12.1-Lightning

12.1-Lightning Important Formulae

You are currently studying
Grade 8 → Science → Some Natural Phenomena → 12.1-Lightning

12.1 - Lightning
  • Lightning is a sudden, electrostatic discharge that occurs during thunderstorms.
  • It is caused by the accumulation of electrical charges in clouds, creating a potential difference.
  • Positive charges accumulate at the top of the cloud, and negative charges at the bottom.
  • The discharge occurs when the potential difference between the cloud and the ground becomes large enough.
  • Lightning is often accompanied by thunder, which is the sound caused by the rapid expansion of air due to the heat from the lightning strike.
  • Formula for electric field strength: $E = \frac{V}{d}$, where $V$ is the potential difference and $d$ is the distance between the charges.
  • Lightning can cause fires, damage buildings, and even result in injuries or death.

12.1 - Lightning

Lightning is a natural phenomenon that occurs due to the discharge of static electricity in the atmosphere. It is a sudden and powerful electrostatic discharge between two electrically charged regions, typically occurring between clouds or between a cloud and the Earth's surface.

Lightning is caused by the separation of electric charges within clouds. During a thunderstorm, rising warm air carries water droplets or ice crystals upward, while falling cool air brings down water vapor. This leads to the accumulation of positive charges at the top of the cloud and negative charges at the bottom. The Earth's surface also gets positively charged in response to the negative charge at the cloud's bottom.

As the separation of charges increases, the electric field strength between the cloud and the ground or within the cloud itself increases. When the electric field strength exceeds the insulating power of air, a discharge occurs, which is lightning. This discharge can occur in different forms, such as cloud-to-cloud, cloud-to-ground, or within a single cloud.

There are mainly three types of lightning:

  • Cloud-to-ground lightning: This is the most common type of lightning where a discharge occurs between the cloud and the ground. The lightning bolt travels from the negatively charged lower part of the cloud to the positively charged surface of the Earth.
  • Cloud-to-cloud lightning: This type of lightning occurs between two clouds, typically between the positively charged upper regions of one cloud and the negatively charged lower regions of another cloud.
  • Intra-cloud lightning: This occurs within a single cloud, between the positive and negative regions of the cloud itself.

The electric discharge of lightning heats the surrounding air to around 30,000°C, which is five times hotter than the surface of the sun. This rapid heating of the air causes it to expand explosively, creating a shock wave that we hear as thunder.

Key Terms and Concepts:

  • Lightning Strike: The actual discharge of electrical energy from the cloud to the ground or between clouds.
  • Thunder: The sound caused by the sudden expansion of heated air during a lightning strike.
  • Electric Field: A region around a charged object where a force would be exerted on other charged objects.
  • Static Electricity: The buildup of electric charges on the surface of objects, typically due to friction.

Formula:

Lightning is often associated with the movement of electric charges and can be described in terms of the electric field $E$ between two charged objects. The strength of the electric field is given by the formula:

Electric Field: $E = \frac{F}{q}$

where $E$ is the electric field, $F$ is the force acting on a charge, and $q$ is the magnitude of the charge.

During a lightning strike, the high voltage between the charged regions of the cloud and the Earth's surface causes a breakdown of air's insulating properties, resulting in a sudden discharge. The energy released in the form of light (lightning) and sound (thunder) can be immense.

Effects of Lightning:

  • Lightning can cause fires, power surges, and damage to electrical equipment.
  • It can also cause injuries and fatalities, especially when it strikes people or animals.
  • It plays a role in nitrogen fixation in the soil by converting nitrogen in the atmosphere into a usable form for plants.

Lightning is an important aspect of the Earth's natural processes and plays a role in maintaining the balance of the Earth's atmosphere. However, it also presents dangers, and it is important to follow safety precautions during thunderstorms.


Mathias Krumbholz, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

12.1-Lightning

आकाशीय बिजली (Lightning) एक प्राकृतिक विद्युत घटना है जो आकाश में गड़गड़ाहट और चमक के रूप में प्रकट होती है। यह प्रक्रिया तब होती है जब बादलों में चार्ज (Charge) का निर्माण होता है और एक विद्युत डिस्चार्ज (Electric Discharge) होता है।

चार्ज का निर्माण:

बादल छोटे-छोटे पानी की बूंदों और बर्फ के कणों से बने होते हैं। जब ये कण एक-दूसरे से टकराते हैं, तो घर्षण (Friction) के कारण चार्ज उत्पन्न होता है।

  • ऊपरी भाग में धनात्मक चार्ज ($+q$) और निचले भाग में ऋणात्मक चार्ज ($-q$) जमा हो जाता है।
  • धरती की सतह पर धनात्मक चार्ज उत्पन्न हो जाता है।

विद्युत डिस्चार्ज:

जब बादलों के अंदर चार्ज का अंतर बहुत अधिक बढ़ जाता है, तो ऋणात्मक और धनात्मक चार्ज के बीच एक तीव्र विद्युत धारा (Electric Current) बहती है। इसे विद्युत डिस्चार्ज कहते हैं।

यह डिस्चार्ज वायुमंडल में गर्मी उत्पन्न करता है, जिससे चमक और गड़गड़ाहट होती है।

चमक और ध्वनि का कारण:

  • बिजली की चमक इलेक्ट्रॉनों की तीव्र गति से उत्पन्न ऊर्जा है।
  • गड़गड़ाहट (Thunder) हवा के तेजी से गर्म और ठंडा होने से उत्पन्न होती है।

बिजली की घटना के दौरान सावधानियाँ:

  • खुले स्थानों में खड़े न रहें।
  • धातु की वस्तुओं को छूने से बचें।
  • पेड़ों के नीचे आश्रय न लें।
  • पानी के संपर्क से दूर रहें।

विद्युत आकर्षण और ग्राउंडिंग (Grounding):

बादलों में उत्पन्न चार्ज धरती पर वस्तुओं को आकर्षित करता है। जब विद्युत डिस्चार्ज होता है, तो यह जमीन की ओर प्रवाहित होता है। इसे ग्राउंडिंग कहते हैं।

ग्राउंडिंग से वोल्टेज का संतुलन बनता है और बिजली का प्रभाव कम होता है।

लाइटनिंग रॉड (Lightning Rod):

लाइटनिंग रॉड एक धातु की छड़ होती है, जो ऊँची इमारतों के ऊपर लगाई जाती है।

  • यह बिजली को जमीन तक सुरक्षित तरीके से पहुँचाने में मदद करता है।
  • लाइटनिंग रॉड के कारण इमारत को क्षति से बचाया जा सकता है।

विद्युत धारा का सूत्र:

विद्युत धारा ($I$) का सूत्र है:

$ I = \frac{Q}{t} $

जहाँ, $I$ = विद्युत धारा (Ampere में), $Q$ = चार्ज (Coulomb में), और $t$ = समय (Second में)।