Kita sering melihat petir yang menyambar seperti garis lurus tipis dari langit ke bumi dengan ukuran yang hampir selalu sama. Hmmm, Sebenarnya bagaimana petir bisa terjadi?
Petir itu sendiri muncul dari gumpalan awan saat hujan besar. Tetesan-tetesan air yang berbenturan satu sama lain akan membentuk tetesan air yang lebih besar dan menghasilkan muatan listrik sehingga menghasilkankan muatan listrik di bumi juga. Aktivitas tersebut menyebabkan perbedaan potensial antara awan dan bumi sehingga terjadi pelepasan muatan listrik. Energi dari pelepasan itu sangat besar menimbulkan cahaya, panas, dan bunyi yang sangat kuat yang kita kenal sebagai halilintar. Kalau ukuran petir itu diameternya sekitar 0,5 inchi hingga 1 inchi atau 1,3 – 2,5 cm, tapi bisa mencapai 5 inchi. Panjang rata-rata petir dari awan ke tanah adalah 3 mil hingga 4 mil atau sekitar 4,8 – 6,4 kilometer. Petir dapat terjadi tidak hanya pada hujan air biasa,tapi juga pada badai salju, badai pasir, bahkan di atas gunung berapi meletus.
Sumber:
Sains.me
Petir atau halilintar adalah gejala alam yang biasanya muncul pada musim hujan di mana di langit muncul kilatan cahaya sesaat yang menyilaukan biasanya disebut kilat yang beberapa saat kemudian disusul dengan suara menggelegar sering disebut Guruh. Perbedaan waktu kemunculan ini disebabkan adanya perbedaan antara kecepatan suara dan kecepatan cahaya. Petir merupakan suatu peristiwa peluahan muatan listrik di atmosfir. Pada suatu keadaan tertentu dalam lapisan atmosfir bumi terdapat gerakan angin ke atas ( updraft ) membawa udara lembab. Semakin tinggi dari permukaan bumi, semakin rendah tekanan suhunya. Uap air mengkondensasi menjadi titik air dan membentuk awan.
Petir merupakan gejala alam yang bisa kita analogikan dengan sebuah kapasitor raksasa, dimana lempeng pertama adalah awan (bisa lempeng negatif atau lempeng positif) dan lempeng kedua adalah bumi (dianggap netral). Seperti yang sudah diketahui kapasitor adalah sebuah komponen pasif pada rangkaian listrik yang bisa menyimpan energi sesaat ( energy storage ). Petir juga dapat terjadi dari awan ke awan ( intercloud ), dimana salah satu awan bermuatan negatif dan awan lainnya bermuatan positif.
Petir terjadi karena ada perbedaan potensial antara awan dan bumi atau dengan awan lainnya. Proses terjadinya muatan pada awan karena dia bergerak terus menerus secara teratur, dan selama pergerakannya dia akan berinteraksi dengan awan lainnya sehingga muatan negatif akan berkumpul pada salah satu sisi (atas atau bawah), sedangkan muatan positif berkumpul pada sisi sebaliknya. Jika perbedaan potensial antara awan dan bumi cukup besar, maka akan terjadi pembuangan muatan negatif (elektron) dari awan ke bumi atau sebaliknya untuk mencapai kesetimbangan. Pada proses pembuangan muatan ini, media yang dilalui elektron adalah udara. Pada saat elektron mampu menembus ambang batas isolasi udara inilah terjadi ledakan suara.
Petir lebih sering terjadi pada musim hujan, karena pada keadaan tersebut udara mengandung kadar air yang lebih tinggi sehingga daya isolasinya turun dan arus lebih mudah mengalir. Karena ada awan bermuatan negatif dan awan bermuatan positif, maka petir juga bisa terjadi antar awan yang berbeda muatan.
Angin keras dengan kecepatan 30000-40000 kaki yang bertiup ke atas membawa awan lebih tinggi. Pada ketinggian lebih dari 5 km, partikel uap air dan partikel aerosol yang ada di awan akan membeku menjadi kristal-kristal es dan kemudian turun lagi karena adanya gravitasi bumi. Karena air mengalami pergerakan acak vertikal dan horizontal, maka terjadilah pemisahan muatan listrik. Tetesan air yang berada di bagian atas awan biasanya bermuatan positif dan di bagian bawah bermuatan negatif.
