Could moln på flygplan vingar producera blixten?

Friktion skapar statisk elektricitet

På principen har du rätt: Elektroner separeras från luft- eller vattenångmolekyler på grund av friktion som uppträder i gränsskiktet och andra friktionsområden. Idag finns det två typer av statisk elektricitet som skapas: Negativ där vissa elektroniska elektroner är placerade och positiva där luftmolekyler med en saknad elektron ligger (dessa molekyler heter "joner" för att indikera deras elektroniska obalans).

Jonernaärnaturligtneutraliserade

Menmotsattaladdningarlockastillvarandra,jonernarekombinerarsnartmedsinasepareradeelektronerbakomflygplanet,antaletisoleradejonerellerelektroner-"elpotentialen" - när som helst inte byggs upp så att en skillnad av potential med marken, en annan massa eller mellan joner och elektroner är tillräcklig för att skapa någon signifikant elektrostatisk urladdning.

Observera att rekombinationen accelereras av vattnet i luften, eftersom vatten - med föroreningar - är en bättre ledare av elektricitet än torr luft. Kondensering hjälper inte till statisk laddning på flygplan.

Stora potentiella skillnader krävs för blixten

Potentialskillnaden mäts i volt *. Det kräver 3000 V att initiera en elektrostatisk nedbrytning för varje millimeter torr luft. Spänningen som används i en gnistplugg är ungefär 10 gånger detta värde för att säkerställa en bra gnista eller 3 GV per km.

Källa

Om elektronerna fångades på flygplanets yta, skulle flygplanets potential nå det värde som krävdes för att skapa blixten med marken: -)

Så varför blir blixten med moln men inte med flygplan?

Friktionsytan från vingarna är löjligt liten jämfört med friktionsytan i det enorma cumulonimbus-molnet. Statisk elektricitet skapad är inte av samma storleksordning. Det är en första anledning, men det finns också en stor skillnad i hur avgifterna beter sig.

I naturligt ljus skapas elektronerna och de positiva jonerna av den våldsamma vinden i specifika moln. I motsats till vad som händer med ett flygplan, och av anledningen inte riktigt förstått , laddas de laddade partiklarna då fysiskt åtskilda. : Positiva joner flyttar överst i molnet medan negativa avgifter flyttar i mitten där de kombinerar tillfälligt med neutrala molekyler för att bilda negativa joner.

En mindre mängd positiva joner rör sig också längst ner. Denna positiva molnbotten flyttar också negativa laddningar av marken vid dess nadir, vilket i sin tur minskar luftskiktets tjocklek för att röra sig igenom och samtidigt ökar den elektriska fältgradienten.

Källa

Eftersom friktionen fortsätter i molnet ökar den elektriska potentialen tills potentialskillnaden mellan molnens botten och marken når det spänningsgräns som krävs för nedbrytning. Den stora snedbrytningsvärmen skapar plasma som används av partiklar i överflöd för att gå med i den attraktiva marken. Detta fenomen är komplext och förklaras inte heller helt.

*: Volymen är den elektriska potential som krävs för att skapa en arbetsstycke med en laddning av en coulomb. Se den här fina sidan för mer information.

can this cloud formed over the wing of an airplane produce lightning activity just like some other kinds of "normal clouds"?

Nej. Blixt kräver stora, långlivade moln där varm, våt luft kan stiga, kondensera och falla igen. Den typen av struktur kan inte existera i ett moln så liten och tillfällig som en contrail.

Wikipedias sida på åskväder innehåller mycket information om vad som behövs.

Vad du ser ovan är vingarna kondensering , men inte tekniskt ett moln.

Moln suspenderas i atmosfären på grund av förlängd mättnad. Inte ett lokaliserat momentant tryckfall.

Dessa kondensationer försvinner så fort de bildas, det finns inte tillräckligt med tid för att de ska laddas.

TL-DR : blixten är möjlig inte med tillgången till fria elektroner (en mycket vanlig förekomst, i naturen och i atmosfären i synnerhet), men genom att det finns några icke- -elektrisk kraft som skiljer positiva och negativa joner (trots deras elektrostatiska attraktion), över skalaer som är tillräckligt stora för att ge upphov till en stor plötslig ökning av antalet fria, energiska elektroner, en gång ett tröskelvärde för det elektriska fältet uppnås. Inga sådana krafter existerar över ytan av en metall.

