Como se forman los rayos
El rayo es una descarga electrostática natural, producida durante una tormenta eléctrica. La descarga eléctrica precipitada del rayo está acompañada por un fenómeno luminoso, el relámpago, causada por el paso de corriente eléctrica que ioniza las moléculas de aire, y por un fenómeno sonoro, el trueno, desarrollado por la onda de choque. La corriente eléctrica que pasa a través de la atmósfera calienta y expande rápidamente el aire, produciendo el ruido característico del rayo.
Generalmente, los rayos son producidos por particulas negativas por la tierra y positivas a partir de nubes de desarrollo vertical llamadas cumulonimbos. Su parte superior, a 6 km de altura y -20º C, tiene carga positiva y la inferior, a 3 km y entre 0 y 10º C, es negativa. La corteza terrestre se considera negativa, y la ionosfera positiva, pero debajo de la nube hay menos densidad de electrones que en ella, por eso se considera positiva la tierra debajo de la nube. Este inmenso condensador de placas paralelas está separado por aire que al ionizarse pierde sus propiedades aislantes y se convierte en conductor (ruptura dieléctrica). Cuando un cumulonimbo alcanza la tropopausa, las cargas positivas de la nube atraen a las cargas negativas, causando un relámpago y/o rayo. Esto produce un efecto de ida y vuelta, esto se refiere a que al subir las particulas instantaneamente regresan causando la vision de que los rayos bajan.
El primer proceso en la generación del relámpago es la separación de cargas positivas y negativas dentro de una corriente aérea ascendente, fuerte en estas nubes, acumulando así una carga de electricidad estática muy poderosa. Los cristales positivamente cargados tienden a ascender, lo que hace que la capa superior de la nube acumule una carga electrostática positiva. Los cristales negativamente cargados y los granizos caen a las capas del centro y del fondo de la nube, que acumula una carga electrostática negativa.
Una avalancha de electrones en forma de columna ramificada desciende de la nube a más de 105m/s, de forma escalonada. La columna contiene electrones libres y el aire se vuelve más conductor al ser ionizado por estas cargas en movimiento.
Cuando el trazador ha descendido hasta unos 100 metros del suelo su influencia es tan fuerte que genera trazadores ascendentes desde el suelo. Varios trazadores ascendentes pueden competir por contactar con un descendente, resultando el rayo en el primero que haga contacto.
El rayo visible es debido la corriente de retorno, que va del suelo a la nube. Cuando el rayo de retorno desaparece, baja otra guía pero sin pausas. Sigue el mismo camino, ionizándolo otra vez, y cuando toca tierra sube otro rayo de retorno, y así sucesivamente.
Como se inicia una tormenta eléctrica
Los cientificos han estudiado las causas fundamentales que van desde las perturbaciones atmosféricas relacionadas con factores como el viento, humedad y presión, hasta los efectos del viento solar y a la acumulación de partículas solares cargadas. Se cree que el hielo es el elemento clave en el desarrollo, propiciando una separación de las cargas positivas y negativas dentro de la nube.
Está erróneamente extendido que, dada la velocidad del sonido en el aire -340 m/s-, para determinar la distancia a la que caen los rayos, sólo es necesario contar los segundos entre relámpago y trueno. Sin embargo esto, en términos generales, está lejos de la realidad. El trueno se desplaza por medio de ondas explosivas y no mediante ondas acústicas ordinarias, siendo las primeras de propagación mucho más rápida que las acústicas, y de valor no constante. La velocidad de propagación de las ondas explosivas ronda los 12-14 Km/s, unas cuarenta veces mayor que la del sonido. El rayo genera ondas explosivas que se propagan a través del aire, y se identifican como un chasquido inicial.
Cuando el efecto sonoro es fuerte y brusco, el rayo se ha producido muy cerca del espectador, y las ondas percibidas son de tipo explosivo, que aún no se han destruido. Cuando la descarga eléctrica está muy anticipada respecto de la percepción del sonido, se oyen descargas sordas que oscilan en intensidad, y que llegan al espectador con retraso respecto del rayo. Esto indica una distancia mayor respecto del punto de descarga. Sin embargo, no es posible determinar la distancia bajo estas circunstancias, ya que la onda explosiva que transporta el sonido viaja con velocidad variable: a velocidad supersónica inicialmente, y cuando la onda explosiva se destruye a la velocidad del sonido.
Como es sabido, el rayo tiende a caer en lugares altos que lo conduzcan hasta la tierra, lugar a donde debe ir a parar. Por norma general un objeto cubre el doble de distancia a la redonda que su altura; es decir, si un cuerpo mide 10 m, todos los rayos que caigan en un radio de 20 m caerán generalmente sobre él. Por eso no hay que situarse debajo de lugares altos, como árboles o postes, sino alejarse y resguardarse en casa.
Durante una tormenta eléctrica, la tensión que existe en fracciones de segundo entre nube y un objeto a tierra es de entre 1 millón a 1.000 millones de Voltios. Las intensidades de descarga eléctrica son de 5.000 a 340.000 Amperios. La temperatura del aire circundante a los rayos superior a 27.000 °C y el campo electrostático por metro de elevación sobre la superficie de la tierra es de unos 10 kV/m.
Fuentes: Wikipedia y Bretanion
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