Akibat adanya awan yang bermuatan akan timbul muatan induksi pada permukaan bumi, hingga timbul medan listrik. Mengingat dimensinya, bumi dianggap rata terhadap awan, maka permukaan bumi dan awan dapat dianggap sebagai dua keping plat kondensator. Dengan demikian terjadi akumulasi muatan di awan yang polaritasnya berbeda dengan permukaan bumi. Jika medan listrik yang terjadi melebihi medan tembus udara, maka akan terjadi pelepasan muatan. Pada saat itulah terjadinya petir awan ke tanah.
Tahapan Perambatan Petir
Petir awan ke tanah merupakan tembus listrik transien yang berlangsung dalam selang waktu ratusan mikrodetik dan merambat sepanjang beberapa kilometer dari awan ke permukaan bumi. Petir awan ke tanah berawal dari daerah sela antara daerah bermuatan positif P di dasar awan dan daerah bermuatan negatif N di atasnya. Elektron daerah N awan bergerak ke bawah menetralkan muatan positif di daerah P awan. Proses ini dikenal dengan proses peluahan awal. Selanjutnya elektron merambat menuju permukaan bumi dan menimbulkan lidah petir. Lidah petir yang pertama disebut pelopor awal. Arah langkah lidah petir berubah-ubah, sehingga rambatan petir tidak lurus dan patah-patah. Pelopor akan terus merambat selama pusat muatan di awan mampu memberikan muatan ke ujung pelopor melebihi kuat medan udara
Seluruh kejadian peluahan petir disebut kilat. Dan dapat terjadi selama 0,5 hingga 1 detik. Satu kilat terdiri dari beberapa peluahan, di antaranya 3 atau 4 pulsa arus tinggi yang disebut sambaran. Pada petir di dalam awan, yang merupakan peluahan yang terjadi di dalam satu awan (awan cumulonimbus ), tanpa kontak langsung dengan permukaan bumi. Peluahan petir jenis ini merambat antara daerah N bermuatan negatif dengan daerah P bermuatan positif di atasnya. Tipe peluahan petir yang lainnya adalah petir awan ke awan. Petir awan ke awan terjadi antara dua awan cumulonimbus yang berbeda muatan.
Dua tipe petir terakhir ini sangat jarang terjadi, dan sulit dikenali karena kedua petir ini mengacu kepada petir yang berada di dalam awan. Durasi waktu perambatan petir di dalam awan lebih pendek apabila dibandingkan dengan petir awan ke awan.
Proses terjadinya Petir
Teori yang secara luas dapat diterima tentang petir yaitu bahwa awan terdiri dari daerah bermuatan positif dan negatif. Pusat-pusat muatan ini menginduksikan muatan berpolaritas berlawanan ke awan terdekat atau ke bumi. Gradien potensial di udara antara pusat-pusat muatan di awan atau antara awan dan bumi tidak seragam tapi gradient tersebut timbul pada bagian konsentrasi muatan tinggi. Ketika gradient tegangan tinggi pada titik konsentrasi muatan dari awan melebihi harga tembus udara yang terionisasi, maka udara di daerah konsentrasi tekanan tinggi mengionisasi atau tembus (breakdown).
Muatan dari pusat muatan mengalir ke dalam kanal terionisasi, mempertahankan gradient tegangan tinggi pada ujung kanal dan melanjutkan proses tembus listrik. Sambaran petir ke bumi mulai ketika suatu muatan sepanjang pinggir awan menginduksikan suatu muatan lawan ke bumi.
Kemudian akan timbul lidah petir arah bawah menyebar dari awan ke bumi. Begitu lidah petir mendekati bumi, sambaran kearah atas terbentuk, biasanya dari titik tertinggi disekitarnya. Bila lidah petir kearah atas dan kearah bawah bertemu, suatu hubungan awan ke bumi terbentuk dan energi muatan awan dilepaskan ke dalam tanah.
