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Diverses questions sur la foudre .



  1. #1
    drooo

    Diverses questions sur la foudre .


    ------

    Bonjour,
    Dans le cadre des TPE mon groupe et moi avons choisis la foudre mais un de nos membre a déménagé, donc je dois prendre ça partie, mais il y a des choses que je ne comprend pas très bien, ce serait vraiment sympa de m'aider ^^ :

    1ere chose : les types de foudroiement; la tension de pas :


    quand la foudre frappe le sol , le courant va se rependre dans la terre autour de l'impact comme lorsque un caillou tombe a la verticale sur une flaque d'eau .Plus la résistivité électrique(La résistivité d'un matériau représente sa capacité à s'opposer à la circulation du courant électrique) du sol est élevé plus les courants sont intenses et se propagent loin et génèreront une différence de potentiel entre entre 2 points situés a la surface de la terre .Un etre vivant en contact avec ces points sera traversé par un courant de dérivation .Les risques augmentent quand lla distance entre ses deux points de contact est importante et quand l'être vivant est plus proche du point d'impact

    et la cage de faraday :
    le volume délimité par sa surface extérieur et le conducteur forment un équipotentiel : il n'y a pas de différence de potentiel entre n'importe quel point .( donc pas d'étincelles)



    Le problème réside aux termes d'équipotentiel de potentiel et différence de potentiel : qu'est ce que c'est et pourquoi quand il n'y a pas de différence de potentiel il n'y a pas d'etincelles ?

    2eme chose : le repérage de la foudre par triangulation :
    pouvez vous m'expliquer la triangulation simplement, mais vraiment simplement car même sur Wikipédia je pige pas :S

    Dernière chose () : calcul d energie

    On sait que le champ électrique atmosphérique sous nuage orageux est de l'ordre de 20kV/m. Grâce a cela ,on en déduit que la différence de potentiel nuage-sol est de l'ordre de 100MV.Si éclair transporte 5 Coulomb ,l'énergie d'un éclair est donc de 100 MV x 5 C = 500 MJ.
    La durée moyenne d'un éclair est de 25ms Donc, la puissance moyenne d'un éclair = 500 MJ/25 ms = 20 GW. (P=E/t)

    Quelle est la relation entre champ électrique atmosphérique sous nuage orageux et la différence de potentiel nuage-sol ? et pourquoi 100 MV x 5 C = 500 MJ. ?(formule)


    Je crois que vous avez compris que je suis dans de beaux draps !
    Merci d'avance !
    drooo

    -----

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  3. #2
    f6bes

    Re : Diverses questions sur la foudre .

    Citation Envoyé par drooo Voir le message
    Plus la résistivité électrique(La résistivité d'un matériau représente sa capacité à s'opposer à la circulation du courant électrique) du sol est élevé plus les courants sont intenses et se propagent loin et génèreront une différence de potentiel entre entre 2 points situés a la surface de la terre .


    drooo
    Bjr à toi,
    Comment expliques tu que :PLUS le SOL est RESISTANT , PLUS les courants ( COURANT = INTENSITE) qui le parcours sont ELEVEES ,

    J'y vois une CONTRADICTION évidente.

    Je comprends mieux si tu veux parler de TENSION !

    Rien ne dit que dans une cage de FARADAY, tous les points soient au meme POTENTIEL.

    Il y a certainement des différences de tension , mais vu que la cage est FORTEMENT conductrice, les différences sont faibles. Il ne peut y avoir "d 'etincelles" entre les éléments de la cage.

    Il y a "étincelles" lorsqu'il "séparation" entre deux éléments sous tension .
    Le courant doit "forcer" le passage dans l'air (étincelles).

    Il peut y avoir "étincelles" entre cage et sol, si la cage est isolée du sol et foudroyée.


    A+

  4. #3
    calculair

    Re : Diverses questions sur la foudre .

    bonjour,

    La foudre est un phenomène electrique, les lois de l'electricité s'appliquent

    La foudre; l'eclair, est un phénomène variable, ( de l'ordre de la µs ), les lois de Maxwell et de l'electromagnetisme s'appliquent.

