เจาะลึกเรื่องของ ฟ้าผ่า :: เชิญอ่านครับ

ฟ้าผ่า (Lightning) เป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติซึ่งเกิดจากการเคลื่อนที่ของประจุ Electron
ระหว่างก้อนเมฆกับพื้นดิน มันเริ่มเกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่ขึ้นลงของกระแสอากาศภายในเมฆ Cumulonimbus
การเคลื่อนที่ของกระแสอากาศภายในเมฆนี้ เรียกว่า Updraft - Downdraft ซึ่งมันจะทำให้หยาดน้ำจำนวนมหาศาล
เกิดการเข้าใกล้แบบเฉียดกันมากพอจนเกิดความต่างศักย์ของไฟฟ้าโดยรวมขึ้นระหว่างก้อนเมฆ กับ พื้นดินด้านล่าง ครับ
เมื่อความต่างศักย์ไฟฟ้ามีค่าระดับหนึ่งก็จะก่อให้เกิดสนามไฟฟ้าขนาดใหญ่ในก้อนเมฆนั้น โดยมีประจุบวกอยู่ทางด้านบน
ของก้อนเมฆ ประจุลบอยู่ด้านล่างของก้อนเมฆ ขณะเดียวกันพื้นดินบางแห่งมีประจุบวก พื้นดินบางแห่งมีประจุลบ .....
ในที่สุดก็จะเหนี่ยวนำให้เกิดการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าจำนวนมหาศาลจากเมฆสู่พื้นโลก ก็คือ ฟ้าผ่า นั่นเองครับ

ภาพแสดงลักษณะของเมฆ Cumulonimbus ซึ่งเป็นเมฆฝนฟ้าคะนอง
และการสะสมตัวของประจุไฟฟ้า รวมถึงกระแสอากาศ Updraft - Downdraft ในเมฆ

ขั้นตอนการเกิดฟ้าผ่า ผมได้สรุปมาเป็น 5 ขั้นตอนครับ รายละเอียดตามภาพนี้เลย

เมื่อฟ้าผ่าลงดินแล้ว .... จะเกิดอะไรขึ้นบ้าง
เมื่อเกิดฟ้าผ่าลงมาแล้ว หากสายฟ้านั้นฟาดมาที่วัตถุ สิ่งของ หรือ ตัวคนโดยตรง
ก็จะเกิดอันตรายร้ายแรงได้มากครับ เพราะกระแส หรือ พลังงานที่เกิดจากสายฟ้าผ่านั้นสูงมาก
หากฟ้าผ่าลงมาโดนที่ใด ก็จะเกิดความร้อนสูงมากที่จุดนั้นจนทำให้เกิดเพลิงไหม้ได้

ตัวอย่างความเสียหายจากฟ้าผ่า

อีกสิ่งหนึ่งที่เป็นอันตรายมากแม้ว่าสายฟ้าจะไม่ได้ฟาดตรงตัวเรา คือการเกิด Step potential ครับ
Step potential หรือ Step voltage มันคือการเกิด กระแสไฟฟ้า ไหลผ่านพื้นดินออกมารอบ ๆ จาก
จุดที่สายฟ้าฟาดลงมา โดยเริ่มจากเมื่อสายฟ้าฟาดลงมาที่จุด ๆ หนึ่ง กระแสไฟฟ้าก็จะไหลจากจุดนั้น
ออกไปรอบ ๆ พื้นดิน ทีนี้ .... พื้นดินก็จะมีความต้านทานไฟฟ้า (Ohms) ค่าหนึ่ง ทำให้กระแสที่ไหลผ่านดิน นี้
ก่อให้เกิด Voltage ระหว่างจุด 2 จุดของพื้นดินเป็นไปตามกฏของโอห์ม (V=IR) โดย Step voltage นั้น
จะมีค่ามากขึ้นตามระยะห่างระหว่างเท้าทั้ง 2 ของเรา หากเรายืนขาถ่างกันมากเกินไปก็จะได้รับความต่างศักย์ นี้
เข้าร่างกายไป นั่นก็คือเป็นกระแสไฟฟ้าวิ่งเข้าทางขาหนึ่ง และออกทางขาข้างหนึ่ง (จุด A - B) ....
ซึ่งหากมี step voltage มาก ๆ หลายพัน Volts เราก็จะเสียชีวิตได้ครับ

