jubileumdocument titel: Adri s laatste h* verhaal blz. 1 / 11

Transcriptie

1 jubileumdocument titel: Adri s laatste h* verhaal blz. 1 / 11

2 jubileumdocument titel: Adri s laatste h* verhaal blz. 2 / 11

3 jubileumdocument titel: Adri s laatste h* verhaal blz. 3 / 11 Het verhaal dat Adri gepland had voor h* te houden had hij eerder verteld voor de vereniging Probus 1. Op de uitgetypte tekst van die Probuslezing heeft de h*-jubileumdocumentcommissie de hand weten te leggen. De uitgetypte tekst hebben we gedigitaliseerd. Om de leesbaarheid te bevorderen hebben we daarna lay-out en lettertype aangepast en hier en daar enkele spellingcorrecties toegepast. Overigens is de tekst, die u hierna aantreft, de letterlijke tekst van de oorspronkelijke Probuslezing van Adri Verhoeven. De h*-jubileumdocumentcommissie 1 Probus is een acroniem van Professional and Bussiness. De leden van een Probus-club hebben een maatschappelijke functie vervuld en hechten waarde -ieder vanuit een persoonlijke, intellectuele en maatschappelijke achtergrond- aan het regelmatig ontmoeten van elkaar. Voor meer informatie klik op deze link.

4 jubileumdocument titel: Adri s laatste h* verhaal blz. 4 / 11 PROBUSLEZING door ADRI VERHOEVEN d.d. 12 oktober 1992 WEER & ONWEER 1. INLEIDING - In deze lezing zullen we ons bezighouden met de volgende natuurverschijnselen in de dampkring: a. luchtdruk b. wind c. vochtigheid d. warmte e. elektrische lading - Deze verschijnselen bepalen ons weer en we kunnen ze gewaar worden met de betreffende functies van ons lichaam. Buiten onze dampkring ontbreken enkele van deze verschijnselen en dus is daar geen weer. - De getallen die we gebruiken zullen benaderde waarden zijn en de begrippen zo alledaags mogelijk. a. LUCHTDRUK De gemiddelde luchtdruk gemeten aan het aardoppervlak is 1 atmosfeer (= 1 kg/cm 2 = mbar = hectopascal = 76 cm kwikkolom = 10 m waterkolom) Bij opstijgende lucht is de luchtdruk iets lager, bij dalende iets hoger; de luchtdruk schommelt aldus met enkele procenten rondom 1 atmosfeer. Een gebied met lage luchtdruk heet ook wel depressie en heeft in zijn centrum een minimum, een gebied met hoge luchtdruk heeft in zijn centrum een maximum. Grote gebieden met lage luchtdruk bevinden zich aan de evenaar en bij de poolcirkels (zie figuur 1, blz. 9). Grote gebieden met hoge luchtdruk bevinden zich aan de keerkringen en bij de polen. De dampkring is aan de evenaar 18 km dik en aan de polen 8 km. b. WIND - Lucht stroomt van hogere naar lagere druk, dit noemen wij wind. Vanwege de aardrotatie heeft de luchtstroming op het noordelijk halfrond een afwijking naar rechts en op het zuidelijk halfrond naar links (Wet van Buys-Ballot) - Op het noordelijk halfrond waaien de winden spiraalsgewijs en tegen de klok in naar het depressieminimum toe (net als het wegstromend water in de wastafel) en ze waaien met de klok mee van het maximum af. - Vanaf de keerkringen naar de evenaar toe waaien de passaat winden (in enkele gebieden gaan deze over in moessons); tussen de keerkringen en de poolcirkels waaien westelijke winden; tussen de poolcirkels en de polen waaien oostelijke winden (zie figuur 1, blz. 9).

