Je bent hier: Hoofdpagina Technieken Sint-Elmus vuur


Introductie

St. Elmusvuur is de populaire benaming voor ionenontladingen die vaak onder onweersbuien voorkomen. Elmusvuur is veel minder spectaculair en ook veel moeilijker te zien dan gewone bliksem. Het ziet eruit als een zwakke blauwe vlam of gloed die zich rond en bovenop scherpe punten bevindt, zoals hoogspanningsmasten, pinakels en schoorstenen op daken, en radiozendmasten. Tenzij het electrisch veld dat de ontlading veroorzaakt zeer sterk is, zijn deze ionenontladingen alleen 's nachts te zien. Overdag kan het echter nog wel gehoord worden, als een gekraak of gesis.

St. Elmusvuur is een zwakke continue electrische ontlading nabij scherpe punten, zoals hier aan de hoogspanningspunten van een voeding.

Oorzaak van ionenontlading

Alle materie bestaat uit positieve, neutrale en negatieve ladingen. De positieve ladingen zijn protonen en de negatieve ladingen zijn electronen. Electronen kunnen zich vrij in de lucht bevinden, maar protonen zijn vrijwel altijd gebonden aan molekulen of atomen, en vormen zo ionen. Een ion is de naam voor een atoom of molekuul met een netto lading. Een electron dat bijvoorbeeld uit een atoom geslagen wordt laat een ion met positieve lading achter.

De verschillende ladingen (positief en negatief) oefenen een aantrekkingskracht op elkaar uit, terwijl dezelfde soort ladingen elkaar afstoten. Bij een onweersbui is vaak het lagere of middelste gedeelte van de wolk negatief geladen, terwijl de top positief geladen is. De negatieve lading die zich het dichtst bij de grond bevindt trekt positieve ladingen in de grond aan en stoot negatieve lading in de grond af. Deze verschillende ladingen geven een electrisch veld in de lucht tussen de buienwolk en de aarde.

Als het electrisch veld sterk genoeg wordt is het in staat om zo'n sterke kracht op electrische ladingen in atomen en molekulen uit te oefenen dat de electronen uit deze deeltjes getrokken worden. Bij St. Elmusvuur splitst het electrisch veld in de lucht de atomen en molekulen in de lucht zelf op deze manier op in ionen en losse electronen. Dit heet ionisatie van de lucht.

Omdat een electrisch veld altijd sterker is bij scherpere uitstekende geleidende objecten is dit de plaats waar ionisatie van de lucht het eerst plaatsvindt. De lucht rond zo'n scherp object raakt geioniseerd en daarbij ook zwak electrisch geleidend.

Electronenlawines

De electronen die vrijkomen bij de ionisatie van de lucht worden door het electrisch veld versneld. Deze electronen krijgen dus een kinetische energie, die zo hoog kan worden dat de electronen in staat zijn om als ze botsen met andere luchtmolekulen, daar ook electronen uit los te slaan. Dit geeft meer electronen, en geeft dus een kettingreactie, die een electronenlawine heet. Duizenden electronen kunnen zo gecreŽerd worden uit ťťn enkel los electron dat door het electrisch veld versneld werd. Maar omdat deze lawine alleen voorkomt bij sterk electrisch veld, stopt de lawine al snel omdat de electronen zich van het scherpe object af bewegen, in een gebied met lager electrisch veld.

Wat de lawine achterlaat is een geleidend pad in de lucht van ionen en losse electronen. Dit pad is niet lang - meestal maar een paar centimeters - maar er kan een groot aantal van zulke paden ontstaan tegelijkertijd, als meerdere losse electronen tegelijkertijd lawines veroorzaken.

Losse electronen combineren ook weer met molekulen en ionen, waarbij energie vrijkomt. Deze energie bij het recombinatieproces produceert licht, en dat is wat we zien bij St. Elmusvuur.

Gevaar van St. Elmusvuur

St. Elmusvuur is een zwakke continue electrische ontlading in de lucht. De stroom die door een object loopt om de stroom ionen en electronen in stand te houden is zo laag dat Elmusvuur op zichzelf ongevaarlijk is. Maar omdat het vaak voorkomt onder onweersbuien wanneer het electrisch veld hoog is, is er een grote kans op een blikseminslag in de buurt.

St. Elmusvuur ontstaat ook kortstondig in de directe omgeving van een wolk-aarde bliksemontlading. Als je ooit buiten stond of liep terwijl de bliksem zeer dichtbij insloeg (enkele tientallen meters afstand) heb je misschien gevoeld dat er aan je haren getrokken werd. Dit komt ook door St. Elmusvuur, dat zich kortstondig over je lichaam vormde door de dichtbije voorontlading die naar de aarde kwam. Je hebt in zo'n geval ontzettend veel geluk gehad.

Als regel moet je maken dat je wegkomt of op een veilige plaats bent (bijvoorbeeld in een auto) zodra je St. Elmusvuur ziet of hoort.

Fotograferen van St. Elmusvuur

Er bestaan niet veel foto's van natuurlijk St. Elmusvuur, dus dit is interessant om te fotograferen. De gloed van St. Elmusvuur is echter zeer zwak, dus het beste is om het 's nachts met een tijdopname te fotograferen. Het is in verband met blikseminslag gevaarlijk om dit soort fotografie te doen, dus je moet beslist op een veilige plaats blijven, bijvoorbeeld in een auto.

Probeer fotografie met een gevoelige film, zoals 800 of 1600 ISO. Gebruik een groot diafragma, bijvoorbeeld f/2.8, f/2 of groter. Je moet zo lang mogelijk belichten als de bliksem toelaat; bij bliksem of weerlicht wordt de foto namelijk erg belicht en is de gloed niet meer te zien. Je kunt ook proberen te fotograferen als je geen St. Elmusvuur ziet of hoort maar denkt dat het er wel zou kunnen zijn. Meestal is de gloed te zwak om het met het blote oog waar te nemen, zeker als je ogen door de bliksemflitsen niet aan het donker gewend kunnen raken.

Een andere manier om het verschijnsel te fotograferen is om een hoogspanningsvoeding te maken of kopen, zoals een Walton-Cockcroft cascadeschakeling, een Van de Graaff generator, Tesla coil, Whimshurst generator, of een Marx generator. Hiervan is de Van de Graaff generator het gemakkelijkst en waarschijnlijk ook het goedkoopst te maken, en bovendien ook het minst gevaarlijk. Sommige andere hoogspanningsvoedingen zijn dodelijk! De generator moet wel genoeg vermogen hebben om de continue ontladingsstroom te kunnen geven. Bij een Van de Graaff generator betekent dit dat je een brede band moet gebruiken.