Lyn fra tørr himmel

Selv i knusktørre ørkenstormer blinker lynene, og i gruver, møller og andre industrilokaler kan støv lage farlige gnister. Hvordan kan elektrisk nøytrale støvkorn få så sterk ladning? En amerikansk fysiker har kanskje løst den gamle gåten.

Publisert

Gnister i tørt støv har lenge vært et kjent, men dårlig forklart fenomen. Michael Faraday beskrev lyn i sandstormer alt i 1850.

I dag hvirvler helikoptere i ørkenen opp sand som kan bli elektrisk ladet og gi eksplosjonsfare.

Men ikke bare sand og ørkenstøv kan være farlig. Mange gruvearbeidere har mistet livet i eksplosjonsulykker på grunn av gnister i kullstøv.

Også melstøv, sukkerstøv eller trestøv kan bli elektrisk ladet og gnistre slik at det antennes i industrianlegg og brenner eksplosjonsartet.

Også melstøv kan være eksplosivt: Denne illustrasjonen fra 1878 viser illustratørens inntrykk av den store møllekatastrofen ved Washburn Mill i Minneapolis, Minnesota. 14 arbeidere døde, samt fire i tilliggende lokaler. (Illustrasjon: US Library of Congress. Håndkolorert av forskning.no)
Også melstøv kan være eksplosivt: Denne illustrasjonen fra 1878 viser illustratørens inntrykk av den store møllekatastrofen ved Washburn Mill i Minneapolis, Minnesota. 14 arbeidere døde, samt fire i tilliggende lokaler. (Illustrasjon: US Library of Congress. Håndkolorert av forskning.no)

Gåten løst?

Støv er elektrisk nøytralt og isolerende. Hvordan kan det da få så sterk ladning?

Nå har den amerikanske fysikeren Troy Shinbrot foreslått en løsning på gåten, i en artikkel som er publisert på nett i tidsskriftet Nature Physics.

Hvis støv- eller sandkornene utsettes for et elektrisk felt, vil kollisjoner mellom kornene lade dem sterkere og sterkere over tid. (Se animasjonen nedenfor!).

 

 

De sterkt positivt ladede partiklene og de sterkt negativt ladede partiklene vil flytte seg til hver sin side i det elektriske feltet, og dermed vil støvskyen bli elektrisk ladet. Dette feltet vil kunne gi utladninger i form av gnister.

Hoppende glasskuler

Shinbrot og kollegene hans har gjort eksperimenter der de brukte små glasskuler for å simulere sandkorn.

Kulene ble plassert i et kraftig elektrisk felt, med plussladningen øverst. Når de blåste luft inn mellom glasskulene, skjedde det: de negativt ladede kulene spratt oppover mot pluss-elektroden. (Se video!)

Men hvordan oppstår det elektriske feltet som starter oppladningen? Dette er fortsatt et uløst problem.

Lader seg selv

Troy Shinbrot
Troy Shinbrot

- Hypotesen vi arbeider etter, er at de ladede sand- og støvkornene selv lager det elektriske feltet som fortsetter oppladingen, skriver Shinbrot i en e-post til forskning.no.

Når det gjelder sandstormer, blir denne prosessen mer komplisert ved at det elektriske feltet som sandkornene lager inne i skyen, går feil vei for videre oppladning.

Elektriske felt som går utenfor skyen vil derimot ha riktig retning. Derfor kan en mulig løsning på dette problemet være at sandskyene lades opp i forkant, der nye korn trekkes inn i skyen, men lades ut lenger inne i skyen, ifølge Shinbrot.

En annen mulig forklaring er at det elektriske feltet var der først, for eksempel når sandskyer dannes nær et vanlig tordenvær.

Ukonvensjonelt

Å ta fatt i denne typen gamle og velkjente, men uløste problemer er høyst ukonvensjonelt, mener Shinbrot.

- Fysikere er for det meste interessert i energier over en million elektronvolt eller under en milliondels grad over nullpunktet.

- Ingen av disse energiene beskriver problemene rundt ladninger i sandstorm, skriver han.

Referanse:

T. Pähtz, H. J. Herrmann and T. Shinbrot: Why do particle clouds generate electric charges? Nature physics, online publication 11. april 2010.

Lenker:

Nyhetsartikkel på nettsidene til Nature

Nettsiden til Troy Shinbrot