5 jubileumdocument titel: Adri s laatste h* verhaal blz. 5 / 11 Aan de rand van onze dampkring waaien de straalstromen die van west naar oost koersen met snelheden van 100 tot 300 km/uur, ze zijn 500 km breed en zitten op 6 tot 12 km hoogte. Als luchtmassa's van verschillende temperatuur op elkaar botsen ontstaan fronten, - een koudefront ontstaat als de koelere lucht de warmere lucht verdringt door er onder te schuiven en zo de warmere lucht op te tillen, het koudefront verplaatst zich met een snelheid van 40 km/uur. - bij een warmtefront schuift de warmere lucht over de koudere lucht en verplaatst zich langzamer dan een koudefront en wel met 20 km/uur. c. VOCHTIGHEID - De vaste, vloeibare en gasvormige fasen van water heten resp. ijs, water en waterdamp (NB wat de volksmond waterdamp noemt zijn fijne druppeltjes water in de lucht, zoals wasem, stoom en wolken, het echte waterdampgas is onzichtbaar). - Daar alle drie fasen in de lucht voorkomen, kijken we aan de hand van bijgaande grafiek hoe dit in elkaar zit, hiertoe gaan we uit van het begrip vochtigheid. - De ABSOLUTE VOCHTIGHEIDSGRAAD (afgekort AV) is het aantal grammen waterdamp per m 3 lucht (1 m 3 lucht weegt ongeveer 1 kg). - De hoeveelheid waterdamp die 1 m 3 lucht maximaal kan bevatten is afhankelijk van de temperatuur (en de luchtdruk, die we verder buiten beschouwing laten). - Het dauwpunt is de temperatuur, waarbij de aanwezige vochtige lucht gaat verzadigen en de waterdamp gaat condenseren. De dauwpuntlijn of verzadigingslijn is de grens tussen verzadigde en onverzadigde lucht. - De RELATIEVE VOCHTIGHEIDSGRAAD (afgekort RV) is het quotiënt van de aanwezige hoeveelheid waterdamp in de lucht en de hoeveelheid die zou verzadigen bij dezelfde temperatuur, uitgedrukt in procenten. - Bij RV = 100 % is de lucht dus verzadigd van waterdamp en start de vorming van wolken. - Stel we hebben in punt A een m 3 lucht met een RV van 50 % en een temperatuur van 20 C op 1 km hoogte. (Zie de figuur 2, blz. 10) * Als we deze m 3 op laten stijgen, bereikt hij in punt B (bij 10 C en 2 km hoog) de 100 % RV-lijn, de verzadigingslijn, waarbij de waterdamp gaat condenseren tot wolken. * Bij verdere stijging van de m 3 bereiken we in punt C de 0 C-lijn, m.a.w. de m 3 bereikt het vriespunt en er ontstaat sneeuwvorming. - Omgekeerd gaan bij daling van de lucht (hoge druk gebied) de wolken over in waterdamp en wordt de lucht helder. d. WARMTE - Van de zonnewarmte die richting aarde gaat wordt: 40% naar het heelal teruggekaatst 15% direct in de dampkring opgenomen 45% indirect via het aardoppervlak afgegeven aan de dampkring

