PROSES TERJADINYA PETIR

Petir adalah salah satu kejadian alam yang sangat indah. Petir juga merupakan fenomena alam akan ancaman kematian bagi manusia. Dengan temperatur sambaran melebihi panas permukaan matahari dan kekuatan benturan yang menyebar ke segala arah, petir merupakan pelajaran kejadian fisik ilmiah.

Dibalik keindahan dan kekuatannya, petir menimbulkan satu misteri besar.

Bagaimana petir terjadi?

Sudah menjadi pengetahuan umum bahwa petir terjadi dikarenakan system charge electric badai. Tetapi metode terjadinya charging di awan masih sangat buram. Pada artikel ini, kami akan membawa anda memandang dari luar dan dalam sehingga anda mengerti fenomena ini. sambaran petir terjadi di awali dengan proses yang tidak terlalu misterius: siklus air. Untuk memahami secara menyeluruh bagaimana siklus air berjalan, kita harus mengerti prinsip dari evaporasi dan kondensasi.

Evaporasi adalah proses dimana air akan menyerap panas dan akan memuai dalam bentuk gas. Saat molekul air terbebas maka pemuaian akan terjadi dan naik menuju atmosfir.

Kondensasi adalah proses dimana pemuaian dan gas kehilangan panas dan akan berubah bentuk menjadi cair. Saat pemuaian dan gas naik ke tempat lebih tinggi , temperature udara lingkungan sekitar akan semakin turun menyebabkan terjadinya proses kondensasi dan kembali ke bentuk cair.

1. Matahari memanaskan lautan
2. Air laut ber-evaporasi dan naik ke udara
3. Air yang memuai mengalami penurunan suhu dan berkondensasi membentuk droplet (butiran air) , membentuk awan.
4. apabila proses kondensasi air tercukupi, akan jatuh dengan deras ke tanah sebagai hujan dan salju
5. hujan akan terendap sebagai air resapan. Yang lainnya akan mengalir melewati sungai kembali ke laut

BADAI LISTRIK

 

Pada badai listrik, awan teraliri listrik seperti kapasitor raksasa di langit. Bagian atas awan bermuatan positif dan bagian bawah negatif. Bagaimana awan terbentuk perbedaan muatan seperti ini masih tidak di yakini oleh komunitas peneliti, tetapi penggambaran ini memberikan keterangan kepada kita.

Pada proses siklus air, kelembapan bisa terakumulasi di atmosfir.Akumulasi ini kita lihat sebagai awan. Menariknya awan bisa terdiri dari jutaan droplet air dan es beku di udara. Selama proses evaporasi dan kondensasi terus berlangsung , droplet (butiran air) berbenturan dengan Awan lain yang sedang dalam proses kondensasi yang menuju keatas. Hal penting terjadinya dalam benturan ini adalah electron terjatuh. Electron baru yang jatuh terkumpul pada bagian bawah, memberikan muatan negatif. Awan yang naik yang baru saja kehilangan electron membawa muatan positif ke bagian atas.

Pembekuan memegang peran penting. Dengan menaiknya kelembapan dan mengalami proses pembekuan di awan bagian atas, bagian beku tersebut menjadi muatan negatif dan bagian yang tidak membeku bermuatan positif. Pada titik ini, udaranya yang naik mempunyai kemampuan untuk membawa muatan positif ke awan bagian atas. Bagian beku lainnya akan terjatuh kebagian awan terbawah atau menuju ke tanah. Dengan terjadinya kombinasi antara proses benturan dan pembekuan, kita bisa mengerti bagaimana bisa terjadi perbedaan muatan yang sangat besar yang mengakibatkan terjadinya sambaran petir.

Ketika terjadi perbedaan muatan yang besar di awan, maka akan terjadi pula area listrik. Seperti awan , area listrik pada bagian bawah bermuatan negatif dan bagian atas bermuatan positif. Kekuatan dan intensitas dari area listrik berhubungan langsung dengan jumlah muatan yang terbentuk di awan. Bersamaan dengan proses benturan dan pembekuan terjadi ,dan perbedaan muatan pada bagian atas dan bawah terus meningkat. Area listrik ini semakin lama semakin menguat, sangat menguat sehingga electron pada permukaan bumi terpukul lebih dalam ke bumi oleh muatan negatif pada bagian bawah awan.

Proses repulsi electron ini menyebabkan permukaan bumi membutuhkan muatan positif yang sangat kuat. Semua yang dibutuhkan sekarang adalah jalur konduksi bagian bawah awan yang negatif untuk kontak dengan permukaan bumi yang bermuatan positif. Area listrik yang kuat bisa membentuk jalur ini sendiri

IONISASI UDARA

Area listrik yang sangat kuat menyebabkan udara disekitar awan “ terpecah”. Bisa dikatakan udara yang “terpecah” membetuk jalur sirkuit pendek awan-bumi seolah ada jalur logam yang panjang yang menghubungkan awan dan bumi.