    La physique est trés juste, elle aplique les mêmes lois pour tout le monde....

    Dans la reflexion sur foudre, il faut tenir compte que les courants sont de l'ordre de quelques kA et de forme impulsionnelle avec un spectre s'etalant jusqu'a quelques dizaines de MHz.

    Quant à l'energie liberérée par un eclair, je crois que ton estimation est un peu optimiste. La durée du courant maximum est pour moi beaucoup plus courte que la dizaine de ms

  5. #4
    calculair

    Re : Diverses questions sur la foudre .

    Citation Envoyé par calculair Voir le message
    bonjour,

    La foudre est un phenomène electrique, les lois de l'electricité s'appliquent

    La foudre; l'eclair, est un phénomène variable, ( de l'ordre de la µs ), les lois de Maxwell et de l'electromagnetisme s'appliquent.

    La physique est trés juste, elle aplique les mêmes lois pour tout le monde....

    Dans la reflexion sur foudre, il faut tenir compte que les courants sont de l'ordre de quelques kA et de forme impulsionnelle avec un spectre s'etalant jusqu'a quelques dizaines de MHz.

    Quant à l'energie liberérée par un eclair, je crois que ton estimation est un peu optimiste. La durée du courant maximum est pour moi beaucoup plus courte que la dizaine de ms

    Je pense que la quantité d'electricité Q est de l'ordre de 2 C , tu dis 5C, c'est le même ordre de grandeur, par contre la tension doit être inferieure à 100 MV

    Si on prends une tension d'amorçage dans l'air humide d'un orage à 10 kV /m et un nuage 300m du sol, cela faitune tension de
    3 000 000 V u 3 MV

    L'energie , je l'evalue à 6 MJoules, pour ne pas se facher on peut l'estimer facilement entre 10 et 20 M joules

    La durée efficace de l'eclair etant de 10 µs, j'estimerais la puissance instantannée à 10 * /(10 exp( -6)= 1 MW

    Là nous differons de plusieurs ordres de grandeur....

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    Butcherk

    Re : Diverses questions sur la foudre .

    Bonjour,

    Je n'ai pas lu tout le sujet, mais je voulais juste vous apprendre ceci pour votre TPE.
    Un éclair est en fait une striction Z (Z-pinch dans la littérature) d'un plasma. Je pense que cela peut peut-être vous aider dans vos recherches, ou simplement ajouter un point intéressant à votre recherche.

    Bien à vous,

    Butcherk

  8. #6
    drooo

    Re : Diverses questions sur la foudre .

    calculair, il me semble que t as fait une erreur:
    si tu evalues l energie à 6MJ et la durée a 10µs ,
    P=E/t t en s:
    P = 6000/10x10^-6= 600 x10^6 = 600MW, différent de 1MW

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  10. #7
    drooo

    Re : Diverses questions sur la foudre .

    f6bes, je suis d accord avec toi , en parlant de courant il y a risque de mauvaise comprension, je parlais de Tension en fait : U=R.I (loi d'ohm)

  11. #8
    calculair

    Re : Diverses questions sur la foudre .

    Citation Envoyé par drooo Voir le message
    calculair, il me semble que t as fait une erreur:
    si tu evalues l energie à 6MJ et la durée a 10µs ,
    P=E/t t en s:
    P = 6000/10x10^-6= 600 x10^6 = 600MW, différent de 1MW
    Bonjour,

    L'energie de l'eclair etant estimée à 10 M joules degagée en 10 µs

    La puissance instantannée etant le Joule /s

    P = 10 * 10 exp 6 / (10 *10 exp (-6))= 1000 GW......!!!

    Tu as donc raison c'est enorme.... heureusement que cela ne dure pas..... Je suis supris par ces chiffres....

  12. #9
    drooo

    Re : Diverses questions sur la foudre .

    calculair vous sauriez pas par hasard quelle est la relation entre champ électrique atmosphérique sous nuage orageux et la différence de potentiel nuage-sol, et pourquoi 100 MV x 5 C = 500 MJ. ?
    merci pour votre aide

  13. #10
    calculair

    Re : Diverses questions sur la foudre .

