yükleri ile şarj olması gerekmektedir

bulutların şarj olması için fırtına bulutunun yere yakın olan kısmı negatif yükle yüklenir bu durum her zaman için geçerli değildir. bu arada yer pozitif yükle yüklenir. yüklenme hem bulut hem de yeryüzünde birbirine ters kutuplar olarak gerçekleşir. aradaki potansiyel farkı artınca yalıtkan olan havanın delinmesiyle buluttaki veya yerdeki yüksek voltaj deşarj olur. bu deşarjlarda 2000 ile 200.000 amper arası akım oluşmaktadır. atmosfer olaylarında bulut ile bulut arasında oluşan boşalmaya şimşek bulutla yer arasında oluşan boşalmaya yıldırım denir.

yıldırımı oluşturan fırtına bulutunun oluşumu açıklanabilmekle birlikte bu bulutun nasıl elektrikle yüklendiği konusunda kesin bilgilere ulaşılamamıştır. hava akımları yere yakın hava tabakalarının iyice ısınması ile oluşmaktadır. çok büyük yüksekliklerden aşağı inen soğuk hava ile bu hava tabakası yer değiştirir. nem ise yüksek sıcaklıkta buharlaşma ile meydana gelir. hava yukarı çıkışı sırasında soğur ve belirli bir yükseklikte su buharına doyacağı bir sıcaklığa erişir. daha fazla yükselmesi konzenzasyona sebep olur ve bulut oluşur. yıldırım bulutunun oluşumunda üç aşama söz konusudur gençlik olgunluk ve yaşlılık.

gençlik aşamasında aşağıdan yukarı doğru ve kenarlardan ortaya doğru hava akımları artar. bu durum yaklaşık 10-15 dakika sürer. olgunluk aşamasında yağmurlar oluşur. sıfıra yakın sıcaklık derecelerinde iyice azalan bulut kaldırma kuvveti şiddetli yağmurlara sebep olur. aynı anda yukarıdan aşağıya hareket eden soğuk rüzgarlar görülür. bunlar yere ulaştıklarında şiddetli fırtınalara sebep olurlar. bu aşama yaklaşık 15-30 dakika sürer. yaklaşık 30 dakika süren yaşlılık aşamasında ise hava akımları sona erer.

yıldırım bulutlarında elektrik yüklerinin oluşu ile çeşitli teoriler bulunmakla birlikte tam olarak açıklanamamıştır. bu teorilerden biri simpson ve lomonosowun teorisidir. onlara göre bulutlardaki yükler hava akımı yardımıyla oluşmaktadır. sıcak ve soğuk havanın yer değiştirmesi sonucunda oluşan hava akımı bulutlardaki su damlacıklarını harekete geçirir. hareket halindeki su damlacıkları birbirleriyle sürtünmek suretiyle yüklü hale gelirler

bulutlardaki hava akımları su damlacıklarının dağılmasına ve tekrar birleşmesine sebep olurlar. yapılan laboratuar çalışmalarında dağılan su damlacıklarından küçük damlacıkların negatif büyük damlacıkların ise pozitif olarak yüklendiği gözlenmiştir. bu bilgilere göre büyük su damlacıkları yani pozitif yüklü damlacıklar bulutun alt kademelerinde ve rüzgar hızının büyük olduğu bölümlerde olmalılar. küçük negatif yüklü su damlacıkları ise rüzgar tarafından itilmeli ve bulutun daha yukarı kısımlarından dağılmalılar.

yıldırım bulutundaki yüklerin yukarıda anlatıldığı şekilde meydana geldiği kabul edilecek olursa bulutun alt kısımları pozitif yüklü olacağından yıldırım deşarjı da pozitif kutbiyette olacaktır. yapılan gözlemler pozitif kutbiyetteki yıldırım deşarjlarının %10-15 civarında olduğunu deşarjların yaklaşık %85-90ının negatif kutbiyette gerçekleştiğini göstermektedir. dolayısıyla simpson ve lomonosowun teorileri yıldırım bulutlarındaki elektrik yüklerinin meydana gelişini tam olarak açıklayamamaktadır.

bu konudaki diğer bir teori de elster ve geitel tarafından ortaya konulmuştur. onlara göre bulutların yüklenmesi tesir yoluyla elektriklenme ile açıklanmaktadır. dünya yüzeyindeki elektrik yükü –5×105 c kabul edilirse bu yükün içinde bulunan su damlacıkları alt uçları pozitif üst uçları negatif olmak üzere kutuplanır

yer çekimi etkisiyle aşağıya doğru düşen büyük su damlacıkları havanın oldukça yavaş hareket eden iyonlarına yaklaşırlar ve bu sırada su damlacığının pozitif alt ucu havanın negatif iyonunu absorde ederken pozitif iyonu da iter. böylece ağır su damlacıkları negatif elektrikli parçacıklar haline gelir. aynı şekilde kutuplanan küçük su damlacıkları yukarıya doğru hareket ederken havanın pozitif iyonlarını absorde ederler ve negatif iyonları iterler. bu durumda hafif su damlacıkları da pozitif elektrikli parçacıklar haline gelirler.

