Comprender los fen贸menos de rayos

<p style=”text-align: justify;”>El rayo es una descarga el茅ctrica en forma de chispa o destello que se origina en una nube cargada. El rel谩mpago es una chispa el茅ctrica muy larga, “muy larga” que significa m谩s de aproximadamente 1 kil贸metro. La mayor铆a de los rayos se generan en tormentas el茅ctricas y se caracterizan por una longitud de 5 a 10 km, en el extremo de unos 100 km.

Las nubes de trueno est谩n cargadas, y que el centro de carga negativa est谩 ubicado en la parte inferior de la nube, donde la temperatura es de aproximadamente 鈥 50 掳C, y que el centro principal de carga positiva est谩 ubicado varios kil贸metros m谩s arriba, donde la temperatura suele ser inferior. 鈥 200 掳C. En la mayor铆a de las nubes de tormenta, tambi茅n hay una regi贸n cargada positivamente cerca de la base de la nube donde la temperatura es de 0 掳C.

La siguiente figura muestra una nube de este tipo ubicada sobre una l铆nea de transmisi贸n a茅rea.

Existen campos el茅ctricos de alrededor de 1000 V/m cerca del centro de una sola nube bipolar en la que las cargas de alrededor de 20 C est谩n separadas por distancias de alrededor de 3 km, e indican que la diferencia de potencial total entre los principales centros de carga est谩 entre 100 y 1000 MV. La energ铆a disipada en un rel谩mpago es, por lo tanto, del orden de 1000 a 10 000 MJ, gran parte de la cual se gasta en calentar una estrecha columna de aire que rodea la descarga, la temperatura se eleva a unos 15 000 掳C en unas pocas decenas de microsegundos.

La separaci贸n vertical de los centros de carga positiva y negativa es de aproximadamente 2 a 5 km, y las cargas involucradas son de 10 a 30 C. La corriente promedio disipada por un rayo es del orden de los kiloamperios. Durante una tormenta el茅ctrica promedio, se generar铆a un total del orden de kiloculombios de carga, entre los niveles de 0 掳C y -40 掳C, en un volumen de unos 50 km3.

Bajo la influencia de campos suficientemente intensos, las gotas de agua grandes se alargan en la direcci贸n del campo el茅ctrico y se vuelven inestables, y se desarrollan serpentinas en sus extremos con el inicio de las descargas de corona. Las gotas de 2 mm de radio desarrollan serpentinas si el campo el茅ctrico supera los 9 kV/cm, que es mucho menor que los 30 kV/cm necesarios para iniciar la descomposici贸n del aire seco.

Cuando el campo el茅ctrico en la vecindad de uno de los centros de carga negativa se acumula hasta el valor cr铆tico de alrededor de 10 kV/cm, se forma un canal ionizado o serpentina, que se propaga desde la nube a la tierra con una velocidad que podr铆a ser tan alta como una d茅cima parte de la velocidad de la luz. Por lo general, esta serpentina se extingue solo a una corta distancia de la nube.

Aproximadamente cuarenta microsegundos despu茅s de la primera transmisi贸n, se produce una segunda transmisi贸n, que sigue de cerca la ruta de la primera y propaga el canal ionizado un poco m谩s antes de que tambi茅n se agote. Este proceso contin煤a varias veces, aumentando cada paso la longitud del canal de 10 a 200 m. Debido a la secuencia escalonada en la que esta serpentina viaja a la tierra, este proceso se denomina trazo de l铆der escalonado.

Cuando el l铆der escalonado ha llegado a una distancia de 15 a 50 m de la tierra, la intensidad del campo en la tierra es suficiente para que se desarrolle un cable ascendente y llene el espacio restante. Una gran corriente neutralizadora fluye a lo largo del camino ionizado, producida por el conductor escalonado, para neutralizar la carga. Este flujo de corriente se denomina carrera de retorno y puede transportar corrientes de hasta 200 kA, aunque la corriente promedio es de unos 20 kA.

Despu茅s del primer golpe o golpe principal y despu茅s de unos 40 ms, un segundo golpe l铆der se propaga a tierra de manera continua y r谩pida y de nuevo le sigue un golpe de retorno. Este segundo y posteriores golpes de l铆der que viajan a lo largo del canal ya energizado se denominan L铆deres de dardos.

Lo que aparece como un 煤nico rel谩mpago suele consistir en una serie de rayos sucesivos, siguiendo la misma trayectoria en el espacio, a intervalos de unas pocas cent茅simas de segundo. El n煤mero medio de golpes en un golpe m煤ltiple es de cuatro, pero puede llegar a 40. El intervalo de tiempo entre los golpes oscila entre 20 y 700 ms, pero con mayor frecuencia es de 40 a 50 ms. La duraci贸n media de un destello completo es de unos 250 ms.

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