ฟ้าผ่า

ผู้เขียน : พวงร้อย
เนื้อหาย่อ : ตำนาน ประวัติศาสตร์ความเข้าใจ ฟิสิกส์ของฟ้าผ่า

สาเหตุของฟ้าผ่า



(ภาพจาก the French National Aerospace Research Establishment - ONERA)

   

    แม้เมื่อ เบนจามิน แฟรงคลิน ได้พิสูจน์ว่า ฟ้าผ่าเกิดจากกระแสไฟฟ้า และสามารถวัดกำลังไฟฟ้าได้ร่วม ๑๕๐ ปีแล้ว การทำความเข้าใจก็ไม่ได้คืบหน้ามากนัก เพราะการสังเกตการณ์ด้วยตาเปล่า มิได้ช่วยให้ได้ข้อมูลอะไรมาก จนกระทั่งในปลายคริสตศตวรรษที่ ๑๙ เมื่อเรามีเทคโนโลยีการถ่ายภาพ และความเข้าใจในเรื่องสเปคตรัม จนสามารถสร้างกล้องบันทึกสเปคตรัมของแสง เพื่อนำมาคำนวณพลังงานของกระแสไฟฟ้าจากสเปคตรัมได้ จึงได้เริ่มมีความคืบหน้าในการศึกษาวิจัยทางฟิสิกส์ของฟ้าผ่าได้อีก

    บรรดานักวิทยาศาสตร์รุ่นแรกๆ ที่ใช้การถ่ายภาพความเร็วสูงมาจับภาพฟ้าผ่าเพื่อการศึกษาเรื่องฟ้าผ่าก็มี ชาวอังกฤษ Hoffert ในปี ค.ศ. ๑๘๘๙ ชาวเยอรมัน Weber(๑๘๘๙), Walter(๑๙๐๒) และชาวอเมริกัน Larsen(๑๙๐๕) ส่วนผู้ที่ทำการวัดกระแสไฟฟ้าเป็นครั้งแรกคือชาวเยอรมัน Pockett ในปี ค.ศ. ๑๘๙๗, ๑๘๙๘ และปี ๑๙๐๐ ซึ่งใช้วิธีวิเคราะห์สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้น ที่ยังมีหลงเหลืออยู่ในหินบะซ้อลท์ แล้วประมาณกระแสไฟฟ้าจากฟ้าผ่านั้นได้

    การศึกษาเรื่องฟ้าผ่าที่นับว่าเป็นการเริ่มต้นของยุคปัจจุบัน นับได้ว่าเกิดขึ้นในช่วงคริสตทศวรรษที่ ๑๙๒๐ และ ๑๙๓๐ เมื่อ C.T.R. Wilson นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ได้เริ่มศึกษาฟ้าผ่าอย่างจริงจัง และนำความเข้าใจมาเสริมความรู้ทางด้านอนุภาคกำลังสูง จนได้รับรางวัลโนเบล ด้วยผลงานการทำห้องทำเมฆจำลอง

 

    วิลสันเป็นท่านแรก ที่ใช้การวัดกำลังของสนามไฟฟ้า มาประเมินโครงสร้างของประจุไฟฟ้าในก้อนเมฆยามฟ้าคะนอง และประจุไฟฟ้าที่ถูกถ่ายทอดลงดินในยามฟ้าผ่า เป็นการเริ่มต้นการวิจัยฟ้าผ่ามาให้ความรู้เราจนถึงปัจจุบัน และมีการศึกษาวิจัยมากที่สุด มาตั้งแต่ ค.ศ. ๑๙๗๐ เป็นต้นมา สาเหตุที่เราทุ่มเทให้ความสนใจเรื่องฟ้าผ่ากันมาก ก็เนื่องจากภยันตรายจากฟ้าผ่า ต่อเครื่องบิน และยานอวกาศ รวมทั้งการสื่อสารคมนาคม ตลอดจนโรงไฟฟ้าใหญ่ๆทั่วโลก เนื่องด้วยอุปกรณ์อีเลคโทรนิคส์ต่างๆ จะได้รับผลกระทบมาก โลกของเราที่ต้องพึ่งอุปกรณ์เหล่านี้มากขึ้นทุกวัน ก็จำต้องหาทางเข้าใจภยันตรายต่างๆอันจะนำผลเสียทางเศรษฐกิจมากมายมาให้