elster ve geitelin teorisine göre bulutun alt kısımlarında negatif yükler bulunmaktadır. teori negatif kutbiyetteki yıldırım deşarjlarını açıklayabilmedir gibi görünse de aslında eksik yanları bulunmaktadır.

bir yıldırım bulutunun su damlacıklarından çok buz kristalleri ve kar parçacıklarından oluştuğu düşünülürse bu buz kristalleri ve kar parçacıklarının dünyanın elektrik alanı ile kutuplanma olasılıkları oldukça düşüktür.

konu üzerine başka bir teori de j.ı. frenkel tarafından ortaya atılmıştır. frenkele göre havada her iki işaretli iyonlar var olduğundan dünyanın negatif elektrik yükleri kaçmaya ve iyonosferin pozitif elektrik yükleri ile birleşmeye yatkındır dolayısıyla dünyanın azalan elektrik yükünü sürekli olarak takviye edecek bir olayın olması gerekmektedir. dünyanın elektrik yükünün sabit kalmasında en önemli rolü negatif yıldırım deşarjları sağlayacaktır

bu teoriye göre her iki işaretli iyonlardan oluşan hava ile küçük su damlacıkları veya buz kristallerinden meydana gelen bir ortam göz önüne alınır ve havanın negatif iyonlarının daha küçük su damlacıklarına ya da buz kristallerine konduğu var sayılır. buna göre bulut negatif yüklü su damlacıkları ve pozitif iyonlu havadan oluşur negatif iyonlar su damlacıkları tarafından yutulmuştur.

sonuç olarak araştırmalar yıldırımın oluşumu sırasında bilinen dört çeşit yıldırım tipi olduğunu ortaya koymaktadır – inişli – çıkışlı + inişli ve + çıkışlı. bu yıldırım tipleri elektrik yüklerinin boşalma yönü ve yükün negatif veya pozitif olmasına göre belirlenir. yukarıya çıkan yıldırımlar yerde biriken yüklerin buluta doğru boşalması şeklinde oluşurken aşağı inen yıldırımlar ise buluttaki yükün toprağa doğru boşalması ile oluşur.

bulutların negatif yüklü olduğu durumlarda yerin pozitif yüklü sivri bölgelerinden bulutun negatif yüklü bölgesine doğru başlayan ön boşalmalar şeklinde görülür. boşalmalar genelde düz araziler üzerindeki yüksek yapılardan veya yeryüzündeki yüksek dağlık kesimlerden başlar. deşarj olgunlaştığında akım değeri 10.000amperi bulur.

aşağı inen yıldırımlarda bulutun alt kısmındaki enerji yalıtkan havayı delebilecek yeterli enerji seviyesine geldiğinde toprağa doğru bir elektron demeti harekete geçer. birinci demet 10-50 metrelik mesafeyi 50.000 ila 60.000 km/sn arasındaki hızla kat eder. 30 ile 100 mikron saniye süren bir aradan sonra ikinci bir deşarj birinci deşarjın yolunu izler ve birinciden 30 ile 50 metre arası daha ileri gider. daha sonra üçüncü deşarj ardından dördüncü deşarj meydana gelir. her bir deşarj öncekinden 30-50 metre ileri giderek yıldırımın ucunun yeryüzüne yaklaşmasını sağlar.

ön boşalma yere yaklaştıkça elektrik alanı havanın delinme dayanımı üzerine çıkacak kadar artar. böylece yeryüzünün sivri bir noktasından bir boşalma yukarıya doğru ilerleyerek ön boşalma ile birleşir. yaklaşık 50.000 km/snlik bir hızla aşağıdan yukarıya doğru iyonizasyonlu ve kanalda depo edilen yükü toprağa boşaltır. bu deşarj esnasında 200.000 ampere kadar çıkan akım 100.000.000 voltluk bir gerilim ile toprağa akar. açılan yıldırım kanalından çok kısa bir sürede defalarca kez deşarj meydana gelir.

yıldırımların etkileri yıldırımın oluşumu ile ortaya çıkan 6 ayrı etkiden söz etmek mümkündür. bu etkiler elektrodinamik basınç ses elektrokimyasal ışık ve ısı etkisidir.

