Lyn og torden – Fysikleksikon - Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Fysikleksikon > L > Lyn

14. december 2012

Lyn og torden

Grundbeskrivelse

Lyn er kraftige elektriske udladninger mellem ladede områder i Jordens atmosfære. De opstår som følge af en massiv spændingsforskel mellem toppen og bunden af en tordensky og den derpå følgende ionisering af luftens molekyler. Udover at være et imponerende skue, er lyn naturens måde at udligne spændingsforskellen i de ladede regioner.

Et flot tordenvejr over Silkeborg, der både viser sky til sky og sky til jord lyn. (Jesper Grønne)

Der er 2 overordnede typer lynnedslag: Sky-sky og sky-jord. På verdensplan er der mere end en milliard lyn om året, hvoraf kun ca. en fjerdedel af dem er sky til jord. Langt størstedelen af dem vil forekomme mellem skyer indbyrdes.

Et lyn varer typisk kun et kvart sekund, og kan opnå temperaturer, der er ca. 6 gange solens overfladetemperatur (30.000 kelvin mod solens overfladetemperatur på 6000 kelvin). Ved dannelsen af lyn opvarmes luften omkring lynet derfor ekstremt hurtigt.
Faktisk så hurtigt og så voldsomt, at luften udvider sig eksplosivt.
Eksplosionen danner en chokbølge, der bryder lydmuren, hvilket medfører et højlydt brag (torden).

Lyset fra et lyn rejser så hurtigt, at man med god tilnærmelse kan antage, at man ser lynet idet det sker. Derimod tager det lyd ca. 3 sekunder at rejse en kilometer.
Man kan derfor groft tælle sig til, hvor langt væk et tordenvejr er ved at tælle sekunder, fra man ser lynet, og til man hører braget.
Derefter deler man med tre, og det ta,l man får, er ca. det antal kilometer lyden har tilbagelagt.

Uddybende beskrivelse

Opladning af skyen:

Spændingsforskellen i en tordensky antages at opstå ved fordampnings- og fortætningsprocesser i skyen. Når små dråber stiger op gennem skyen, støder de sammen med andre elementer, eksempelvis faldende dråber, iskrystaller og lignende. Ved sammenstødet bliver elektroner slået løs og samles mod bunden af skyen. De nu positivt ladede dråber fortsætter imidlertidig deres stigning til skyens top.

Nedfrysning af dråberne øger yderligere spændingsforskellen. Da den frosne del af fugten har en tendens til at være negativt ladet, mens den stadig flydende del af fugten bliver positivt ladet og føres til top af luftstrømme.

Lynkanalen:

Lyn dannes mellem positive og negative regioner. (Chano Birkelind)

Den tiltagende negative ladning på skyens underside gør, at jordoverfladen lades positivt som i en stor kapacitor. Lyn kan forekomme mellem alle positive og negative ladningsregioner og foregår på stort set samme vis. 

I tilfældet med sky-jord lyn sker lynudladningen, når spændingsforskellen og dermed det elektriske felt mellem sky og jord er tilstrækkelig stort.

Luften omkring skyen begynder at ioniseres og få et svagt lilla skær, og luftens molekyler opdeles i positive og negative ioner. Elektronerne kan nu bevæge sig mere frit, og den ioniserede luft (kaldet plasma) fungerer præcis som en god elektrisk leder.

Dannelsen af en lynkanal sker skridtvis, som luften ioniseres. (NOAA, wikimedia commons)

Ioniseringen sker ikke i en lige linie, men derimod i skridt, der kommer til udtryk i lynets karakteristiske knækkede form. 

Modsat hvad man måske kunne forvente og har hørt før, sker forgreningen ikke nødvendigvis mod det højeste eller mest fremtrædende punkt på jordoverfladen. Støv, dråber og lignende kan derimod medvirke til, at forgreningen sker i en anden retning, hvor ioniseringen forløber lettere.
Altså følger lynkanalen den retning med mindst modstand, fremfor den korteste vej.

Nede ved jordoverfladen begynder de positive ladninger at strække sig opad i korte udstrækkere kaldet streamers. Modsat lynlederen fra skyen vokser disse ikke opad, men overlader det til lederen at lukke gabet mellem dem.

Lynnedslag og torden:

Idet lynkanalen er helt forbundet til jordoverfladen, eksploderer luften omkring lynet, og man hører chokbølgen som torden. (Jesper Grønne)

Når lynkanalen er fuldendt ved mødet mellem streameren og lederen, kan strømmen flyde frit mellem sky og jord. Fordi mængden af strøm der løber gennem kanalen er enorm, udvikles der også en enorm mængde varme (ca. 30.000 kelvin) og kanalen begynder at lyse (lynet).

Den voldsomme varmeudvikling medvirker, at luften i og omkring lynet eksploderer i et imponerende lysglimt.
Lysglimtet følges af et højlydt brag eller en langvarig rumlen alt efter, hvor langt væk tordenvejret er.

Braget er det, vi kender som torden. Det skyldes, at luften bliver ekstremt varm og udvider sig så voldsomt, at der dannes en chokbølge, der bevæger sig væk fra lynet i form af en lydbølge.

En lydbølge bevæger sig langsommere i kold luft end i varm. Dermed brydes lydens hastighed, idet den hurtigt opvarmede luft pløjer sig ind i den omgivende koldere luft.
Chokbølgen, der således dannes, er lig det man oplever, når et fly bryder gennem lydmuren eller ved en eksplosion.

Chano Birkelind