Κεραυνοπληξία

Ο κεραυνός είναι ένα ακραίο παράδειγμα ηλεκτροστατικής εκκένωσης. Πρόκειται ουσιαστικά για ένα μεγάλο ρεύμα (> 30 kA) μονής κατεύθυνσης που διαρκεί από 1/1000 έως 1/10 του δευτερολέπτου. Οφείλεται στη δημιουργία ηλεκτρικού πεδίου στην ατμόσφαιρα από τάσεις που συχνά ξεπερνάνε τα 10 MV.


Το ηλεκτρικό τόξο του κεραυνού δημιουργεί εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες (> 20.000 °C ή πενταπλάσια θερμοκρασία από του ήλιου). Έτσι, προκαλείται συμπίεση και γρήγορη εκτόνωση του αέρα που δημιουργεί κρουστικό ηχητικό κύμα. Ανάλογα με τον τρόπο που πλήττεται το θύμα διακρίνομε τρεις κατηγορίες κεραυνοπληξίας

Η αστραπή είναι μια φυσική τρισδιάστατη φιγούρα Lichtenberg


Άμεσο χτύπημα: ο κεραυνός χτυπάει απευθείας το θύμα, εισέρχεται συνήθως από το κεφάλι και φεύγει από τα πόδια διασχίζοντας το σώμα. Η πιο θανατηφόρα μορφή. Το 80% των θυμάτων καταλήγουν. Ευτυχώς, τα άμεσα χτυπήματα είναι συνήθως σπάνια.


Έμμεσο χτύπημα: όταν ο κεραυνός χτυπάει πρώτα ένα άλλο αντικείμενο και μεταπηδάει κατόπιν στο θύμα. Έχει καλύτερη πρόγνωση από το άμεσο χτύπημα.


Χτύπημα εδάφους: όταν ο κεραυνός χτυπάει το έδαφος (άμεσα ή έμμεσα) πλησίον του θύματος. Σε αυτήν την περίπτωση αν υπάρχει διαφορά δυναμικού μεταξύ των ποδιών του θύματος (step voltage) το ρεύμα εισέρχεται από το ένα πόδι και βγαίνει από το άλλο. Ιδιαίτερα θανατηφόρο για τα μεγάλα τετράποδα ζώα επειδή τα μπροστινά πόδια τους απέχουν αρκετά από τα πίσω.




Η κυριότερη διαφορά ανάμεσα στην κεραυνοπληξία και την ηλεκτροπληξία από υψηλή τάση είναι η διάρκεια της έκθεσης στο ρεύμα. Λόγω της πολύ σύντομης διάρκειας, η κεραυνοπληξία κατά κανόνα δεν προκαλεί σοβαρά εγκαύματα ή εσωτερική ιστική καταστροφή.


Οι πιθανότητες να χτυπηθούν οι άνθρωποι από αστραπές σε ένα δεδομένο έτος είναι περίπου 1 στα 300.000. Και οι περισσότεροι που σώθηκαν είχαν στο δέρμα τους ένα σχήμα παρόμοιο με τατουάζ, γνωστό ως φιγούρα Lichtenberg.


Όταν αυτή η ποσότητα ενέργειας εισέρχεται στο σώμα, βραχυκυκλώνει τα μικρά ηλεκτρικά σήματα που διατρέχουν την καρδιά, τους πνεύμονες και το νευρικό σύστημα. Και αυτό μπορεί να οδηγήσει σε καρδιακή ανακοπή, κρίσεις, εγκεφαλική βλάβη, βλάβη του νωτιαίου μυελού και αμνησία. Επίσης, η απότομη άνοδος της θερμότητας, του φωτός και του ηλεκτρισμού μπορεί επίσης να βλάψει τα μάτια.


Δυστυχώς για τους άνδρες, ο αστραπή μπορεί επίσης να προκαλέσει ανικανότητα και γενικά να μειώσει τη γενετήσια ορμή.



