Relámpagos de bajo voltaje y nitrógeno alienígena

Un mundo alienígena con una cantidad significativa de árboles altos de metal permite que se produzcan rayos a voltajes más bajos de lo habitual.

¿Qué tan bajo podría empujarse ese voltaje y aun así romper las moléculas de nitrógeno en la atmósfera?

El poder aislante del aire es de unos 10 kV por centímetro. Los rayos a un voltaje más bajo de lo habitual no significan de ninguna manera un voltaje "bajo". ¿Es posible que haya visto líneas eléctricas aéreas de 400 kV? ¿Cuál es la distancia entre los conductores y el mástil puesto a tierra, unos pocos metros?

Respuestas (2)

La respuesta actual de Aric Fowler brinda un buen resumen de los voltajes requeridos en función de la resistencia del aire, que sería el factor principal en el requisito de voltaje, pero la distancia es la parte realmente importante. Puede crear un arco a través de una distancia más pequeña con un voltaje más bajo.

Como se señaló en la respuesta anterior, las nubes de tormenta cumulonimbus pueden formarse a una altura tan baja como 150 m, sin embargo, también debe considerar la altura del árbol. Los árboles más altos de la Tierra (secuoya roja) pueden crecer hasta 115 m de altura. Sus árboles de metal pueden crecer aún más que eso, lo que hace que la distancia sea aún más corta.

Con tormentas bajas a 150 m y árboles metálicos altos (de resistencia eléctrica insignificante) a 115 m, solo necesita abarcar 35 m de aire. Usando 3x10 ^ 6 V / m, esto da 105 MV. Por supuesto, podría acercarse al punto de disipación de las cargas estáticas con voltajes aún más bajos. Los generadores electrostáticos de aparatos de ciencia divertida pueden generar chispas en el rango de kvoltios bajos dependiendo de las condiciones del aire, pero generalmente operan en el rango de 1-5 MV.

Lo que me lleva al punto más importante. Las chispas de bajo voltaje no son en realidad lo que usted quiere, el alto voltaje porque el diferencial de alto voltaje entre la nube y el suelo es lo que permite que ocurra una gran acumulación de carga. Como suele ser el caso, la corriente es tan importante (si no más) que el voltaje. Desea que la corriente sea alta para poder obtener la energía necesaria para formar compuestos de NOx. La formación de óxidos de nitrógeno ocurre durante las tormentas eléctricas debido al calor extremo de los rayos, no tiene nada que ver específicamente con la electricidad involucrada. Para formar compuestos de NOx, necesita calentar el aire (mezcla de nitrógeno y oxígeno) a temperaturas de alrededor de 2800 ° F(1540C). El calor específico del aire es ~1 kJ/kg.K. por lo tanto, para elevar un kg de aire de ~ 20 C a 1540 C se necesitarán ~ 1,5 MJ. Por lo tanto, necesita mucha energía para obtener la formación de NOx, no solo algunas chispas de bajo voltaje y baja potencia.

Entonces, en ese caso, ¿cómo fomento más rayos? ¿O eso necesita otra pregunta?
Yo diría que esa es otra pregunta, algo así como cómo fomentar la producción de rayos o de ozono y NOx en una atmósfera.

La rigidez dieléctrica del aire generalmente se acepta como 3x10^6 V/m.

Esto significa que toma 3x10^6 Voltios por cada metro de distancia directa entre los electrodos.

Suponiendo que desea un destello de nube a tierra, el rayo tendrá solo un electrodo y una "tierra", que son los árboles de metal. La distancia será la altitud de tus nubes :

Las nubes de tormenta, llamadas nubes cumulonimbus, pueden alcanzar una altura de 12 a 15 millas (el Monte Everest tiene 5,5 millas de altura). Se forman en altitudes de 150 a 4000 metros y típicamente tienen picos de 6100 m, aunque en casos extremos pueden alcanzar los 24000 m.

A la altitud más baja de 150 m, el voltaje necesario para crear un rayo sería de 4,5x10^8 voltios. Una nube de tormenta alta puede contener más de 100 millones de voltios de potencial.

Entonces, en condiciones ideales, su voltaje puede ser tan bajo como 450MV

Los 3x10 ^ 6 V / m, ¿es ese el voltaje requerido para dividir el nitrógeno o el voltaje requerido para atravesar el aire?
Es muy importante para mí que todo el planeta HUELA a tormenta. Así que estoy tratando de aumentar la producción de todos esos gases al tener más rayos con voltajes más bajos.
Además, con el ecosistema que tengo, necesito más formas de obtener nitrógeno del aire y llevarlo a la vida vegetal local.
@Douglas Es la fuerza dieléctrica del aire. No encuentro la rigidez dieléctrica del nitrógeno :/
La salida de voltaje de una planta de energía nuclear es una cifra engañosa. Puedo generar más de 2.5 * 10 ^ 4 voltios simplemente arrastrando mis pies sobre una alfombra por un momento. Eso no significa que 210 de mí produzcan el mismo voltaje de salida que una planta de energía nuclear.
@sphennings Tienes razón. lo he corregido
La rigidez dieléctrica del neón es 50 veces menor que la del aire, por lo que tal vez podría ayudar mezclar una cantidad significativa de neón en la atmósfera. Además, la presión del aire y la temperatura parecen afectar el voltaje de ruptura, aunque no puedo encontrar ninguna fórmula exacta.
@Alice Sí, no lo dije, pero mi respuesta es "aire". Siendo la presión y temperatura promedio para la tierra.
@AricFowler Oh, sí, lo entiendo, solo viendo que estaba buscando la fuerza dieléctrica del nitrógeno, pensé que ofrecería una mejor alternativa. En cuanto al nitrógeno, tiene un voltaje de ruptura de 1,15 en relación con el aire, por lo que supongo que sacar nitrógeno del aire y llevarlo a la flora también debería reducir la rigidez dieléctrica general.
@Douglas, los rayos en la Tierra son suficientes para dividir el nitrógeno y otras moléculas de aire en átomos, además de ionizarlos . La atmósfera de la Tierra tiene un 78% de nitrógeno, por lo que probablemente sea un buen modelo. Cualquier átomo libre creado se volvería a unir rápidamente con otros átomos libres o moléculas ionizadas, recreando las moléculas o compuestos de nitrógeno originales. Como resultado, es poco probable que los habitantes de su planeta huelan los átomos de nitrógeno; en cambio, lo más probable es que huelan estos compuestos.
Si lo se. Es importante para mí que tenga el olor a tormenta eléctrica y también es una forma adicional de obtener nutrientes en el suelo para las plantas, siempre que esté lloviendo.