Het laatste verhaal van Adri

jubileumdocument 1963 – 2013
titel: Adri´s laatste h* verhaal
blz. 1 / 11
jubileumdocument 1963 – 2013
titel: Adri´s laatste h* verhaal
blz. 2 / 11
jubileumdocument 1963 – 2013
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.
jubileumdocument 1963 – 2013
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/cm2 = 1.000 mbar =
1.000 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).
jubileumdocument 1963 – 2013
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 m3 lucht
(1 m3 lucht weegt ongeveer 1 kg).
- De hoeveelheid waterdamp die 1 m3 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 m3 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 m3 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 m3 bereiken we in punt C de 0°C-lijn, m.a.w. de m3 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
jubileumdocument 1963 – 2013
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
8.000 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.
jubileumdocument 1963 – 2013
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 300.000 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 bliksem­inslag 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
jubileumdocument 1963 – 2013
titel: Adri´s laatste h* verhaal
blz. 8 / 11
orde van 0,01 seconde. Wanneer deze keten van vóór­ontladingen 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. 10 - 3 seconden de weg voor de
grote bliksemstroom moet voorbereiden. Deze latere voorontladingen (“dart leader”) hebben nu
echter niet meer het karakter van achtereenvolgende deel­ontladingen over korte afstand. De tijd
Fig. 4. Schematische voorstelling van de verschijnselen bij een serie bliksem­ ontladingen volgens Schonland. De hoofdontladingen (dikke lijnen), die zich voortplanten van de aarde (positief) naar een wolk (negatief), worden vooraf­ gegaan 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 1935 - 1937 werden hier 68 blikseminslagen waargenomen. Daarbij vond men bijv. dat de
stroomsterkte 10.000 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 106 volt met een draaiende camera
onderzocht, en daarbij verschijnselen van vóór­ontladingen 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.
jubileumdocument 1963 – 2013
titel: Adri´s laatste h* verhaal
blz. 9 / 11
Figuur 1: De verdeling van de luchtdruk over de aarde en de daarmee samenhangende luchtstomen
jubileumdocument 1963 – 2013
titel: Adri´s laatste h* verhaal
Figuur 2 Relatieve vochtigheid in de atmosfeer als functie van de hoogte
blz. 10 / 11
jubileumdocument 1963 – 2013
Figuur 3 Verdeling van elektrische lading in en wolk
titel: Adri´s laatste h* verhaal
blz. 11 / 11