    Citation Envoyé par drooo Voir le message
    calculair vous sauriez pas par hasard quelle est la relation entre champ électrique atmosphérique sous nuage orageux et la différence de potentiel nuage-sol, et pourquoi 100 MV x 5 C = 500 MJ. ?
    merci pour votre aide
    Bonjour,

    Je ne comprend pas bien la question ?

    Le gradient atmospherique est effectivement atteindre des valeurs très importantes.

    En montagne, et en periodes d'orage, les personnes confrontées à ce genre de situation disent qu'ils entendent " les abeilles "
    En fait ces abeilles sont des effleuves electriques. Le champ electrique ionise l'air et fait entendre un " bzzz"

    On dit que des champs de plus de 1000 V/m peuvent être atteints

    L'air sec se ionise je crois aux environs de 1000 V /mm.( 1 000 000 V/m )
    Dans l'air saturé en humidité et en presence de goutte d'eau, je pense qu'il faut envisager des champs plus faibles pour provoquer l'ionisation.

    Par ailleurs il doit exister des phenomènes complexes lors de la formation des eclairs et rien ne dit que le champ terre -nuage est homogène et stable.

    Quand l'eclair est allumé, le courant est de l'ordre de quelques dizaines de kA pendant 10 à 20 µs

    On doit pouvoir deduire le champ radioelectrique emis en appliquant les formules des antennes par exemple.

    Pour fixer les idées l'antenne d'emetteur onde longue de longueur de 300 m environ sont parcourrues par des courants de 50 A. La puisance injectée serait eniron 1 MW

    La foudre developpant 50 kA, permet de dire que la puissance equivalente serait de l'ordre de( P = R I² ) de 1000 000 M W par comparaison. On retrouve ainsi l'ordre de grandeur de 1000 GW

    c' est impressionant !

    On comprend mieux pourquoi certains equipements peuvent être detruits à distance.

  14. #11
    drooo

    Re : Diverses questions sur la foudre .

    Merci pour vos réponses mais ce que je voudrais réellement savoir c'est pourquoi des volts x Coulombs = Joules
    et comment à partir du champ électrique atmosphérique sous nuage orageux à t on la différence de potentiel nuage-sol ?
    merci beaucoup pour vos reponses
    drooo

    " Vous savez que 1 volt x 1 ampère = 1 watt, où le watt est une unité de puissance ou le taux de production de l'énergie, 1 watt est en fait 1 joule par seconde. 1 ampère est 1 coulomb par seconde. De là, 1 volt x 1 coulomb par seconde = 1 joule par seconde, ou en simplifiant les "par seconde",



    1 volt x 1 coulomb = 1 joule



    ou 1 volt = 1 joule/1 coulomb "
    Est ce que cette relation est vraie ? merci d avance
    Dernière modification par drooo ; 23/03/2009 à 15h32.

  15. #12
    calculair

    Re : Diverses questions sur la foudre .

    Bonjour,

    Toutes ces formules sont justes

    Puissance = V * I ( 10 W c'est 10V sous 1 A ou 1 V sous 10 A )

    L'energie en joule = V*I* t ( 100 joules c'est par exemple 10W pendant 10 s ou 1 W durant 100 s , mais je ne sais rien sur V,I et t )

    Comme I*t = Q

    E = V Q, mais avec cette relation seule, il n'est pas possible de determiner V

    V = E/Q = E/(I) * 1/ t

    donc 1 Volt n'est pas necessairement 1 joule/ coulomb c'est aussi 2 joules / 2 coulombs ou N joules / N coulombs


    Quand à la difference de tension tre le nuage et le sol il faut integrer le champs par l'altitude

    V = somme E ( h)dh

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  17. #13
    predigny

    Re : Diverses questions sur la foudre .

