<p style=”text-align: justify;”>El rayo es una descarga eléctrica en forma de chispa o destello que se origina en una nube cargada. El relámpago es una chispa eléctrica muy larga, “muy larga” que significa más de aproximadamente 1 kilómetro. La mayoría de los rayos se generan en tormentas eléctricas y se caracterizan por una longitud de 5 a 10 km, en el extremo de unos 100 km.
Las nubes de trueno están cargadas, y que el centro de carga negativa está ubicado en la parte inferior de la nube, donde la temperatura es de aproximadamente – 50 °C, y que el centro principal de carga positiva está ubicado varios kilómetros más arriba, donde la temperatura suele ser inferior. – 200 °C. En la mayoría de las nubes de tormenta, también hay una región cargada positivamente cerca de la base de la nube donde la temperatura es de 0 °C.
La siguiente figura muestra una nube de este tipo ubicada sobre una línea de transmisión aérea.
Existen campos eléctricos de alrededor de 1000 V/m cerca del centro de una sola nube bipolar en la que las cargas de alrededor de 20 C están separadas por distancias de alrededor de 3 km, e indican que la diferencia de potencial total entre los principales centros de carga está entre 100 y 1000 MV. La energía disipada en un relámpago 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 °C en unas pocas decenas de microsegundos.
La separación 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 eléctrica promedio, se generaría un total del orden de kiloculombios de carga, entre los niveles de 0 °C y -40 °C, en un volumen de unos 50 km3.
Bajo la influencia de campos suficientemente intensos, las gotas de agua grandes se alargan en la dirección del campo eléctrico 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 eléctrico supera los 9 kV/cm, que es mucho menor que los 30 kV/cm necesarios para iniciar la descomposición del aire seco.
Cuando el campo eléctrico en la vecindad de uno de los centros de carga negativa se acumula hasta el valor crítico 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 podría ser tan alta como una décima 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 después de la primera transmisión, se produce una segunda transmisión, que sigue de cerca la ruta de la primera y propaga el canal ionizado un poco más antes de que también se agote. Este proceso continúa 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 líder escalonado.
Cuando el líder 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.
Después del primer golpe o golpe principal y después de unos 40 ms, un segundo golpe líder se propaga a tierra de manera continua y rápida y de nuevo le sigue un golpe de retorno. Este segundo y posteriores golpes de líder que viajan a lo largo del canal ya energizado se denominan Líderes de dardos.
Lo que aparece como un único relámpago suele consistir en una serie de rayos sucesivos, siguiendo la misma trayectoria en el espacio, a intervalos de unas pocas centésimas de segundo. El número medio de golpes en un golpe múltiple 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 duración media de un destello completo es de unos 250 ms.
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