(16-05-2019 08:59)gc-gianni Ha scritto: [ -> ]una considerazione è questa:
supponendo una rigidità dielettrica dell'aria umida pari a 24kV/cm ed una lunghezza del fulmine di 1000m, la tensione che ne risulta è di: 2400000kV
raggiungendo questa tensione parte il fulmine
con un albero isolato, per vincere la rigidità del percorso aria-albero-mare si deve aggiunge la rigidità dell'isolamento albero/mare e quindi sono sono necessari: 2400000+10000=2410000kV, che è una tensione di circa il 0,4% più alta
quindi il miglioramento sulla probabilità che avvenga una scarica è molto più alta del valore indicato sopra
dov'è la contraddizione?
Secondo me in questo caso non è facile fare calcoli esatti perché entrano in gioco effetti non lineari come il citato "effetto punte". Cerco di spiegare a braccia e cercando di rendere l'immagine.
Tra le due facce del gigantesco condensatore formato dalla superficie del mare e dalla base della nuvola si forma un campo elettrico che viene descritto graficamente da superfici equipotenziali (o isopotenziali), praticamente identiche alle superfici ad altezza costante. Supponendo che i famosi -20 C si siano formati nella nube, a 0 metri c'è l'isopotenziale di 0 volt, a 100 m l'isopotenziale di 200MV e a contatto con la nube (supponiamo a 1km di altezza) l'isopotenziale di 2GV (gigavolt, un miliardo di volt) che, guarda caso, corrisponde proprio a quella che viene chiamata tensione di carica del condensatore. Altro numero importante è il valore vero e proprio del campo elettrico dato in V/m e che descrive l'entità della forza che cerca di ionizzare le molecole dell'aria e provocare la scintilla; in questo caso è 2MV/m ed è costante a tutte le quote.
Se non ci sono altri effetti, sul mare queste superfici sono esattamente orizzontali.
Ora mettiamo un minuscolo albero conduttore, alto 20m e molto vicino al mare. L'albero distorce le superfici isopotenziali per una ragione molto semplice ma che non approfondisco qui: le superfici isopotenziali non possono attraversarlo e devono per forza girarci attorno. In teoria le superfici che si trovavano tra i 0 e 20 metri possono girarci attorno o passando al di sopra o passando sotto; anche le superfici che si trovavano sopra i 20 metri saranno un po' modificate ma è abbastanza ovvio che man mano che ci si allontana dall'albero l'influenza sarà sempre più piccola. Già a - diciamo - dieci volte l'altezza dell'albero (200 m), le superfici saranno tornate ad essere quasi perfettamente orizzontali.
Ora consideriamo i due casi.
1) albero collegato al mare. In questo caso le superfici isopotenziali non hanno scelta, devono per forza distorcersi per passare sopra e per passarci devono "accalcarsi un po". Cerchiamo di fare qualche conto approssimato.
Le stesse superfici che prima passavano tra 0 e 100 metri, ora devono passare tra 20 e 100 metri; quindi nei primi 100 metri, il campo elettrico risultante aumenta un po', precisamente passa da 200MV/100m=2MV/m a 200MV/80m = 2.5 MV/m con un incremento del 22%. Forse un po' sovrastimato ma è effettivamente il noto effetto punte. Tenete presente che, secondo le mie ipotesi, al di sopra dei 100 m il campo elettrico non cambia.
2) albero non collegato al mare. Anche qui le superfici isopotenziali devono girare attorno ed "accalcarsi" ma possono passare anche sotto, tra l'albero e il mare; nessuno glie l'impedisce. Supponiamo che il passaggio sia alto 1 metro, come le facciamo passare? Prima ipotesi poco realistica ma che da un'idea: tutte le superfici isopotenziali che passavano tra 0 e 1 m prima di mettere l'albero continuano indisturbate orizzontali mentre tutte le altre tra 1 m e 100 m sono distorte come nel caso sopra. Il calcolo dei due campi elettrici risultanti è ovvio e si vede che, se la distanza della base dell'albero dal livello del mare è di questi ordini di grandezza, NEL QUADRO GENERALE non ci sono variazioni di rilevo rispetto al caso dell'albero collegato a terra.
Seconda ipotesi, più realistica: una parte maggiore di superfici isopotenziali è costretta a passare sotto, diciamo tutte quelle comprese tra 0m e 2m.
Anche in questo caso i conti sono piuttosto semplici e si vede che il campo elettrico raddoppia sotto l'albero e diminuisce leggermente al di sopra.
Si possono fare i vari sotto-casi ma si può senz'altro dire che quello che il campo elettrico guadagna da una parte lo perde dall'altra; IN MEDIA rimane uguale anche se la mia impressione, in base ai ragionamenti che ho appena descritto e non avevo mai fatto prima, è che non collegare l'albero a terra potrebbe in certi casi addirittura peggiorare in maniera grave la situazione nella parte sotto l'albero.
Probabilmente a questo punto mi sono già perso il 99% dei lettori (o degli studenti?) quindi faccio bene a chiudere. Ci rivediamo in classe, che è meglio...
Daniele