6 jubileumdocument titel: Adri s laatste h* verhaal blz. 6 / 11 - Verdamping van water kost warmte, bij condensatie van waterdamp komt warmte vrij. - In heldere lucht neemt de temperatuur in de hoogte af met 10 C per km; in bewolkte lucht met 6 C per km, wegens de vrijkomende condensatiewarmte. - Dit verklaart waarom de valwind aan de lijzijde van een berg (Föhn) warmer is dan de wind aan de loefzijde. e. ELEKTRISCHE LADING - Het normale elektrische aardveld bedraagt in verticale richting 100 volt per meter, waarbij gemiddeld de aarde elektrisch negatief geladen is ten opzichte van de dampkring. - Elektrische stroom (uitgedrukt in ampères) is het transport van elektrische lading en vloeit van een hoger naar een lager elektrische spanningsvoltage, ofwel van een gebied met positieve naar een gebied met negatieve elektrische lading. 2. WEER - De ingrediënten druk, wind, vocht en warmte bepalen hoofdzakelijk ons weer. - Aangezien de landoppervlakten met hun grillige kustlijnen, bergen en dalen, hoogvlakten en laagvlakten, erg onregelmatig verdeeld zijn en de aarde om de zon waggelt zodat we dag en nacht, zomer en winter hebben en de maan zijn invloed op het weer uitoefent met eb en vloed, is er met name in onze streek veel variatie in het weer. - Onze lage- en hogedrukgebieden verplaatsen zich in het algemeen van westelijke naar oostelijke richtingen. - Wolken vormen zich als bloemkolen bij opstijgende lucht (cumuluswolken) of in lagen als rustige lucht wordt afgekoeld (stratuswolken). - De vele vormen van neerslag, zoals mist, motregen, regen, plensbui, sneeuw, korrelhagel, hagel, ijzel ontstaan als samenspel van zwaartekracht, thermiek, waterdruppelgrootte, temperatuur en stofdeeltjes in de lucht. - Een belangrijk mechanisme is de groei van kleine wasemdruppels van 0,01 mm tot regendruppels van meer dan 0,5 mm en van ijskristalletjes tot sneeuw en hagel. - Dauw en rijp zijn condensatie resp. bevriezing van wasem aan de grond (een appelboom wasemt liter water per jaar de lucht in). 3. ONWEER - Onweer is weer, waarbij ook het ingrediënt elektriciteit een rol speelt. - Een cumuluswolk die tot boven 8 km gaat klimmen gaat een "aambeeld" van ijskristallen vormen en wordt een onweerswolk, omdat dan neerwaartse stromingen gaan ontstaan in de vorm van regen, ijskristallen en hagelstenen, waarbij elektrische ladingsscheidingen gaan ontstaan. - Voor de elektrische ladingsscheidingen kunnen 3 mechanismen verantwoordelijk zijn: * Als onderkoelde waterdruppeltjes vastvriezen op de hagelstenen, splitsen zich ijssplinters af die positief geladen zijn (aambeeld vorming) waarbij de hagelstenen negatief worden.

7 jubileumdocument titel: Adri s laatste h* verhaal blz. 7 / 11 * Als ijsdeeltjes van verschillende temperatuur elkaar raken worden de koudste positief geladen, de minderkoude negatief. * Als een waterdruppel uit elkaar wordt geblazen worden de kleinste druppeltjes negatief en de grootste positief. - Daar waar de lucht het snelst opstijgt in de onweerswolk, valt de regen en daar wordt de onderkant van de wolk een positief geladen gebied. (Zie figuur 3, blz. 11) - De negatief geladen deeltjes in de wolk worden aangetrokken door het positieve gebied en ze dringen daar op een lawineachtige wijze in door, omdat de negatief geladen deeltjes een grotere snelheid hebben dan de positief geladen deeltjes; in de wolk beginnen zich de eerste bliksemontladingen (weerlicht) te vertonen. - Daar, waar de negatieve "lawines'' de onderkant van de wolk bereiken, ontstaat, in stapjes van ongeveer 50 meter lengte, de trapsgewijze voorslag naar de aarde en vormt aldus een geleidend kanaal, waarin, als dit de aarde bereikt, de hoofdslag plaatsvindt; daarna komen er nog een aantal naontladingen; dit ervaren wij als bliksem. - Jaarlijks worden bliksemflitsen in Nederland geregistreerd. - We onderscheiden warmteonweren en frontonweren. * Warmteonweren zijn vrij lokaal en ontstaan in hogedrukgebieden bij een flinke verwarming van het landoppervlak en voldoende luchtvochtigheid, dus meestal na de middag en in de zomer. * Frontonweren ontstaan het gehele jaar door, vooral in de kustgebieden en trekken in een breed front met windkracht 5 tot 9 over ons land 4. NOODWEER - Orkaan = extreme wind, windkracht 12, meer dan 120 km/uur. - Wolkbreuk = extreme regenval gedurende korte tijd. - Hagelstorm = extreme hagelbui (duiveneieren, tennisballen). - Tornado = windhoos = wervelwind die vanuit de wolken als een vernietigende slurf over het land trekt met een zuigsnelheid van 300 km/uur en een rotatiesnelheid van 500 km/uur. - Tyfoon = hurricane = tropische cycloon. Het oog heeft 30 km doorsnee en is windstil; totale doorsnede is 500 km en reikt 20 km hoog; de rotatiesnelheid is 250 km/uur. De bliksem Wat zich in de vonkenbaan van een elektriseermachine op kleine schaal voordoet, heeft in het groot plaats bij de bliksem. Ook aan de studie hiervan is in de laatste jaren veel aandacht besteed. Zo heeft Schonland in Zuid -Afrika met een draaiende camera, de zgn. Boys- camera, de verschillende stadia van het verschijnsel naast elkaar op de fotografische plaat kunnen vastleggen. Daarbij bleek dat een bliksem-inslag bestaat uit een aantal afzonderlijke inslagen (1-27), die in tijdsafstanden van 0,001-0,5 seconden op elkaar volgen. De eerste ontlading wordt voorafgegaan door een vóórontlading ( stepped leader ), die bestaat uit opeenvolgende deelontladingen over korte afstand vanuit een negatief geladen wolk in de richting van de aarde. De totale duur hiervan is van de

