los rayos
INTRODUCCIÓN
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Benjamín Franklin fue el primero en demostrar que
los rayos, son de hecho, chispas eléctricas gigantescas. Franklin voló una cometa durante una
tormenta, la misma que cuando fue alcanzada por un rayo, una chispa eléctrica
saltó de la cuerda al suelo. Este famoso experimento con una cometa o papalote, demostró que la
electricidad atmosférica que provoca los fenómenos del relámpago y el trueno,
es de la misma naturaleza que la carga electrostática de la botella de Leyden. Franklin desarrolló una teoría,
según la cual la electricidad es un ‘fluido’ único que existe en toda la
materia, y sus efectos pueden explicarse por el exceso o la escasez de ese
fluido. |
PRODUCCIÓN DE LOS RAYOS
En una nube de tormenta, las fuertes corrientes de aire, separan las
cargas eléctricas o iones. Los iones
positivos se acumulan en la parte superior de la nube, y, los iones negativos
su parte inferior. Los iones negativos
de la base de la nube atraen los iones positivos a las zonas del suelo situadas
bajo la nube, cuando la cantidad de carga es suficientemente grande, salta una
chispa entre la nube y el suelo. En una
fracción de segundo una enorme cantidad de electricidad atraviesa el aire
calentándolo hasta la incandescencia y dando lugar a un rayo.
El Rayo es una descarga eléctrica que normalmente se produce entre nubes
de lluvia o entre una de estas nubes y la tierra. Esta descarga eléctrica, es visible con trayectorias sinuosas y
con ramificaciones irregulares, a veces de muchos kilómetros de distancia,
fenómeno conocido con el nombre de relámpago.
Acompañando al relámpago, se produce también una onda sonora llamada
trueno. El relámpago, es un destello de
luz, es el resplandor visible que se produce por una descarga eléctrica entre
una nube de lluvia y la tierra o entre nubes.
Para que se produzcan los rayos, se requiere que exista una masa de aire
cálido y húmedo que se eleve rápidamente.
Esas corrientes son similares a las que aprovechan los pájaros y los
planeadores. A medida que las gotitas
de humedad se elevan, chocan entre sí y con las moléculas de aire,
electrizándose por frotamiento. Luego,
cuando el aire húmedo está muy alto y se enfría suficientemente, se forma una
nube a una altura de unos 3,000 metros, lo que da lugar a grandes masas de
cúmulo-nimbos de color plomizo. La
parte de arriba es blanquísima y algodonosa y está formada por la acumulación
de minúsculas partículas de hielo. La
fricción de esos cristales de hielo también contribuye a la formación de cargas
eléctricas. Aunque el proceso de
separación de cargas no es del todo conocido, en la parte inferior de la nube
se va acumulando una enorme cantidad de carga negativa.
Una vez que la nube se ha cargado intensamente con carga negativa, tiene lugar un fenómeno conocido como inducción o influencia electrostática, fenómeno que está presente en nuestra vida diaria, Incluso nosotros mismos podemos acumular carga electrostática y, por ejemplo al tocar a otra persona, descargarla como una chispa de corriente que nos produce cierto sobresalto. Es así que la carga negativa acumulada en la nube, repele o rechaza a la carga negativa (electrones) que pudiera haber en el suelo (tierra) que en principio es eléctricamente neutro. Esto da lugar a que esa carga se retire hacia dentro de la tierra, dejando un residuo cargado positivamente. Si la nube se mueve y avanza, el suelo bajo ella, se va electrizando positivamente como si se tratara de una sombra positiva bajo la nube.
La ionización positiva puede ser muy intensa y afecta especialmente a
los objetos prominentes del suelo (el poder de las puntas) e incluso al aire
circundante próximo al suelo que también se carga de electricidad
positiva. Este aire positivo se ve
enseguida atraído por la nube negativa que tiene encima y comienza a moverse en
forma de corriente ascendente originando un "viento" vertical hacia
arriba.
Ese viento puede elevarse hasta la nube y descargarla lentamente
eliminando el riesgo de chispa o bien puede producir el efecto contrario, es
decir puede preparar un "pasillo" o corredor positivo que favorece el
fenómeno del rayo. Este pasillo es un "precursor",
que servirá de ruta para la descarga negativa desde la nube a la tierra.
Como quiera que se forme, la carga negativa en la base de la nube induce
otra positiva en la tierra situada debajo de esta, que actúa como la segunda
placa de un condensador gigante. Cuando el potencial eléctrico entre dos nubes
o entre una nube y la tierra alcanza una magnitud suficiente (unos 10,000
Voltios por cm), el aire se ioniza a lo largo de una trayectoria estrecha, y se
produce el destello de un relámpago.
Muchos meteorólogos creen que esta es la forma en la que la carga
negativa es transportada hacia el suelo y que así se mantiene la carga negativa
total de la superficie de la Tierra.
Una nueva teoría sugiere que la polarización eléctrica de las nubes
puede ser la causa de la precipitación y no una consecuencia de ella; asimismo
postula que el potencial eléctrico existente entre la ionosfera —capa superior
de la atmósfera— y la tierra induce la polarización. Según esta teoría, el flujo ascendente de aire caliente a través
de una nube lleva consigo partículas con carga positiva que se acumulan en la
cima de la nube y que atraen cargas negativas de la ionosfera. Estas son conducidas hacia la base de la
nube por corrientes descendentes poderosas en la periferia de la nube; así se
evita que las cargas opuestas se neutralicen unas con otras.
