जिकडे तिकडे लख् लख् लख्

ह्यापूर्वी – भाग १- आभाळ वाजलं धडाऽडधूम‎
भाग २- वारा सुटला सू सू सूऽम‎
भाग ३- वीज चमकली चक् चक् चक्

विद्युत्पात – भाग ४
जिकडे तिकडे लख् लख् लख्

वीज कडाडते म्हणजे नक्की कोणत्या प्रक्रिया कोणत्या क्रमाने घडतात ते ह्या भागात पाहू. निमिषार्धात चमकणारी विद्युल्लता नक्की कशी घडते हे वाचण्यासाठी मात्र काही मिनिटे लागतील! ह्या लेखांकाची लांबी इतर लेखांकांच्या तुलनेत जास्त आहे, त्याबद्दल क्षमस्व.

विप्रभारण होताना धन व ऋण आयन एकमेकांच्या दिशेने झेपावतात. त्यावेळी ह्या दोन्ही आयनांना गतिज ऊर्जा प्राप्त होते. अशा अनेक गतिमान आयनांच्या जोड्या तयार होतात ज्या विप्रभारणासाठी मार्ग तयार करतात. विद्युत्पात होताना विप्रभारणाच्या मार्गात रोधक हवा आडवी (!) येत असल्याने तो मार्गाचा हवेतून जाणारा भाग तयार होण्यासाठी तेथील हवेच्या कणांचेही आयनीभवन होते. वीज पडते म्हणजे गर्जनाकारी ढगातील ऋणप्रभारीत भागाकडून जमिनीच्या दिशेने ऋणप्रभार (इलेक्टॉन्स) आणि जमिनीकडून ढगाच्या दिशेने धनप्रभार पाठविला जातो. वीज प्रत्यक्ष जमिनीवर न पडता सामान्यतः जमिनीवरील वस्तूवर (मनोरा, इमारत, झाड, घर अशा सामान्यतः टोकदार व उंच वस्तूवर ) पडते. ढगाकडून जमिनीकडे वाहणा-या ऋणप्रभारांचा परिणाम म्हणून ह्या टोकदार वस्तूंवर (धन) प्रभाराची (अपवादात्मक परिस्थितीत ऋणप्रभाराची) लागण होते, जी ढगातील विरुद्ध प्रभारास आकर्षित करते. २-क ते २-ढ ह्या आकृत्यांमध्ये वीज पडण्याच्या प्रक्रियेतील सर्व टप्पे दर्शविलेले आहेत.


आकृती २-क – गर्जनाकारी मेघ व विप्रभारणासाठीचे ‘सावज’ झाड; २-ख – दुभंग विभव

ढग व जमिनीमधील वा विद्युत्पात होणा-या दोन ढगांमधील विभवांतर सुमारे १० ते १०० किलोव्होल्ट प्रति मीटर एवढे विविध प्रयोगांमध्ये मोजले गेले आहे. ढगाच्या तळाशी दुभंग विभव (breakdown potential) तयार झाले (आकृती २-ख) की ऋणप्रभार जमिनीच्या (वा दुस-या ढगाच्या) दिशेने झेपावतात आणि आयनीभवनाचा मार्ग निर्माण करतात. हा मार्ग सुमारे १० सेंटीमीटर जाडीचा असतो. ह्या मार्गाला ‘प्रातिनिधिक दर्शक’ (pilot leader  वा  step leader) (आकृती २-ग) म्हणतात, कारण हा विप्रभारणाच्या मार्गाची दिशा निश्चित करतो. हा मार्ग टप्प्याटप्प्याने जमिनीच्या दिशेने पुढे सरकतो. प्रत्येक टप्पा सुमारे ५० ते १०० मीटर लांबीचा असतो, तर प्रभारांची गती सुमारे १०० ते १००० किमी प्रति सेकंद एवढी असते. प्रत्येक टप्पा सुमारे १ सूक्ष्मसेकंद (microseconds) टिकतो. पहिला टप्पा संपून पुढचा टप्पा तयार होण्यादरम्यान साधारण ५० सूक्ष्मसेकंद एवढा कालावधी जातो. ह्या कालावधीमध्ये प्रातिनिधिक दर्शक ‘तडाखा देण्यायोग्य’ एखादे ‘सावज’ आसपास आहे का ह्याची चाचपणी करतो. असे ‘सावज’ न मिळाल्यास मार्गाचा पुढचा टप्पा गाठतो. ही चाचपणी मोठ्या क्षेत्रात करता यावी म्हणून ह्या वहनमार्गास दरम्यान काही फाटेही फुटलेले असतात (आकृती २-घ). ५० ते १०० मीटर लांबीचा एक टप्पा तयार होण्यास सुमारे ५० मिलीसेकंद लागतात. अशा रितीने पुढे सरकणा-या दर्शकामुळे वहनमार्ग (conducting path) तयार होतो.