Beginilah cara “ terpecah” dijelaskan : Ketika ada area listrik yang sangat kuat terjadi ( 10.000 volt/inch), kondisi akan “matang” sehingga udara akan terpecah. Area listrik menyebabkan udara sekitar terpisah muatan ion positif dan electron – udara terionisasi.

Selalu diingat ionisasi bukan berarti bahwa terjadi lebih banyak ion negatif atau lebih banyak ion positif dibanding sebelumnya.Ionisasi ini berarti bahwa electron dan ion positif terpisah sangat jauh dibanding bentuk molekul sebelumnya atau bentuk struktur atomic. Intinya electron electron telah terbongkar dari struktur molekuler dari udara yang tidak terionisasi.

Pentingnya dari proses pemisahan/pembongkaran adalah electron bebas bergerak lebih mudah dibanding sebelum terjadinya pemisahan. Jadi udara yang terionisasi ( dikenal sebagai plasma) lebih konduktif dibanding dengan udara yang tidak terionisasi.Secara tidak sengaja kemampuan atau kebebasan electron untuk bergerak membuat benda apapun sebagai konduktor listrik yang baik. Sering kali, logam dijadikan referensi sebagai inti atom positif yang dikelilingi oleh cairan menyerupai electron. Itu yang membuat logam sebagai konduktor listrik yang baik.

Electron ini mempunyai mobilitas luar biasa, membiarkan arus electron untuk mengalir. Udara yang terionisasi menciptakan plasma dengan daya konduktivitas menyerupai logam. Plasma adalah alat natural yang digunakan untuk menetralkan muatan yang terpisah di area listrik. Bagi anda yang familiar dengan reaksi kimia api akan menyebutnya sebagai proses oksidasi. Oksidasi adalah proses dimana atom atau molekuler kehilangan electron ketika terurai oksigen. Dengan perbandingan kita bisa melihat proses ionisasi sebagai proses “ jalur terbakar” menembus udara sehingga petir dapat mengikuti jalurnya. Seperti menggali terowongan melewati gunung sehingga kereta dapat dilalui.

STEP LEADER PATTERN

Ketika proses ionisasi mulai terjadi dan plasma tebentuk, jalur tidak terbentuk secara instant. Kenyataanya akan terjadi banyak jalur terpisah berbentuk seperti akar dari awan. Jalur  ini menyerupai anak tangga.Anak tangga ini menyebar ke bumi dalam tahapan, yang tidak harus membentuk garis lurus ke bumi. Udara tidak terionisasi sama rata di segala arah.

Debu atau kotoran ( objek apapun) diudara akan menyebabkan udara terpecah lebih mudah dalam satu arah, membuat kesempatan lebih mudah bagi “Step Leader” mengenai  bumi lebih cepat. Juga bahwa bentuk area listrik akan sangat mempengaruhi jalur ionisasi. Bentuk ini tergantung dari lokasi partikel, dimana pada kasus ini terletak di bagian bawah dari awan dan permukaan bumi. Apabila awan terjadi parallel dengan permukaan bumi, dan area nya kecil  dimana lekukan bumi dapat diabaikan, dua lokasi akan bertindak seperti dua lempengan yang parallel.

Flux line selalu berpencar dalam garis lurus dari area sumber sebelum menuju ke tujuan ( daerah berlawanan dari lokasi sumber). Dengan pengetahuan ini, kita bisa katakana bahwa apabila bagian bawah dari awan tidak rata, maka flux line tidak terbentuk.

Mengingat kemungkinan ini, semakin jelas bahwa banyak factor yang mempengaruhi arah Step Leader. Kita berpikir bahwa jarak terdekat antara dua titik akan membentuk garis lurus; tapi pada kasus area listrik, flux lines mungkin tidak mengikuti jarak terdekat tersebut, dimana jarak terdekat tidak selalu menggambarkan jalur dengan sedikit resisten.

Jadi kita sekarang mengetahui awan yang mengandung listrik dan membentuk step leaders menyambar keluar dalam beberapa tahap.  Leaders ini sedikit berwarna keunguan yang teriluminasi menyala dan  menyebar ke leaders lain di beberapa area  dimana leaders utama berbelok atau berputar. Pada saat dimulai leader akan dalam bentuk  tetap sampai arus mengalir , tanpa memperhatikan apakah leader menyentuh tanah lebih dulu atau tidak. Pada dasarnya leader mempunyai dua kemungkinan : tetap berkembang pada tahap perkembangan plasma atau menunggu dengan sabar pada bentuk plasma sampai leaders lainnya mencapai sasaran.

Leader yang mencapai bumi lebih dahulu menyalurkan jalur konduktif antara awan dan bumi. Leader ini  bukanlah sambaran petir. Ini merupakan  jalur dimana sambaran petir akan mengikutinya. Sambaran petir  mendadak, besar , mengalirkan arus listrik yang bergerak dari awan menuju bumi.