elektrodinamik etki yıldırımın iniş yolu üzerinde oluşturduğu manyetik alan içinde yer alan llerde oluşan kuvvetlerdir. bu etki sonucunda ince anten borularda ezilme paralel iletkenlerde çarpışma ve iletken kroşelerin sökülmesi gibi olaylar görülür.

yıldırım kanalı içerisindeki elektrodinamik kuvvetlerden ileri gelen basınç bu akımın sönmesi ile patlama şeklinde havayı genleştirerek gök gürültüsünü meydana getirir. söz konusu basınç ve gürültü yakında bulunanlarda patlamalarda oluşan şok etkisini yaratabilir. cam kırılması gibi olaylarla karşılaşılabilir. basınç ve ses etkisinin bir nedeni de yıldırım kanalında ortaya çıkan ısı etkisinin çok büyük ve ani bir genleşme meydana getirmesidir.

eletrokimyasal etki ise büyük akım şiddetinden dolayı elektrolit parçalanma sonucu demir çinko ve kurşun gibillerin açığa çıkmasıdır. aynı zamanda ozon gazı oluşumu da bu etki içindedir.

ışık etkisi yıldırım oluşumunda yıldırım kanalında meydana gelen çok parlak bir ışık yayılmasıdır. yakın mesafelerde geçici görme bozukluklarına sebep olabilir.

ısı etkisi yıldırım kanalında oluşan ısı ve yıldırımın geçtiği iletkenlerde oluşan ısı şeklinde görülür. akım değerinin çok yüksek olmasına rağmen çok kısa sürede gerçekleşmesi iletkenlerde aşırı ısı artışı oluşturmaz.

yıldırımın düştüğü yerlerdeki etkileri düştüğü yerin durumuna göre değişmektedir. korunmayan bir bölgeye düşen yıldırım ağaçların yanmasına üzerinden geçtiği canlıların ölmesine ve elektrik-elektronik donanımlarda hasar oluşmasına sebep olabileceği gibi sivri noktalardan toprağa geçerek zararsız bir biçimde sona ermesi de olasıdır.

insanların yıldırımı hissetmesi mümkün olabilmektedir. şöyle ki ilk ön boşalmalar sırasında çok kısa zaman tanıyacak kadar bir elektrik alanı içinde olduğunu anlamasına olanak verir. bu durumlarda toprağa yüz üstü yatarak toprak ile bulut arasındaki mesafeyi kısaltıp yıldırımın iniş veya çıkış noktası olmaktan kaçınmak gerekmektedir. korunması olmayan bölgelerde olabildiğince en yüksek nokta olan alanlardan uzakta durmak gerekmektedir.

yıldırımlardan korunma yöntemleri yağışlı havaların pek önemsenmeyen ancak büyük bir tehlike yaratabilen meteorolojik oluşum olarak kabul edebileceğimiz yıldırımlardan iki ayrı şekilde korunma yöntemlerini “pasif korunma” ve “aktif korunma” olarak iki başlık altında toplamak mümkündür.

pasif korunma pasif yakalama ucu pasif korunma yönteminde yıldırımdan korunma yüksek noktalara sivri uçlu konulup toprak bağlantısının yapılması ile sağlanır. bu konuda ilk çalışmalar 1760 yılında franklin tarafından yapılmıştır. korunması gereken binanın üzerine sivri uçlu bir demir konularak iletkenlerle toprağa irtibatlanması ile ilk yıldırımsavar paratoner sistemi kurulmuştur. konulan çubuğun etkinlik sahası çubuk boyunu yarıçap kabul eden bir daire şeklindedir. günümüzde ise koruma çapı çubuk boyu olarak kabul edilmektedir. yıldırımın sivri uca düşerek oradan toprağa verilmesi sağlanır. böylece düşen yıldırımın binaya ve çevresine zarar vermesi engellenmiş olur.

faraday kafesi 1884 yılında melsens tarafından ortaya atılarak günümüzde de etkin korunma için sıklıkla kullanılan “faraday kafesi” geliştirildi. faradayın yaptığı çalışmalarda iletken bir kafes içinde elektrik alanının sıfır olduğu belirlenmiştir. bu bilgiyi kullanarak melsens yıldırımdan korunması istenilen yapıyı bakır iletkenlerle yatay ve diaaa olarak kafes içine alarak ve çatıda belirli aralıklarla sivri uçlar çıkararak tabanda da iletkenlerin çok noktada topraklama oluşturması suretiyle koruma sağlamıştır. bu durumda binanın her tarafı eş potansiyel haline gelecek ve bina üzerine düşecek bir yıldırım binaya zarar vermeden bakır kafes üzerinden toprağa akacaktır

faraday kafesinin sağladığı güvenlik gözlerinin boyutlarına bağlıdır. gözler küçüldükçe koruma artmaktadır. faraday kafesi doğru şekilde uygulandığında çok etkin koruma sağlayan bir yöntemdir. ancak ilk kurulum maliyetinin yüksekliği ve çok doğru uygulama gerektirmesi bakır kafesin oksitlenmesi durumunda ağır bakım maliyetleri uygulamanın çok yaygın olmasını engellemektedir.