Diagram ของ Step voltage หรือ Step potential

Diagram อธิบายเพิ่มเติมของ Step voltage

ดังนั้น หากพบกับฝนฟ้าคะนองและตัวเราอยู่ที่โล่งแจ้งไม่สามารถหลบในที่กำบังได้
ก็ควรทำท่าแบบที่เห็นในภาพนี้ครับ คือย่อตัวลง เท้าชิดกันเพื่อลดผลจาก step voltage
ให้เหลือน้อยที่สุด มือปิดหูเพื่อลดเสียงของฟ้าผ่า

ฟ้าผ่ารถยนต์ ฟ้าผ่าเครื่องบิน อันตรายหรือไม่ ?
สำหรับเครื่องบิน อาจเกิดความเสี่ยงที่จะถูกฟ้าผ่าได้ในขณะที่กำลังบินขึ้นและเพิ่ม altitude ในช่วง
1.5 - 5 กิโลเมตร ซึ่งตัวถังโลหะของเครื่องบินจะสามารถปกป้องผู้โดยสาร และ อุปกรณ์ทั้งหมด
จากกระแสไฟฟ้าใว้ได้ครับ โดยสายฟ้าจะผ่านไปบนผิวโลหะของเครื่องบินได้ตลอดแนวลำตัวเครื่องครับ

ลำดับขั้นเมื่อฟ้าผ่าเครื่องบิน จะเริ่มที่สายฟ้าจะฟาดผ่านลงที่บริเวณ Nose ของเครื่อง โดยจะเกิดการ glow
สว่างจ้าของโมเลกุลของอากาศที่แตกตัว จากนั้น step leader ของสายฟ้าก็จะทำให้เกิดความต่างศักย์
ที่ตัวเครื่อง และตัวเครื่องก็จะกลายเป็นเหมือนแท่งเหล็กที่จะถ่ายความต่างศักย์ไปสู่ประจุของเมฆในบริเวณถัดไป
ซึ่งเป็นระยะทางที่สั้นมากโดยการเชื่อมของ step leader จะออกไปทางหาง (Tail) สุดท้าย เป็นอันจบครับ

ภาพแสดงการเข้า และ ออกของสายฟ้าที่ผ่าผ่านเครื่องบิน

ในฟ้าผ่าผ่านเครื่องบินในบางกรณี จะมีการ Arc ของไฟฟ้าในบาง layers ของตัวถังเครื่องบินครับ
ทำให้เกิดความร้อนสูงขึ้นมากในจุดที่เกิดการ ARC ตัวอย่างเช่นเครื่องของสายการบิน Delta ตามภาพนี้ครับ

คลิปแสดงฟ้าผ่าเครื่องบินแบบรวมมิตร

ในกรณีฟ้าผ่ารถยนต์ ก็ยังถือว่ามีความปลอดภัยในระดับที่ ไม่อันตรายต่อผู้โดยสารครับ
เพราะสายฟ้าที่ฟาดลงตัวถังโลหะรถยนต์ ก็จะวิ่งผ่านลงสู่กราวด์ earth ผ่านทางล้อรถ
และภายในตัวถังรถจะเป็นสภาพเหมือนกรงฟาราเดย์ (Faraday cage) ทำให้ผู้โดยสารปลอดภัย
จากอันตรายของกระแสไฟฟ้าครับ (อย่างไรก็ตาม ก็ยังมีกรณีของฟ้าผ่ารุนแรงจน
สร้างความร้อนสูงให้กัยตัวถังรถ จนทำให้ตัวถังเสียหายได้มาก แต่ก็เกิดขึ้นน้อยครับ)

ภาพแสดงการทดสอบฟ้าผ่าลงรถยนต์ (กำเนิดฟ้าผ่าด้วย Impulse generator หรือ Cockcroft–Walton generator)

สวัสดีครับ