STREAMER POSITIVE 

 

Ketika step leaders mendekati bumi, objek pada permukaan bumi akan mulai merespon adanya area listrik yang kuat. Objek-objek menggapai awan dengan” mengembangkan” streamer positif . streamer ini memiliki warna keunguan dan tampil menyolok dengan tepi yang tajam.

Tubuh manusia bisa  menghasilkan  streamer positif  ketika menjadi subjek di area listrik. Sebenarnya apapun pada permukaan bumi memiliki daya potensial untuk menjadi streamer. Ketika dihasilkan, streamer tidak berlanjut berkembang menuju awan, menjadi penghubung antara jarak yang terpisah merupakan tugas step leader ketika step leader menuju kebawah secara bertahap.  Streamer menunggu dengan sabar, meluas ketika leaders mulai mendekat.

Hal yang terjadi kemudian adalah pertemuan step leader dan streamer. Seperti yang dibahas pada bagian awal. Streamer yang digapai oleh step leader tidak harus streamer terdekat dari awan. Sangat umum untuk petir menyambar tanah walapun disana terdapat pepohonan  atau penangkal petir atau objek tinggi  yang terletak dekat. Fakta bahwa step leader tidak memilih jalur  lurus memungkinkan hal ini terjadi.

Setelah step leader dan streamer bertemu, Dengan jalur  terbentuk lengkap , arus mengalir antara bumi dan awan.Peyaluran aliran merupakan jalan alamiah untuk menetralkan perbedaan potensial yang terjadi.  Kilat yang kita lihat ketika penghentian aliran terjadi bukan merupakan sambaran—ini merupakan efek local dari sambaran. Saat adanya arus aliran listrik, maka akan  terjadi suhu panas . dikarenakan jumlah sambaran petir yang sangat banyak, maka juga akan terjadi suhu panas yang tinggi. Faktanya ledakan petir suhu nya  lebih panas daripada  suhu permukaan matahari. Panas ini sebenarnya adalah penyebab kilatan warna putih-biru  yang terlihat.

Ketika leader dan streamer bertemu dan arus mengalir ( sambaran petir), udara disekitarnya menjadi sangat panas. Sangat panas sehingga kenyataannya meledak karena panas  menyebabkan udara lebih cepat memuai. Ledakan akan segera diikuti  oleh apa yang kita kenal dengan guntur (thunder). Guntur merupakan gelombang kejut memancar menyebar dari jalur sambaran. Ketika udara suhunya meningkat. Maka akan meluas secara cepat, menciptakan gelombang kompresi  menyebar ke udara sekitar. Gelombang kompresi ini terjadi dalam bentuk gelombang suara. Yang bukan berarti bahwa guntur ini tidak berbahaya.




SAMBARAN BERLANJUT

 

Ketika anda duduk berada didalam mobil dan anda melihat kilatan cahaya dari petir.  Hal pertama yang anda perhatikan bahwa terdapat banyak cabang kilatan yang muncul bersamaan dengan kilatan utama. Kemudian anda akan memperhatikan kilatan kilatan beberapa kali. Cabang yang anda lihat sebenarnya merupakan step leaders yang saling  berhubungan  yang berhasil mencapai sasaran.

Ketika sambaran pertama terjadi, aliran arus yang ada merupakan usaha untuk menetralisir perbedaan potensial listrik yang ada. Hal ini menyatakan bahwa arus listrik yang ada berhubungan dengan energi yang ada pada leaders lain mengalir ke tanah. Electron electron pada leaders lain terbebaskan bergerak menuju jalur sambaran. Jadi ketika sambaran petir terjadi, step leaders yang lain  menunjukan gambaran karakteristik sambaran  seperti jalur yang aseli.  Setelah sambaran petir yang aseli terjadi, biasanya diikuti oleh beberapa seri sambaran kedua. Sambaran-sambaran ini hanya mengikuti jalur  utama dari sambaran; step leader yang lain tidak berpartisipasi pada kejadian ini.

Pada kejadian alam, yang kita lihat biasanya tidak seperti apa yang terjadi sebenarnya, dalam kasus ini contohnya sambaran kedua. Sangat memungkinkan sambaran utama diikuti oleh 30-40 sambaran kedua. Tergantung rentang waktu antara sambaran, yang kita lihat seperti satu durasi yang lama pada sambaran utama, atau sambaran utama diikuti oleh sambaran sambaran pada jalur utama . Kondisi ini mudah dimengerti apabila kita menyadari bahwa sambaran kedua bisa terjadi pada saat kilat dari sambaran utama terjadi dalm waktu yang lebih lama seharusnya.

Dengan bukti yang sama, sambaran kedua bisa terjadi setelah kilat dari sambaran utama selesai, sambaran utama akan terlihat berkalp-kelip. Sekarang kita mengetahui  proses terjadinya sambaran petir. Sangat mengagumkan bagaimana semau prose situ terjadi, dari awal ionisasi terjadi sampai terjadinya sambaran petir, yang terjadi dalam bilangan detik.

TYPE SAMBARAN