aktif korunma aktif paratonerler çekme uçları yıldırımın oluşumunu engellemek veya yıldırımı üzerine çekerek daha güvenli bir korunma sağlama amacıyla kullanılmaktadır. aktif paratonerlerde havanın iletken hale getirilerek yıldırımın paratonerin sivri ucunda yakalanması amaçlanmaktadır. aktif paratonerler günümüzde üç ayrı biçimde bulunmaktadır.

radyoaktif paratonerler radyoaktif paratonerlerin çalışma prensibi radyoaktif elementler kullanılarak korunması gereken yerde havayı iyonize ederek daha iletken hale getirme ve yıldırımı yıldırım çekme uçuna çekerek buradan toprağa verme şeklindedir.

m. dauzerenin 1930 yıldırımın çokça görüldüğü yerlerde havanın normal şartlara göre daha yüksek bir iyonizasyona sahip olduğunu gözlemlemesi iyonize edici paratonerlerin kullanımının başlangıcı olmuştur. bu konudaki ilk deneyi szillard yapmıştır. szillard iletken bir çubuğun üzerine radyum koyarak yaptığı denemelerde başarılar elde etmesi ile radyoaktif paratonerlerin temelini teşkil etmiştir.

radyoaktif elementin yaydığı radyasyon ile havayı iyonize eden radyoaktif paratonerlerin gövdesi içinde kurşun bir hazne bulunmaktadır. bu küresel kurşun haznenin üzerinde ışımanın engellenmemesi için delikler mevcuttur. radyo element bu kurşun hazne içine konur. ışıma kurşundan geçemeyeceği için üst kısımlardaki deliklerden havaya doğru yönelecektir

bu saçılan pozitif iyonlar belli bir çap içindeki yıldırımı kendisine çekerek koruma sağlayacaktır. koruma çapının belirlenmesinde kullanılan radyoaktif elementin miktarı belirleyici faktördür. kullanılan element ne kadar fazla ise koruma çapı da o oranda artar. radyoaktif madde çok fazla arttırıldığı halde koruma yarıçapında doğadaki bazı sınırlamalardan dolayı artış olmadığı belirlendiğinden üretimlerinde en fazla koruma çapı 200 metre olacak şekilde planlanmaktadır.

paratonerlerde kullanılan radyoaktif element alfa beta ve gama ışıması yapar. radyasyon tarafından havanın iyonize olma miktarı alfa ışımasının kinetik enerjisiyle orantılıdır. bu sebeple radyoaktif paratonerlerin üst kısımlarında ışımanın hızını yavaşlatmayacak şekilde boşluklar vardır. ışıma hızının azalması alfa partiküllerinin iyonlama gücünü neredeyse tamamen yok ederler. 1 mgr radyumun saniyede 136 milyon alfa partikülü ürettiği ve her bir partikülün 187 bin iyon çifti meydana getirdiğini dikkate alacak olursak içinde 1 mgr radyum bulunan bir radyoaktif paratonerin bir saniyede 25 4 x 1012 tane pozitif iyon çifti meydana getirdiği görülür.

meydana gelen bu yüksek iyon sayısı kimi zaman yıldırım düşürecek kadar fazla yüklü olmayan bulutları da tetikleyecek ve gereksiz yere risk oluşturabilecektir. gama ışınlarının yıldırımı yakalamada bir rolü olmasa da paratonerde kullanılan radyoaktif element bu ışımayı da doğal olarak yapar. gama ışıması insan sağlığı için son derece tehlikelidir. yüksek seviyeli bir gama ışımasına karşı önlem alınmadığı takdirde mide bulantısı ve kusma ile başlayan rahatsızlıklar hücre bölünmesinde düzensizlik kanser dna yapısında bozukluklara mutasyon ve ölüme kadar ilerleyecektir

bu paratonerlerde radyoaktif element olarak americium 241 ve radium 226 kullanılmaktadır. bu elementlerin yıldırımı yakalamak için yaptıkları alfa ışımasının ömrü en iyi kuru yıprandırıcı olmayan hava koşullarında 10 yıl iken doğal hava şartlarında 5 yıla kadar düşebilmektedir. beş ila on yıl arasında yıldırım yakalama ömrü olan radyoaktif paratoner ışınlarının insan sağlığına zararları ise çok uzun yıllar boyunca sürer.