8 jubileumdocument titel: Adri s laatste h* verhaal blz. 8 / 11 orde van 0,01 seconde. Wanneer deze keten van vóór-ontladingen de aarde bereikt heeft, is het geleidende kanaal gevormd, waardoor zich de eigenlijke bliksem in enkele malen 10-5 seconden een weg baant van de aarde naar de wolken*). Daarna kan het verschijnsel zich langs dezelfde baan herhalen, waarbij echter telkens eerst weer een voorontlading van ca seconden de weg voor de grote bliksemstroom moet voorbereiden. Deze latere voorontladingen ( dart leader ) hebben nu echter niet meer het karakter van achtereenvolgende deel-ontladingen over korte afstand. De tijd Fig. 4. Schematische voorstelling van de verschijnselen bij een serie bliksemontladingen volgens Schonland. De hoofdontladingen (dikke lijnen), die zich voortplanten van de aarde (positief) naar een wolk (negatief), worden voorafgegaan door een stepped leader van de wolk naar de aarde (eerste maal) of een dart leader (volgende malen) tussen de bliksemstralen is bijv. van de orde van 0,01 seconde. In fig. 4 is een en ander schematisch voorgesteld. Oscillografisch heeft men het verschijnsel kunnen vervolgen met een kathodeoscillograaf, die verbonden was aan de bliksemafleider op het 375 m hoge Empire State Building te New York. In de jaren werden hier 68 blikseminslagen waargenomen. Daarbij vond men bijv. dat de stroomsterkte A en meer bedroeg, zoals trouwens ook reeds afgeleid was uit de magnetisatie van kleine magneetstaafjes, die in de buurt van een bliksemafleider waren opgesteld. Daar de tijdsduur echter zo kort is, bedraagt de in totaal overgaande lading slechts ongeveer 1 coulomb. De spanningen, die bij de bliksem optreden zijn van de orde van enkele miljoenen volt, en zo komt men tot de verrassende conclusie dat de optredende energie slechts de betrekkelijk geringe waarde van enkele kwh heeft. Sinds men o.a. voor splitsing van atoomkernen installaties heeft ontworpen voor spanningen van 1 miljoen volt en meer, is de gaping die er bestaat tussen de kunstmatige vonken en de bliksem een eindweegs overbrugd. Zo heeft Allibone vonkontladingen bij 10 6 volt met een draaiende camera onderzocht, en daarbij verschijnselen van vóór-ontladingen en dergelijke gevonden, die geheel overeenkomen met de bij de bliksem optredende. ) De elektronen bewegen zich natuurlijk hier in de richting van de aarde, maar de stroom is in het begin bij de aarde het grootste en ontwikkelt zich dan geleidelijk naar boven toe.

9 jubileumdocument titel: Adri s laatste h* verhaal blz. 9 / 11 Figuur 1: De verdeling van de luchtdruk over de aarde en de daarmee samenhangende luchtstomen