Proses Terjadinya Petir

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 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.

Petir merupakan usaha alami untuk menetralkan muatan listrik yang dimiliki oleh awan. Sehingga, kita mengenal ada 2 jenis petir berdasarkan sumber muasal muatan listriknya, petir yang terjadi antar awan dan petir yang terjadi antara awan dengan permukaan bumi. Untuk terciptanya loncatan listrik petir dari awan ke permukaan tanah, kedua lokasi harus mempunyai perbedaan tegangan listrik hingga sebesar 10 juta Volt. Udara mempunyai kemampuan mentrasfer listrik bila listrik tersebut mempunyai tegangan sebesar 3 juta Volt setiap meternya. Harga ini akan berkurang bila kelembaban udara meningkat. Dalam kenyataannya, dalam suasana badai sekalipun dan kelembaban udara meningkat, tapi hanya mencapai sekitar 200.000 Volt per meter. Nilai ini jauh dibawah kemampuan trasfer listrik melalui udara. Penelitian sekarang ini menemukan bahwa walaupun kemampuan trasfer listrk udara hanya 200.000 Volt per meter, sebelumnya udara telah bereaksi melalui proses ionisasi, menjadi lebih bersifat penghantar listrik.

Sebelum petir tercipta, telah terbentuk di udara sebuah jalur elektron karena proses ionisasi antara udara dengan elektron. Jalur ionisasi kanal di udara tersebut tercipta menyerupai bentuk anak tangga ( zig zag ), yang menghubungkan antara awan dengan permukaan tanah. Bentuk zig zag terjadi karena ionisasi terjadi bervariasi disetiap lapisan udara, dari meter ke meter berikutnya. Setelah terjadi jalur konduktor di udara, petir dapat terjadi cukup dengan perbedaan tegangan sebesar 250.000 Elektronvolt antara awan ke awan atau awan ke permukaan tanah.

Sesaat sebelum terjadinya petir, terbentuk di permukaan tanah sebuah ( atau lebih ) jalur penerima tegangan. Jalur penerima tegangan ini biasanya tercipta di pucuk bentuk yang form runcing diatas permukaan tanah (seperti : pucuk pohon, pucuk bangunan tinggi, menara dsb), yang biasanya mempunyai ketinggian yang paling tinggi dengan kondisi sekelilingnya.

Biasanya (meskipun tidak selalu) terbentuk bersamaan antara jalur ionisasi elektron dengan jalur penerima tegangan di atas permukaan tanah. Jalur kanal ini diketahui mempunyai radius dimensi sebesar 12 mm, yang nantinya menjadi jalur utama petir. Jalur ini nantinya akan sangat terang pada saat terjadinya petir. Cahaya terang petir disebabkan karena terbentuknya proses plasma dalam jalur kanal tersebut.

Rata rata setiap petir mempunyai 4 hingga 5 jalur utama akibat ionisasi. Persiapan pelepasan elektron melalui jalur ini membutuhkan waktu sekitar 0,01 detik, setelah itu terjadi petir dengan waktu trasfer sekitar 0,0004 detik. Setelah terjadinya petir, membutuhkan waktu istirahat (0,03 - 0,05 detik ) untuk mempersiapkan kembali petir berikutnya. Diketahui pernah terjadi hingga 42 petir terus menerus tanpa henti. Rata rata kuat arus dalam petir sebesar 20.000 ampere. Dengan kekuatan arus ini, mengalir elektron dari awan menuju permukaan tanah. Hal ini disebut juga, petir negative. Pada kasus yang jarang, kadang dijumpai locatan listrik pendek dari permukaan tanah (ujung pohon, ujung menara dsb). Ini disebut petir positive. Petir positive diketahui hanya mempunyai satu jalur utama terjadinya loncatan. Tapi petir positive mempunyai kuat arus yang lebih tinggi dari petir negative (sebesar 300.000 Ampere). Terjadinya petir positive hanya sekitar 5% dari total terjadinya petir. Loncatan petir dapat terjadi sejauh beberapa kilo meter, antara awan dengan permukaan tanah.

Suara gemuruh petir merupakan hasil dari pemanasan udara yang ada didalam jalur utama petir oleh loncatan listrik. Diketahui udara didalam kanal dipanaskan hingga suhu 30.000 °C ( 5 kali panas permukaan matahari ). Pemanasan dalam waktu tiba tiba dengan suhu sedemikian tinggi membuat suara ledakan gemuruh didalamnya. Karena kecepatan cahaya (300.000 km / detik) lebih cepat dari pada kecepatan suara (332 meter / detik), kita melihat cahaya petir dahulu, baru kemudian disusul suara gemuruhnya. Dari sini kita bisa memperikirakan, jarak terjadinya petir dengan tempat kita berdiri dengan menghitung waktu antara terjadinya cahaya petir dengan suara gemuruh. Untuk petir yang terjadi di jarak 1 km, membutuhkan waktu 3 detik perbedaan waktu cahaya dengan suara gemuruh petir.


BEBERAPA ALAT UNTUK MENGANTISIPASI PETIR
a. Franklin Rod
Alat ini berupa kerucut tembaga dengan daerah perlindungan berupa kerucut imajiner dengan sudut puncak 112O . Agar daerah perlindungan besar, Franklin rod dipasang pada pipa besi (dengan tinggi 1-3 meter). Makin jauh dari Franklin rod makin lemah perlindungan di dalam daerah perlindungan tersebut. Franklin rod dapat dilihat berupa tiang-tiang di bubungan atap bangunan.

b. Faraday Cage
Untuk mengatasi kelemahan Franklin Rod karena adanya daerah yang tidak terlindungi dan daerah perlindungan melemah bila jarak makin jauh dari Franklin Rod-nya maka dibuat system Faraday Cage. Faraday Cage mempunyai sistem dan sifat seperti Franklin Rod, tapi pemasangannya di seluruh permukaan atap dengan tinggi tiang yang lebih rendah.

c. Ionization Corona
Sistem ini bersifat menarik petir untuk menyambar ke kepalanya dengan cara memancarkan ion-ion ke udara. Kerapatan ion makin besar bila jarak ke kepalanya semakin dekat. Pemancaran ion dapat menggunakan generator listrik atau batere cadangan (generated ionization) atau secara alamiah (natural ionization). Area perlindungan sistem ini berupa bola dengan radius mencapai sekitar 120 meter dan radius ini akan mengecil sejalan dengan bertambahnya umur. Sistem ini dapat dikenali dari kepalanya yang dikelilingi 3 bilah pembangkit beda tegangan dan dipasang pada tiang tinggi.

d. Radioaktif
Meskipun merupakan sistem penarik petir terbaik, namun sudah dilarang penggunaannya karena radiasi yang dipancarkannya dapat mengganggu kesehatan manusia. Selain itu sistem ini akan berkurang radius pengamanannya bersama waktu sesuai dengan sifat radioaktif.