montajı ve periyodik bakımları sırasında yanına yaklaşırken dahi dikkatli olunması ve çıplak elle kati suretle temas edilmemesi mümkünse özel eldivenler ve giysilerle yaklaşılması gerekmektedir. paratoner içindeki radyoaktif elementin tutulduğu kurşun kılıfın yıldırım deşarjı anındaki yüksek sıcaklıktan erimesiyle oluşabilecek tehlike son derece ürkütücüdür. serbest koruyucu kılıfsız kalan radyoaktif element küresel bir şekilde ışıma yapacak ve paratonerin yaklaşık koruma çapı kadar olan bölgede radyasyon değeri istenmeyen biçimde artacaktır.

radyoaktif paratonerler 1982 yılından beri avrupada ve amerikada kullanımı yasaklanmış olup ülkemizde de taekin 31.03.2000 tarihli yazısıyla kullanımına sınırlandırma getirmek amacıyla içerdiği radyoaktif elementlerin ithalatı yasaklanmıştır. bu paratonerlere sahip olanların yetkilendirilmiş bir şirket vasıtasıyla paratoneri atom merkezine teslim edilmesi istenmektedir.

amerikyum elementi ile çalışan radyoaktif paratonerlerin de kısa bir süre sonra yasaklanması beklenmektedir.

radyoaktif paratonerlerin pozitif yüklü bulutlardan oluşan yıldırımların %10-%15i yıldırımlara karşı herhangi bir koruması yoktur. sadece negatif yüklü bulutlardan oluşan yıldırımlara karşı koruma sağlar.

piezzoelektrik paratonerler piezzoelektrik elementler basınca maruz bırakıldığında yüksek gerilim üreten elementlerdir. elementin bu özelliği paratoner üreticileri tarafından kullanılmış ve piezzoelektrik prensibiyle çalışan paratonerler imal etmişlerdir.

rüzgar etkisiyle salınım yapan paratonerin gövdesi içerisindeki piezzoelektrik kristallerini basınca maruz bırakır ve yüksek gerilim darbeleri oluşur. bu darbeler paratonerin yakalama ucu üzerindeki ark boynuzlarına gönderilir ve burada ark etkisiyle hava iyonizasyona uğratılır. paratonerin çalışabilmesi salınım yapması gereksinimi ve bunun için rüzgara ihtiyaç duyulması bu paratonerin en büyük dezavantajıdır.

elektrostatik aktif paratonerler elektrostatik paratonerin çalışma prensibi o anki havanın yüklerine göre elektrik alan şiddetinin arttırılmasına dayanmaktadır. böylece negatif veya pozitif yıldırım çeşitlerine karşı koruma sağlamış olmaktadır. yıldırıma karşı korumada en son geliştirilen bu yöntem hızla yaygınlaşmaktadır

bu paratonerlerin çalışma prensibi yıldırım yeryüzü ile birleşmeden önce yakalayarak deşarjı güvenli bir biçimde toprağa yapmaktır. elektrostatik paratonerlerde bu nedenle yakalama hızı önem kazanır. havada oluşturduğu elektrik alan sayesinde yıldırıma iletken bir yol hazırlayarak toprağa veren elektrostatik paratonerler havayı iyonize etmediği için gereksiz deşarjlara neden olmamaktadır. 2 metre uzunluğunda çelik bir üniteden oluşan elektrostatik paratonerler özel bir bakım ihtiyacı duymamaktadır.

dünyada ve türkiyede kullanımı hızla artmakta olan ve radyoaktif paratonerlerin yerini alan elektrostatik paratonerler yine 200 metre koruma çaplı olarak tasarlanmaktadır. kullanım yerine göre $950-$1500 arasında maliyetleri bulunmaktadır.

kullanılan korunma yöntemi ne olursa olsun yöntemin dikkatli ve doğru biçimde uygulanması ve özellikle son derece dikkatli topraklama yıldırımı çeken ucun toprağa bağlanması yapılması ayrıca periyodik olarak kontrolü gerekmektedir. paratonerlerin toprak bağlantısının kuru havada en fazla 5? olması istenmektedir.

sonuç olarak insanların ve donanımların güvenli bir şekilde yıldırımlara karşı korunması için her kuruluş kendi üzerine düşen görevi yerine getirerek gereken tedbirleri almak durumundadır