    Citation Envoyé par calculair Voir le message
    ...
    On dit que des champs de plus de 1000 V/m peuvent être atteints
    ...
    Oh, bien plus que ça ! Quand vous passez sous une ligne 400 kV à guère plus de 10m au dessus de votre tête, il y a un champ de 40000V/m, d'ailleurs vous donnez après le champ pour ioniser l'air : 1000V/mm et même si des effets de pointe peuvent diminuer cette valeur, on ne doit pas en être loin quand les abeilles bourdonnent.

  18. #14
    drooo

    Re : Diverses questions sur la foudre .

    donc ce que tu veux me dire c'est que si le champ électrique atmosphérique sous nuage orageux est de l'ordre de 20kV/m, et que la différence de potentiel nuage-sol est de l'ordre de 100MV, la difference nuage-sol est 500m ??

  19. #15
    predigny

    Re : Diverses questions sur la foudre .

    Citation Envoyé par drooo Voir le message
    donc ce que tu veux me dire c'est que si le champ électrique atmosphérique sous nuage orageux est de l'ordre de 20kV/m, et que la différence de potentiel nuage-sol est de l'ordre de 100MV, la difference nuage-sol est 500m ??
    Même si l'idée c'est ça, je ne pense pas que l'on puisse calculer aussi simplement car trop de phénomènes parasites complexes interviennent. Des éclairs peuvent éclater entre nuages distants de plusieurs km ce n'est pas pour autant que la ddp entre ces nuages est 1000V/mm ce qui donnerait plusieurs gigavolts entre les nuages ! Des tensions bien inférieures peuvent provoquer l'éclair car il y a des chemins "pré-ionisés" par des rayons cosmiques et le canal de décharge s'établit de proche en proche en de nombreuses étapes. On est loin de l'éclair entre deux électrodes espacées de 1 cm.

  20. #16
    calculair

    Re : Diverses questions sur la foudre .

    bonjour

    La tension disruptive en atmosphère humide et saturée en vapeur d'eau doit être bien plus faible qu'en atmosphère sèche.

  21. #17
    predigny

    Re : Diverses questions sur la foudre .

    Citation Envoyé par calculair Voir le message
    bonjour
    La tension disruptive en atmosphère humide et saturée en vapeur d'eau doit être bien plus faible qu'en atmosphère sèche.
    En plus... c'est sûr que ça va dans ce sens mais de quel facteur... ? l'eau sous forme liquide contient des ions, mais sous forme vapeur, je ne sais pas trop comme ça se passe.

  22. #18
    calculair

    Re : Diverses questions sur la foudre .

    bonjour,

    J'avoue que je n'en sais rien...mai ce qui est sur, la presence de la vapeur d'eau doit favoriser l'amorçage.

    Je crois que les eclairs de chaleur, en été peuvent être plus energetiques que les coups de foudre d'orage. Cet effet est sans doute lié à l'augmentation de la tension d'amorçage de l' air

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  24. #19
    predigny

    Re : Diverses questions sur la foudre .

    Citation Envoyé par calculair Voir le message
    ...
    Je crois que les eclairs de chaleur, en été peuvent être plus energetiques que les coups de foudre d'orage. ...
    Je me trompe peut-être mais je croyais que les orages "de chaleur" étaient simplement des orages d'été suffisamment éloignés pour qu'on ne les entendent pas , mais pas assez lointain pour ne pas les voir.

  25. #20
    matthieu174

    Re : Diverses questions sur la foudre .

    Bonsoir,
    Citation Envoyé par predigny Voir le message
    Je me trompe peut-être mais je croyais que les orages "de chaleur" étaient simplement des orages d'été suffisamment éloignés pour qu'on ne les entendent pas , mais pas assez lointain pour ne pas les voir.
    je crois que tu ne te trompes pas, en tout cas j'avais compris la même chose...

  26. #21
    calculair

    Re : Diverses questions sur la foudre .

    bonjour,
    Il se peut que je me trompe, mais j'ai lu que les orages de chaleur d'ete etait plus localisé que les orages d'hiver, d'une durée plus courte, mais que les eclairs pouvaient être plus violents que les eclairs d'un orage d'hiver. Cela m'avait frappé car on pense le contraire.

    J'ai essayé de retouvér une confirmation sur Google, mais en vain.....