आकृती २-ग – प्रातिनिधिक दर्शक; २-घ – दर्शकास फुटलेले फाटे; २-च – ढगापासून जमिनीच्या दिशेने तयार झालेला वहनमार्ग

ह्या मार्गाच्या प्रति सेंटीमीटर लांबीमध्ये सुमारे १०१३ ते १०१५ एवढ्या आयनजोड्या असतात. प्रातिनिधिक दर्शकाच्या टोकाच्या (head) दिशेने ऋणप्रभारांचे लोट सतत वाहत असतात, ज्यामुळे पुनःप्रभारण होऊन दर्शकास पुढचा टप्पा पार करण्यासाठी बळ मिळते. अशा प्रकारे पुढे सरकणारा दर्शक ढगापासून जमिनीच्या दिशेने काही अंतरापर्यंत असा वहनमार्ग तयार करतो (आकृती २-च). हा वहनमार्ग दहा हजारांहून अधिक टप्प्यांचा बनलेला असतो. दर्शकामध्ये सुमारे ५ कूलंब एवढा ऋणप्रभार असतो आणि जमिनीच्या तुलनेत अतिश प्रबळ (सुमारे १० अब्ज व्होल्टस्) असे विद्युत विभव (electric potential) असते.


आकृती २-छ – धननिर्झर वा प्रवासी ठिणगी; २-ज – विद्युत विभवाची जमिनीशी वहनमार्गे झालेली जोडणी

ढगाने पुढे (वा खाली) केलेला हा हात धरण्यासाठी आता जमिनीने (वा जमिनीवरील वस्तूने) पुढाकार घेण्याची ही वेळ असते. ह्या वस्तूंवर धन प्रभार प्रवर्तित (induce) होतात. ही दाटी एवढी वाढते की विभवांतर वाढून ह्या वस्तूंजवळील हवेचा वैद्युत दुभंग होतो आणि त्या वस्तूपासून दर्शकाकडे झेपावणारा वहनमार्ग तयार होतो. ह्या वहनमार्गास ‘प्रवासी ठिणगी’ (travelling spark) म्हणतात किंवा सामान्यतः हा वहनमार्ग धनप्रभारांचा असल्यामुळे ह्यास ‘धननिर्झर’ (positive streamer) असेही म्हणतात (आकृती २-छ). दर्शक आणि धननिर्झराची हातमिळवणी जमिनीपासून सुमारे ५ ते ३० मीटर उंचीवर घडते आणि ढग आणि जमीन ह्या वहनमार्गाने जोडले जातात. तसेच दर्शकातील विद्युत विभव जमिनीशी जोडले जाते (आकृती २-ज). एकदा ही जोडणी पूर्ण झाली की इतर फाट्यांमधील दर्शक त्यांची चाचपणी थांबवितात. सर्व दर्शकांतील ऋणप्रभार एकत्रितरित्या नव्याने तयार झालेल्या जोडणीमार्गे जमिनीच्या दिशेने पाठविला जातो.