Quizás el 90% de todos los rayos que van desde las nubes hasta el suelo
son negativos; el resto son destellos positivos. Con menor frecuencia se pueden producir rayos desde la tierra
hacia las nubes, en particular desde cumbres de montañas o desde objetos altos
como las antenas de radio.
Los rayos, de acuerdo a su inicio y destino se pueden clasificar
en: Nube a Cielo o
"duendes", que son descargas eléctricas dirigidas hacia la
atmósfera; es decir, más arriba de las nubes. Nube a Tierra, los más típicos, espectaculares y
peligrosos, por supuesto. Intranubes,
es decir dentro de una misma nube, se manifiestan como relámpagos con algunos
truenos. Finalmente los llamados Internubes,
de una nube a otra, con grandes truenos.
Estudios con cámaras de alta velocidad han mostrado que la mayoría de
los destellos de rayos son sucesos múltiples compuestos de hasta 42 'rayos'
principales, cada uno de los cuales está precedido por un rayo guía. Todos siguen una trayectoria ionizada inicial
que puede ramificarse junto al flujo de corriente. El intervalo medio entre rayos sucesivos es de 0.02 s, y 0.25 s
el intervalo medio entre destellos.
Puesto que la duración de un rayo no supera los 0.0002 s, los lapsos
entre rayos ocupan la mayor parte de la duración de un 'destello'. Los llamados rayos en láminas, son sólo la
reflexión de uno ordinario en las nubes.
Los rayos en bola, son un fenómeno raro en que la descarga toma la forma
de una bola luminosa y lenta, que a veces estalla y otras simplemente decae.
Las fotografías de rayos muestran además un parpadeo muy rápido que es
interpretado como una serie descargas eléctricas que van de arriba abajo y
viceversa, volviendo la corriente de nuevo a la nube como si se produjera un
rebote contra el suelo.
IDEAS ERRÓNEAS SOBRE LOS RAYOS
Se deben mencionar tres ideas comunes y erróneas sobre los rayos. La primera dice que los rayos no alcanzan
dos veces un mismo lugar. Pruebas fotográficas
muestran que un rascacielos u otra estructura elevada puede ser golpeada muchas
veces durante una sola tormenta. La
segunda es que el lugar más seguro durante una tormenta de rayos está bajo un
árbol alto. Los árboles, debido a su
altura, son propensos a ser alcanzados por rayos y, por tanto, son
verdaderamente peligrosos durante las tormentas eléctricas violentas, lo más
seguro para una persona que está fuera de su casa es permanecer en el interior
de un coche con estructura metálica o acostarse en el suelo de un lugar
descampado. El tercer concepto erróneo
es que los rayos estén siempre asociados con truenos. Los observadores que escuchen los truenos para contar los rayos
pueden perderse hasta un 40% de estos últimos.
Los rayos matan o dañan a más personas que los tornados o los
huracanes. Provocan un 40% de los
incendios de granjas y muchos bosques se queman por su acción. Sin embargo, no todo lo relativo a los rayos
es negativo. El suelo se enriquece con
el nitrógeno liberado desde la atmósfera por los rayos y transportado por las
gotas de lluvia. Algunos científicos
creen que los rayos pueden haber sido un elemento esencial en el origen de la
vida en nuestro planeta, con la creación de los compuestos químicos complejos
que dieron lugar a la materia viva a partir de elementos simples.
Pararrayos
El pararrayos, es un
dispositivo formado por una o más barras metálicas terminadas en punta y unidas
entre sí y con la tierra, o con el agua, mediante conductores metálicos, y que se
coloca sobre los edificios, las torres o los buques, para preservarlos de los
efectos del rayo.
La mayoría de los pararrayos están fundados en el efecto de las puntas,
o tendencia de las cargas a escapar por las regiones de máxima curvatura; en
este efecto se basó el pararrayos de Benjamín Franklin. El campo eléctrico en el extremo del
pararrayos, es lo suficientemente intenso para ionizar el aire y estas cargas,
opuestas a las de la nube, escapan hasta neutralizar o disminuir la diferencia
de potencial existente entre la tierra y la nube, que podría dar lugar a la
descarga eléctrica en forma de rayo.
Por otro lado, cuando el rayo descarga sobre el pararrayos, la carga se
desliza hasta el suelo sin causar daño.
Para proteger los edificios de los rayos, se instalan barras metálicas
desde el suelo hasta una altura superior al punto más alto del tejado. Los pararrayos establecen una vía con baja
resistencia para el paso de la descarga y evitan así que la carga atraviese la
estructura del edificio. Las líneas de
electricidad y las antenas de radio se protegen con dispositivos o captadores
de rayos que consisten en una pequeña separación llena de aire entre la línea y
un cable unido al suelo. Esta
separación ofrece una gran resistencia a tensiones ordinarias, pero un rayo con
un potencial de decenas de millones de voltios, provoca la ionización del gas,
creando una vía de baja resistencia hacia la tierra para la descarga.