  27. #22
    LPFR

    Re : Diverses questions sur la foudre .

    Citation Envoyé par calculair Voir le message
    bonjour

    La tension disruptive en atmosphère humide et saturée en vapeur d'eau doit être bien plus faible qu'en atmosphère sèche.
    Bonjour Calculair.
    Je ne crois pas que ce soit les cas. Les potentiels d'ionisation que j'ai trouvés sur le net sont:
    02: 12,1 V
    N2: 14,53-15,6 V
    H2O: 12,6 V.
    Donc, ça ne doit pas changer grand chose.

    C'est quoi un orage de chaleur? Et c'est quoi un orage qui ne serait pas de chaleur?

    Cordialement.

  28. #23
    calculair

    Re : Diverses questions sur la foudre .

    Bonjour,

    Quand il fait très chaud, l'evaporation fait monter des charges electriques dans l'atmosphère qui se charge altitude; et finalement il peut y avoir une decharge brutale

  29. #24
    LPFR

    Re : Diverses questions sur la foudre .

    Citation Envoyé par calculair Voir le message
    Bonjour,

    Quand il fait très chaud, l'evaporation fait monter des charges electriques dans l'atmosphère qui se charge altitude; et finalement il peut y avoir une decharge brutale
    Re.
    Là, il y a un mécanisme que je ne vois pas. Pour quoi des charges se formeraient? Dans la vapeur d'eau? Dans l'air?
    A+

  30. Publicité
  31. #25
    predigny

    Re : Diverses questions sur la foudre .

    Les ascendances thermiques provoquent certainement pas mal de "frottements" qui pourraient bien électriser le milieu, mais je pense que ce phénomène est surtout actif pour les gouttelettes d'eau ou de glace dans les nuages. Je ne suis même pas sûr que les phénomènes participant à la formations des charges, soient tous bien identifiés et compris.

  32. #26
    LPFR

    Re : Diverses questions sur la foudre .

    Re.
    Citation Envoyé par predigny Voir le message
    Les ascendances thermiques provoquent certainement pas mal de "frottements" qui pourraient bien électriser le milieu,...
    J'ai appris il y a bien longtemps, que ce que dans ce que l'on appelle "électrisation par frottement", le frottement n'était pas pour grand chose. C'est simplement de l'électrisation par contact. Le "frottement" ne sert qu'à augmenter les surfaces qu'on électrise.

    Cela ne veut pas dire que l'électrisation par frottement n'existe pas vraiment. Elle existe, mais elle est liée à l'effet du réchauffement local et à la modification de la structure de bandes due à ce réchauffement. Mais ce sont des cas très spéciaux.

    Mais je suis bien d'accord avec vous sur la deuxième partie: l'apparition de la séparation des charges dans les nuages n'est pas très bien comprisse. C'est aussi ce que dit Feynman, en donnant une hypothèse à propos des particules de glace qui chopent des ions chargées qui n'ont pas eu le temps de s'écarter de la trajectoire des glaçons.
    Cordialement,

  33. #27
    drooo

    Re : Diverses questions sur la foudre .

    une distance nuage-sol de 5km c est pas possible ??

  34. #28
    LPFR

    Re : Diverses questions sur la foudre .

    Citation Envoyé par drooo Voir le message
    une distance nuage-sol de 5km c est pas possible ??
    Re.
    Pour un nuage oui, même beaucoup plus.
    Mais pour la foudre sûrement pas.
    A+

  35. #29
    drooo

    Re : Diverses questions sur la foudre .

    Mais alors, pourquoi a t on une difference de potentiel nuage-sol de 100MV si le champ electrique sous nuageux est de 20kV/M ???
    merci d'avance

  36. #30
    LPFR

    Re : Diverses questions sur la foudre .

    Citation Envoyé par drooo Voir le message
    Mais alors, pourquoi a t on une difference de potentiel nuage-sol de 100MV si le champ electrique sous nuageux est de 20kV/M ???
    merci d'avance
    Re.
    Je vous laisse la responsabilité de ces chiffres.
    Je pense que ce sont seulement des ordres de grandeur.
    A+

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