Alla tidigare svar är korrekta, men de berörs (och inte alla i det här fallet) på nyckelförutsättningen för bildning av blixten: underhåll av storskalig laddning separation, dvs på skalaen av kilometer.

Ioniserande gaser är rimligt lätta och alla slags krafter kan skilja mellan länkarna mellan de yttersta (och minst bundna) elektronerna från deras (lämpligt kallade) donoratomer. Men detta sker ganska jämnt över en genomsnittlig gas som jordens atmosfär, vilket innebär att i en given mikroskopisk volym finns det så många positiva som negativa joner. Det efterföljande elektriska fältet försvinner nästan och det är omöjligt att uppnå det stora elektriska fältet som krävs för en blixtur (ungefär 3GV per km, som påpekas av min ).

På en flygplansvinga, som är en utmärkt ledare, kommer elkrafterna att tendera att hålla de positiva och negativa (= elektronerna) joner mycket nära varandra, och det kommer inte att bli ett stort elfält någonsin .

Nyckeln till att förklara blixten är att det finns andra krafter som tenderar att dra elektroner och positiva joner ifrån varandra, över mycket stora avstånd. Detta har redan konstaterats av minuter (även om jag tror mindre klart), och av David Rickerby . Det faktum att dessa krafts natur inte är uppenbart förstår inte att det är det som gör det möjligt att bli lättare.

Det är lätt att förstå varför sådana stora elektriska fält är nödvändiga: en elektron som träffar en neutral atom kan jonisera den, vilket frigör en ytterligare elektron som fortsätter att producera två gånger mer fria elektroner som vår första situation där vi bara har en elektron. Men vid jonisering av en neutral atom kommer den ursprungliga elektronen att förlora energi och kan inte kunna jonisera en annan atom när nästa kollision uppstår och / eller det kan producera en ny elektron som inte heller har tillräckligt med kinetisk energi för att jonisera nästa neutral det träffar: alltså ingen kaskad, alltså ingen ökning av antalet elektroner, alltså ingen blixt.

Om inte ... är det elektriska fältet så starkt att det fyller upp den ursprungliga elektronens energi (och naturligtvis även dess nybildade bröder) av tillräcklig energi mellan kollisioner för att jonisera nästa neutral också. Med andra ord återförsörjer elektronerna sig för energi i mellan kollisioner, med tillstånd av det elektriska fältet, för att starta processen igen. Detta förklarar 3GV per km: den energi som krävs för att jonisera en löst bunden elektron är ungefär 3eV, och banan mellan kollisioner i atmosfären är ungefär 0,0001cm. Detta innebär att en enda elektron kommer att förvärva 3GeV över ett km (tack vare det elektriska fältet), vilket motsvarar en potentiell minskning av 3GV över 1 km, exakt min 'siffra.

Ovanstående förklarar också plötslig urladdning : när det elektriska fältet överstiger ovanstående tröskelvärde dubbelar antalet elektroner varje kollision: det typiska avståndet i luften mellan kollisionerna är 0,0001 cm , så att en enskild elektron skulle ge en kaskad av 2 ^ 10 ^ 9 elektroner under 1 km, ett bra värde för molntjockleken. Detta antal är orealistiskt stort (det totala antalet fria elektroner som produceras är begränsat till den begränsade energin som finns tillgänglig, ungefär den för en kondensator med storlek 1km och elfält 3GV per km), men det ger en bra uppfattning om hur en blixt plötsligt släppte. Detta är faktiskt en kaskad, en plötslig vakuumfördelning . För lägre värden på det elektriska fältet kommer de nybildade elektronerna inte att ha tillräcklig energi för att jonisera nästa neutrala de träffar; för större värden de kommer, vilket medför en plötslig ökning av deras antal.

Flygplan producera blixten? JA. Det åskådda elektriska fältet multipliceras med flygplanet och kan utlösa blixten.
länk

Moln som bildas över flygplanets vinge producerar blixtaktivitet precis som andra typer av "normala moln"? NEJ. Avgiften det kan hypotetiskt producera är storleksordningen mindre om den ens skapats.