     ฟ้าผ่าเกิดขึ้นเมื่อเมฆที่มีประจุไฟฟ้าสูงๆสะสมกันมาก จนสามารถส่งกระแสกระโดดข้ามตัวกลางที่ไม่ใช่ตัวนำที่ดีคืออากาศ ได้นับเป็นกิโลเมตร ตัวก่อให้เกิดฟ้าผ่าที่มีมากที่สุดคือ เมฆที่ทำให้เกิดพายุฝนฟ้าคะนอง หรือ thunderstorm clouds ที่นักอุตุนิยมวิทยาเรียกว่า cumulonimbus (คิวมิวโลนิมบัส) ฟ้าผ่าอาจเกิดขึ้นได้ในเมฆชนิดอื่นอยู่บ้าง แต่งานวิจัยแทบจะทั้งหมด เน้นศึกษาแต่เมฆเฉพาะกลุ่มนี้ เพราะมันอยู่ใกล้พื้น จึงสังเกตการณ์ได้ง่ายที่สุด และจะเป็นฟ้าผ่าพวกที่กระทบเรามากที่สุดด้วย

     นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน K. Berger เป็นผู้แรกที่จัดระบบฟ้าผ่า ตามแหล่งที่มาว่ามาจากก้อนเมฆหรือพื้นดิน ตามทิศทางการเดินทางว่าลงพื้นหรือขึ้นฟ้า ตามศักยะไฟฟ้าของส่วนนำหน้าของสายฟ้าว่าเป็นประจุบวกหรือลบ ฯลฯ ในปี ค.ศ. ๑๙๗๘

     (ภาพแสดงฟ้าผ่า ๔ ชนิดโดย Berger ๑.ประจุลบจากเมฆลงพื้น ๒. ประจุบวกจากพื้นไปยังก้อนเมฆ ๓. ประจุบวกจากเมฆลงพื้น และ ๔. ประจุลบจากพื้นขึ้นก้อนเมฆ จากหนังสือ The Lightninh Diacharge โดย Martin Uman)

      กว่า ๙๐ % ของฟ้าผ่าจะเป็นชนิดที่ ๑ ดังภาพข้างบน คือประจุลบจากเมฆลงพื้น ที่เป็นประจุบวกจากก้อนเมฆลงพื้นนั้นมีน้อยกว่า ๑๐% เสียอีก ฟ้าผ่าโดยที่กระแสไฟฟ้าโดดจากพื้นขึ้นไปยังก้อนเมฆนั้น หายากมาก โดยมากมักจะเกิดในตึกที่สูงมากๆ หรือบนยอดเขาสูงๆ

    แม้ฟ้าผ่าจากก้อนเมฆสู่ก้อนเมฆ จะมีมากกว่าครึ่งของจำนวนฟ้าผ่าทั้งหมด แต่มันไม่มีผลต่อมนุษย์แต่อย่างใด ในขณะที่ ฟ้าที่ผ่าจากก้อนเมฆลงดิน ทำความเสียหายสร้าง ภัยพิบัติ ให้แก่มนุษย์และทรัพย์สินเป็นจำนวนมาก เราจึงต้องศึกษาทำความเข้าใจฟ้าผ่าชนิดนี้ เพื่อความปลอดภัยของเราเอง ความเข้าใจของเรา เกี่ยวกับฟ้าฝ่าชนิดลงดิน จึงมีมากกว่าชนิดที่โดดจากเมฆสู่เมฆด้วยกัน

    ฟ้าผ่า ก็คล้ายกับการดูดของไฟฟ้าสถิตย์ ที่เราโดนในหน้าหนาวที่มีอากาศแห้ง ยิ่งถ้าเดินบนพรม พอเอื้อมมือจะไปจับลูกบิดประตู หรือเปิดประตูรถ ฯลฯ ก็มักจะโดนไฟดูดจนสะดุ้ง ก็เนื่องมาจากความต่างศักย์ของตัวเรา กับสิ่งที่เราไปจับนั่นเอง ต่างกันก็เพียงแต่ว่า ความต่างศักย์ของเมฆกับพื้นนั้น มีมากกว่าที่เราโดนไฟดูดจากลูกบิดประตูเป็นล้านๆเท่าทีเดียว