आकृती २-झ – परतीचा झटका; २-ट – ‘ज व क’ दर्शक

ह्याच मार्गाने विद्युतधारा (धनप्रभार) ढगाच्या दिशेने पाठविली जाते आणि हा मार्ग प्रखर तेजाने उजळून निघतो. ही विप्रभारणाची प्रक्रिया १०० सूक्ष्मसेकंदांमध्ये पूर्ण होते जिला ‘परतीचा झटका’ (return stroke) असे म्हणतात (आकृती २-झ). अशी ही विद्युल्लता (विद्युतधारा) जमिनीकडून आकाशाचा दिशेने पळत असली तरी तिचा वेग एवढा प्रचंड असतो की आपल्या डोळ्यांना ती ढगाकडून जमीनीकडे धावल्याचे भासते. धावताना ती इतर फाट्यांनाही उजळवते.


आकृती २-ठ, ड – दर्शकबाण; २-ढ – पुन्हा परतीचा झटका

विप्रभारणाच्या वेळी विद्युतधारा (current) वाढत जाऊन १ सूक्ष्मसेकंदामध्ये ती ३०,००० ऍम्पिअर एवढी वाढते व पुढच्या ५० सूक्ष्मसेकंदांमध्ये पुन्हा कमी होत जाते. एकदा विद्युतधारा वाहिली की पुढच्या २० ते ५० मिलीसेकंदांमध्ये पुन्हा ऋणप्रभारांचा पुरवठा झाल्यास आधीच निर्माण झालेल्या वहनमार्गे पुनःपुन्हा विद्युत्पात होतो. हे जास्तीचे ऋणप्रभार वाहून आणणा-या दर्शकांस ‘ज व क’ (J and K) दर्शक (आकृती २-ट) म्हणतात तर त्यावेळी घडणा-या वैद्युत दुभंगाच्या प्रक्रियेस ‘ज व क’ (J and K) प्रक्रिया असे म्हणतात. हे ‘ज व क’ दर्शक प्रातिनिधिक दर्शकाप्रमाणे ढगाच्या तळाजवळून न येता ढगाच्या ऋणप्रभारित विभागाच्या जास्त आतील भागाकडून येतात. ढगाला जास्तीतजास्त प्रमाणात विप्रभारित करण्याचा हा प्रयत्न असतो. ‘ज व क’ दर्शकांपासून तयार होणा-या दर्शकास दर्शकबाण (dart leader) असे म्हणतात. हा दर्शकबाण (आकृती २-ठ, ड)आधीच्या दर्शकाप्रमाणे टप्प्यांचा बनलेला नसून सलग असतो, कारण त्यासाठीचा मार्ग आधीच तयार असतो. हे दर्शकबाण वहनमार्गे सुमारे १ कूलंब एवढा प्रभार पाठवितात. हे दर्शकबाणही परतीचा झटका (आकृती २-ढ) निर्माण करतात आणि तोच वहनमार्ग पुन्हा एकदा उजळून निघतो. मात्र ह्यावेळचे विद्युल्लतेचे तेज पहिल्यापेक्षा कमी असते.

ज्यावेळी वहनमार्गातून विद्युतधारा वाहते त्यावेळी ह्या वहनमार्गाचे तापमान निमिषार्धात ३०,००० केल्विन पेक्षाही जास्त होते. हे तापमान सूर्याच्या पृष्ठतापमानाहून अधिक असते. तापमान वाढले की हवा प्रसरण पावते. मात्र निमिषार्धात आत्यंतिक प्रमाणात वाढलेल्या तापमानामुळे हवेला प्रसरण पावण्यास पुरेसा वेळ मिळत नाही आणि वहनमार्गाजवळील हवेचा दाब एरवीच्या दाबाच्या दसपट वाढतो. ह्या प्रचंड दाबामुळे हवेचा अक्षरश: स्फोट होतो. ह्या स्फोटामुळे एक धक्कालहर (shock wave) हवेमध्ये वहनमार्गापासून बाहेरच्या दिशेने पसरत जाते जी आपण आवाजाच्या – विजेच्या कडकडाच्या – स्वरूपात ऐकतो. मात्र ध्वनीचा वेग प्रकाशाच्या वेगाहून कमी असल्यामुळे आधी वीज चमकताना दिसते तर कडकडाट नंतर ऐकू येतो. विजेचा कडकडाट वीज पडल्याच्या ठिकाणाच्या सुमारे १५ किमी. त्रिज्येच्या परिसरात ऐकू येतो. मात्र त्याचवेळी मुसळधार पाऊस पडत असल्यास आणि जोरदार वारा वाहत असल्यास हा कडकडाट तेवढ्या दूरपर्यंत ऐकू जात नाही.