Επιφανειακά εγκαύματα σχήματος Lichtenberg σαν τατουάζ σε θύμα κεραυνοπληξίας που έζησε. Δεν είναι σοβαρά αλλά αποτελούν χαρακτηριστικό διαγνωστικό σημείο της κεραυνοπληξίας. Πιθανότατα οφείλονται στην καταστροφή τριχοειδών αγγείων του δέρματος από τη διέλευση του ρεύματος


Η κεραυνοπληξία συνήθως προκαλεί επιφανειακά εγκαύματα σε διάφορα σχήματα σαν τατουάζ που λέγονται Lichtenberg από τον Γερμανό φυσικό που τα ανακάλυψε. Η συνηθέστερη αιτία θανάτου για τα θύματα του κεραυνού είναι η καρδιοαναπνευστική ανακοπή. Σε πολλές περιπτώσεις η καρδιά επανέρχεται από μόνη της, αλλά η αναπνευστική παύση λόγω του σπασμού των θωρακικών μυών και της καταστολής του αναπνευστικού κέντρου μπορεί να συνεχιστεί και μετά την αυθόρμητη αποκατάσταση της κυκλοφορίας του αίματος. Σε αυτήν την περίπτωση, εκτός κι αν η αναπνοή υποστηριχτεί τεχνητά, αναπτύσσεται δευτερογενής καρδιακή ανακοπή λόγω υποξίας. Άτομα που δεν παθαίνουν άμεσα ανακοπή, σπάνια καταλήγουν.

Γενικά, τα θύματα κεραυνοπληξίας έχουν καλές πιθανότητες επιβίωσης, αλλά η πιθανότητα για μόνιμες, κυρίως νευρολογικές βλάβες είναι πολύ αυξημένη. Έτσι, η νοσηρότητα στα άτομα που επιζούν φτάνει το 70% γιατί πλήττεται ο εγκέφαλος, το ΑΝΣ και τα περιφερικά νεύρα. Μηχανικές κακώσεις μπορεί να συμβούν αφού το ωστικό κύμα που δημιουργεί ο κεραυνός μπορεί να πετάξει το θύμα σε αρκετή απόσταση. Περίπου τα 2/3 των θυμάτων που χτυπήθηκαν από κεραυνό είχαν υποστεί και ρήξη τυμπάνων.

Τα σχήματα Lichtenberg ονομάζονται έτσι από τον Γερμανό φυσικό Georg Christoph Lichtenberg , ο οποίος πρώτος τα ανακάλυψε και τα μελέτησε. Όταν ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά, θεωρήθηκε ότι τα χαρακτηριστικά τους σχήματα θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην αποκάλυψη της φύσης των θετικών και αρνητικών ηλεκτρικών «υγρών». Το 1777, ο Lichtenberg δημιούργησε έναν μεγάλο ηλεκτροφόρο αγωγό για να παράγει στατικό ηλεκτρισμό υψηλής τάσης μέσω επαγωγής. Μετά την εκφόρτωση ενός σημείου υψηλής τάσης στην επιφάνεια ενός μονωτή, κατέγραψε τα προκύπτοντα ακτινικά σχέδια με το ψεκασμό διαφόρων κονιοποιημένων υλικών επάνω στην επιφάνεια. Πατώντας τότε κενά φύλλα χαρτιού σε αυτά τα μοτίβα, ο Lichtenberg κατάφερε να μεταφέρει και να καταγράψει αυτές τις εικόνες, ανακαλύπτοντας έτσι τη βασική αρχή της σύγχρονης ξηρογραφίας .

Αυτή η ανακάλυψη ήταν επίσης ο πρόδρομος της σύγχρονης επιστήμης της φυσικής του πλάσματος . Αν και ο Lichtenberg μελέτησε μόνο δισδιάστατα (2D) στοιχεία, οι σύγχρονοι ερευνητές υψηλής τάσης μελετούν μορφές 2D και 3D ( ηλεκτρική δένδρωση) πάνω και μέσα σε μονωτικά υλικά. Τα στοιχεία Lichtenberg είναι τώρα γνωστά και ως παραδείγματα fractals .

http://physics4u.gr/blog/2019/02/13/%ce%ba%ce%b5%cf%81%ce%b1%cf%85%ce%bd%ce%bf%cf%80%ce%bb%ce%b7%ce%be%ce%af%ce%b1/