Introductie
St. Elmusvuur is de populaire benaming voor ionenontladingen
die vaak onder onweersbuien voorkomen. Elmusvuur is veel minder
spectaculair en ook veel moeilijker te zien dan gewone bliksem.
Het ziet eruit als een zwakke blauwe vlam of gloed die zich
rond en bovenop scherpe punten bevindt, zoals hoogspanningsmasten,
pinakels en schoorstenen op daken, en radiozendmasten. Tenzij het
electrisch veld dat de ontlading veroorzaakt zeer sterk is, zijn
deze ionenontladingen alleen 's nachts te zien. Overdag kan het
echter nog wel gehoord worden, als een gekraak of gesis.
St. Elmusvuur is een zwakke continue electrische
ontlading nabij scherpe punten, zoals hier aan de hoogspanningspunten
van een voeding.
|
Oorzaak van ionenontlading
Alle materie bestaat uit positieve, neutrale en negatieve ladingen. De
positieve ladingen zijn protonen en de negatieve ladingen zijn
electronen. Electronen kunnen zich vrij in de lucht bevinden,
maar protonen zijn vrijwel altijd gebonden aan molekulen of
atomen, en vormen zo ionen. Een ion is de naam voor een atoom
of molekuul met een netto lading. Een electron dat bijvoorbeeld uit een
atoom geslagen wordt laat een ion met positieve lading achter.
De verschillende ladingen (positief en negatief) oefenen
een aantrekkingskracht op elkaar uit, terwijl dezelfde soort
ladingen elkaar afstoten. Bij een onweersbui is vaak het
lagere of middelste gedeelte van de wolk negatief geladen,
terwijl de top positief geladen is. De negatieve lading die
zich het dichtst bij de grond bevindt trekt positieve ladingen
in de grond aan en stoot negatieve lading in de grond af. Deze
verschillende ladingen geven een electrisch veld in de lucht
tussen de buienwolk en de aarde.
Als het electrisch veld sterk genoeg wordt is het in staat om
zo'n sterke kracht op electrische ladingen in atomen en molekulen
uit te oefenen dat de electronen uit deze deeltjes getrokken
worden. Bij St. Elmusvuur splitst het electrisch veld in de lucht
de atomen en molekulen in de lucht zelf op deze manier op in ionen
en losse electronen. Dit heet ionisatie van de lucht.
Omdat een electrisch veld altijd sterker is bij scherpere uitstekende
geleidende objecten is dit de plaats waar ionisatie van de lucht
het eerst plaatsvindt. De lucht rond zo'n scherp object
raakt geioniseerd en daarbij ook zwak electrisch geleidend.
Electronenlawines
De electronen die vrijkomen bij de ionisatie van de lucht worden
door het electrisch veld versneld. Deze electronen krijgen dus een
kinetische energie, die zo hoog kan worden dat de electronen in
staat zijn om als ze botsen met andere luchtmolekulen, daar ook
electronen uit los te slaan. Dit geeft meer electronen, en geeft
dus een kettingreactie, die een electronenlawine heet. Duizenden
electronen kunnen zo gecreëerd worden uit één enkel los electron
dat door het electrisch veld versneld werd. Maar omdat deze lawine
alleen voorkomt bij sterk electrisch veld, stopt de lawine al snel
omdat de electronen zich van het scherpe object af bewegen, in een
gebied met lager electrisch veld.
Wat de lawine achterlaat is een geleidend pad in de lucht van ionen
en losse electronen. Dit pad is niet lang - meestal maar een paar
centimeters - maar er kan een groot aantal van zulke paden ontstaan
tegelijkertijd, als meerdere losse electronen tegelijkertijd lawines
veroorzaken.
Losse electronen combineren ook weer met molekulen en ionen, waarbij
energie vrijkomt. Deze energie bij het recombinatieproces produceert
licht, en dat is wat we zien bij St. Elmusvuur.
Gevaar van St. Elmusvuur
St. Elmusvuur is een zwakke continue electrische ontlading in de
lucht. De stroom die door een object loopt om de stroom ionen en
electronen in stand te houden is zo laag dat Elmusvuur op zichzelf
ongevaarlijk is. Maar omdat het vaak voorkomt onder onweersbuien
wanneer het electrisch veld hoog is, is er een grote kans op een
blikseminslag in de buurt.
St. Elmusvuur ontstaat ook kortstondig in de directe omgeving van
een wolk-aarde bliksemontlading. Als je ooit buiten stond of liep
terwijl de bliksem zeer dichtbij insloeg (enkele tientallen meters
afstand) heb je misschien gevoeld dat er aan je haren getrokken
werd. Dit komt ook door St. Elmusvuur, dat zich kortstondig over
je lichaam vormde door de dichtbije voorontlading die naar de aarde
kwam. Je hebt in zo'n geval ontzettend veel geluk gehad.
Als regel moet je maken dat je wegkomt of op een veilige plaats
bent (bijvoorbeeld in een auto) zodra je St. Elmusvuur ziet of
hoort.
Fotograferen van St. Elmusvuur
Er bestaan niet veel foto's van natuurlijk St. Elmusvuur, dus dit
is interessant om te fotograferen. De gloed van St. Elmusvuur is
echter zeer zwak, dus het beste is om het 's nachts met een tijdopname
te fotograferen. Het is in verband met blikseminslag gevaarlijk
om dit soort fotografie te doen, dus je moet beslist op een veilige
plaats blijven, bijvoorbeeld in een auto.
Probeer fotografie met een gevoelige film, zoals 800 of 1600 ISO.
Gebruik een groot diafragma, bijvoorbeeld f/2.8, f/2 of groter.
Je moet zo lang mogelijk belichten als de bliksem toelaat; bij
bliksem of weerlicht wordt de foto namelijk erg belicht en is de
gloed niet meer te zien. Je kunt ook proberen te fotograferen als
je geen St. Elmusvuur ziet of hoort maar denkt dat het er wel zou
kunnen zijn. Meestal is de gloed te zwak om het met het blote oog
waar te nemen, zeker als je ogen door de bliksemflitsen niet aan het
donker gewend kunnen raken.
Een andere manier om het verschijnsel te fotograferen is om een
hoogspanningsvoeding te maken of kopen, zoals een Walton-Cockcroft
cascadeschakeling, een Van de Graaff generator, Tesla coil, Whimshurst
generator, of een Marx generator. Hiervan is de Van de Graaff
generator het gemakkelijkst en waarschijnlijk ook het goedkoopst
te maken, en bovendien ook het minst gevaarlijk. Sommige andere
hoogspanningsvoedingen zijn dodelijk! De generator moet wel genoeg
vermogen hebben om de continue ontladingsstroom te kunnen geven. Bij
een Van de Graaff generator betekent dit dat je een brede band moet
gebruiken.
|