 

    สาเหตุของการแยกตัวกันของประจุไฟฟ้าในก้อนเมฆ ก็ยังไม่เป็นที่เข้าใจได้ดีนัก อาจจะมีสาเหตุจากการที่ เมฆคิวมิวโลนิมบัสนั้นเป็นลำสูงขึ้นไป พาดระหว่างชั้นบรรยากาศที่แตกต่างกันมาก ทั้งอุณหภูมิ ความกดดันของอากาศ และจากการปะทะของแรงลมจากกระแสร้อนและเย็นที่ต่างกัน ในชั้นเหนือขึ้นไป หยดน้ำก็จับตัวเป็นน้ำแข็ง ในขณะที่ชั้นล่างยังเป็นหยดน้ำอยู่ หยดน้ำที่รวมตัวเข้าจนหนักขึ้นหนักขึ้น จนไหลลงด้านล่างของก้อนเมฆ จะเกิดมีประจุลบโดยสาเหตุใดเราก็ยังไม่เข้าใจดีนัก และการเกิดเกล็ดน้ำแข็งในส่วนบนของก้อนเมฆ และการกระจายตัวต่างๆกันไป คงเป็นปัจจัยในการการแยกประจุไฟฟ้าภายในก้อนเมฆได้

    แต่จะด้วยสาเหตุอันใดก็ตาม จากการศึกษาด้วยการถ่ายภาพมามากมาย ก็สามารถสรุปได้ว่า มีการแยกประจุขึ้นมา โดยด้านล่างของก้อนเมฆ จะมีอีเลคตรอนไปออกันอยู่มาก ส่วนโปรตอนจะขึ้นไปออกันอยู่ด้านบน จึงทำให้ด้านบนมีแต่ประจุบวก ที่ฐานจึงมีศักย์เป็นลบ

   อีเลคตรอนในพื้นดินใต้ก้อนเมฆที่มีฐานลอยต่ำนี้ ก็ถูกผลักออกไปหมด ทำให้พื้นดินใต้ก้อนเมฆมีประจุไฟฟ้าบวกขึ้นมา ความต่างศักย์ที่เพิ่มมากขึ้น ทำให้กระแสไฟฟ้าร่ำๆจะโดดมาหากัน แต่เนื่องจากอากาศเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ไม่สู้จะดี จึงต้องอาศัยความต่างศักย์สูงมาก นับเป็นล้านๆถึงพันล้านโวลท์ กว่ากระแสไฟฟ้าจะโดดข้าม ถ่ายเทมาหากันกลายเป็น ฟ้าผ่า ได้

จาก วิชาการ.com

คลิกกลับหน้าก่อนกลับหน้าแรกของบทความคลิกไปหน้าถัดไป

หน้า 

  1. ประวัติศาสตร์การศึกษาเรื่องฟ้าผ่า

  2. สาเหตุของฟ้าผ่า

  3. กลไกการเคลื่อนตัวของฟ้าผ่า

  4. ฟ้าร้อง

  •   การเรียนการสอนฟิสิกส์ 2  ผ่านทางอินเตอร์เน็ต  

    1. ไฟฟ้าสถิต 2.  สนามไฟฟ้า
    3. ความกว้างของสายฟ้า  4.  ตัวเก็บประจุและการต่อตัวต้านทาน 
    5. ศักย์ไฟฟ้า 6. กระแสไฟฟ้า 
    7. สนามแม่เหล็ก  8.การเหนี่ยวนำ
    9. ไฟฟ้ากระแสสลับ  10. ทรานซิสเตอร์ 
    11. สนามแม่เหล็กไฟฟ้าและเสาอากาศ 

    12. แสงและการมองเห็น

    13. ทฤษฎีสัมพัทธภาพ 14. กลศาสตร์ควอนตัม
    15. โครงสร้างของอะตอม 16. นิวเคลียร์ 

     

     

    กลับสู่หน้าแรกของโฮมเพจฟิสิกส์ราชมงคล

     

     

    ครั้งที่

    เซ็นสมุดเยี่ยม

    การเรียนฟิสิกส์ 2 ผ่านทางอินเตอร์เน็ต