Terdapat beberapa definisi dari petir, antara lain :
-
Fenomena alam yang merupakan Pelepasan muatan elektrostatis yang berasal dari badai Guntur.
-
Pelepasan muatan ini disertai dengan pancaran cahaya dan radiasi elektromagnetik lainnya.
-
Arus listrik yang melewati saluran pelepasan muatan tadi dengan cepat memanaskan udara dan berkembang sebagai plasma yang menimbulkan gelombang bunyi yang bergetar ( guntur ) di atmosfir.
Pelepasan Muatan Elektrostatis
Arus listrik yang mengalir tiba-tiba dan sangat cepat karena adanya kelebihan muatan listrik yang tersimpan pada sebuah benda yang isolator ke benda yang berbeda potensial , misalnya tanah.
Badai Guntur disebut juga badai listrik, merupakan suatu karakter cuaca dimana terjadi petir dan guntur, biasanya disertai dengan hujan lebat, hujan es.
Plasma adalah istilah ilmu fisika, Gas yang terionisasi sehingga fase materinya berbeda dengan gas itu sendiri.
Guntur adalah bunyi dari getaran gelombang yang disebabkan oleh petir yang memanaskan udara sampai 30.000oC. Udara yang sangat panas itu mengembang dengan cepat dan mengerut ketika dingin. Proses ini menimbulkan gelombang bunyi.
Awan, pada umumnya kurang lebih mengandung listrik. Secara mekanik, thermodinamika, energi kimia diubah menjadi energi listrik dengan kutub yang terpisah. Kebanyakan petir memiliki fase waktu, antara lain :
- Fase Waktu Pertumbuhan, sekitar 10 - 20 menit
- Fase Waktu Puncak, sekitar 15 - 30 menit
- Fase Waktu Menghilang, sekitar 30 menit
Dalam kondisi cuaca yang normal, perbedaan potensial antara permukaan bumi dengan ionosphere adalah sekitar 200.000 sampai 500.000 Volts, dengan arus sekitar 2x10-12 Amperes/m2 . Perbedaan potensial ini diyakini memberikan kontribusi dalam distribusi badai petir (Thunderstorm) di seluruh dunia.
Pada lapisan atmosphere bertebaran gumpalan-gumpalan awan yang diantaranya terdapat awan yang bermuatan listrik. Awan bermuatan listrik tersebut terbentuk pada suatu daerah dengan persyaratan :
- Kondisi udara yang lembab (konsentrasi air yang banyak)
- Gerakan angin ke atas
- Terdapat inti Higroskopis
Kelembaban terjadi karena adanya pengaruh sinar matahari yang menyebabkan terjadinya penguapan air di atas permukaan tanah (daerah laut, danau). Sedangkan pergerakan udara ke atas disebabkan oleh adanya perbedaan tekanan akibat daerah yang terkena panas matahari bertekanan lebih tinggi atau karena pengaruh angin. Di samping itu terdapat Inti Higroskopis sebagai inti butir-butir air di awan akibat proses kondensasi. Ketiga unsure inilah yang diperlukan untuk menghasilkan awan guruh/awan Commulonimbus yang bermuatan negative yang karakteristiknya berbeda-beda sesuai dengan kondisi tempatnya. Muatan awan bawah yang negative akan menginduksi permukaan tanah menjadi positif maka terbentuklah medan listrik antara awan dan tanah (permukaan bumi). Semakin besar muatan yang terdapat di awan, semakin besar pula medan listrik yang terjadi dan bila kuat medan tersebut telah melebihi kuat medan tembus udara ke tanah, maka akan terjadi pelepasan muatan listrik sesuai dengan hokum kelistrikan, peristiwa inilah yang disebut petir.
Dengan letak geografis yang dilalui garis khatulistiwa, Indonesia beriklim tropis. Hal ini mengakibatkan Indonesia memiliki hari guruh rata-rata per tahun yang sangat tinggi.
1 Like