A villámlás a természet egyik legszebb látványossága. Ugyanakkor az ember által ismert egyik leghalálosabb természeti jelenség is. A villám a Nap felszínénél is forróbb villámhőmérsékletével és a minden irányba sugárzó lökéshullámokkal a villám a fizika és az alázat leckéje.

A villám hatalmas szépségén túl a tudományt az egyik legnagyobb helyi rejtély elé állítja: Hogyan működik? Köztudott, hogy a villámok elektromos töltésű viharrendszerekben keletkeznek, de a felhőtöltés módszere még mindig nehezen megfejthető. Ebben a cikkben a villámlást belülről nézzük meg, hogy megértsük ezt a jelenséget.

A villámlás egy kevésbé titokzatos folyamattal kezdődik: a víz körforgásával. Ahhoz, hogy teljesen megértsük, hogyan működik a víz körforgása, először meg kell értenünk a párolgás és a kondenzáció elvét.

A párolgás az a folyamat, amelynek során egy folyadék hőt vesz fel és gőzzé alakul. Jó példa erre egy esőt követő víztócsa. Miért szárad ki a tócsa? A tócsában lévő víz hőt vesz fel a napból és a környezetből, és gőz formájában távozik. A “szökés” jó kifejezés, amikor a párolgásról beszélünk. Amikor a folyadékot hő éri, molekulái gyorsabban mozognak. Néhány molekula elég gyorsan mozoghat ahhoz, hogy elszakadjon a folyadék felszínétől, és gőz vagy gáz formájában elvigye a hőt. Amint megszabadul a folyadék kényszereitől, a gőz elkezd felemelkedni a légkörbe.

A kondenzáció az a folyamat, amelynek során a gőz vagy a gáz hőt veszít és folyadékká alakul. A hőátadás során a hő egy magasabb hőmérsékletről egy alacsonyabb hőmérsékletre kerül. A hűtőszekrény ezt a koncepciót használja az ételek és italok hűtésére. Alacsony hőmérsékletű környezetet biztosít, amely elnyeli a hőt az italokból és élelmiszerekből, és elszállítja a hőt az úgynevezett hűtési ciklus során. Ebben a tekintetben a légkör úgy viselkedik, mint egy hatalmas hűtőszekrény a gázok és gőzök számára. Ahogy a gőzök vagy gázok emelkednek, a környező levegő hőmérséklete egyre alacsonyabbra csökken. Hamarosan a gőz, amely hőt vitt el “anyafolyadékától”, elkezd hőt veszíteni a légkörnek. Ahogy egyre magasabbra és alacsonyabb hőmérsékletre emelkedik, végül annyi hőt veszít, hogy a gőz kondenzálódik, és visszatér folyékony állapotba.

Az alábbiakban alkalmazzuk ezt a két fogalmat a víz körforgására.

““

A földi víz vagy nedvesség hőt vesz fel a Napból és a környezetből. Amikor elegendő hőt nyeltek el, a folyadék egyes molekuláinak elég energiája lehet ahhoz, hogy kiszabaduljanak a folyadékból, és gőzként elkezdjenek felemelkedni a légkörbe. Ahogy a gőz egyre magasabbra emelkedik, a környező levegő hőmérséklete egyre alacsonyabb lesz. Végül a gőz elég hőt veszít a környező levegőnek ahhoz, hogy ismét folyadékká alakuljon vissza. A Föld gravitációs vonzásának hatására a folyadék ekkor “visszahullik” a Földre, így a körforgás befejeződik. Meg kell jegyezni, hogy ha a környező levegő hőmérséklete elég alacsony, a gőz lecsapódhat, majd hóvá vagy havas esővé fagyhat. A gravitáció ismét magához ragadja a megfagyott formákat, és azok visszatérnek a Földre.

A következő részben megnézzük, hogy mi okozza az elektromos viharokat.