अशाप्रकारे असंख्य क्रिया क्षणार्धात घडून उजळणारी आणि कडाडणारी वीज आपल्या डोळ्यांचे पारणे फिटविते आणि कान किटविते. हीच वीज जर आपल्या आसपास पडली तर तोंडचे पाणीही पळविते. त्यामुळे त्या डोंगरांप्रमाणे ही विद्युल्लताही दुरूनच साजरी म्हटलेली बरी!!

(समाप्त)

*२-क ते २-ढ आकृत्या मापनश्रेणीस अनुसरून नाहीत (not drawn to scale). सर्व आकृत्या Wallace, J.M., Hobbs, P.V., 1977, ‘Atmospheric Science – An Introductory Survey’, Academic Press Inc, pp. 206 येथून सुधारित.

(वरदा वैद्य, डिसेंबर २००५ | Varada Vaidya, December 2005)

माझ्या विषयी varada वरदा vaidya वैद्य
वरदा वैद्य हवामान आणि खगोल हे माझे आवडीचे विषय. ह्या विषयातील विविध घडामोडींबाबत लिहिण्यासाठी हा ब्लॉगप्रपंच. हवामानविषयक लेख वातकुक्कुटावर (www.vatkukkut.wordpress.com) तर खगोलाविषयी विवस्वान (www.khagras.wordpress.com) अनुदिनीवर वाचता येईल.

2 Responses to जिकडे तिकडे लख् लख् लख्

  1. Prachi says:

    lekh khupch chhan ahe… pan jya chitran marfat tumhi savistar mahiti dili ahet ti disat nahi ahet.

    • नमस्कार प्राची,
      विद्युत्पातावरील माझे लेख तुम्हाला आवडल्याचे वाचून आनंद वाटला. लेखामधील आकृत्या तुम्हाला दिसल्या नाहीत हे वाचून आश्चर्य वाटले. मला सर्व आकृत्या व्यवस्थित दिसत आहेत. तसेच माझ्या माहितीतील लोकांना मी आकृत्या दिसत आहेत वा नाहीत ह्याबद्दल विचारणा केली तेव्हा त्यांनाही त्या व्यवस्थित दिसत असल्याचे लक्षात आले. केवळ ह्या लेखातील आकृत्याच तुम्हाला दिसल्या नाहीत वा इतर लेखातील आकृत्याही दिसत नाहीत?
      माझ्या अनुदिनीवरील इतर लेखही वाचून त्यावरही तुमचे प्रतिसाद – आवडले/आवडले नाही, काय आवडले, काय आवडले नाही, आणखी कशाबद्दल वाचायला आवडेल, वगैरे सूचना, सुचवण्या व प्रश्न जरूर कळवा. तुमच्या आवडीच्या विषयावर लिहिण्याचा प्रयत्न जरूर करीन.
      प्रतिसादाबद्दल पुन्हा एकदा धन्यवाद. तुम्हाला इमेलने उत्तर पाठवले होते, मात्र ते परत आले.

तुमचा अभिप्राय नोंदवा

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / बदल )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / बदल )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / बदल )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / बदल )

Connecting to %s

%d bloggers like this: