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Como Se Forma Un Rayo Y Conoce 6 Tipos De Este Fenómeno Natural.

Es el rayo es una descarga poderosa natural de electricidad estática, generada durante una tormenta eléctrica, que crea un pulso electromagnético. Es acompañada la descarga eléctrica despedida del rayo por la emisión de luz “el relámpago”, causada por el pasar de corriente eléctrica, que las moléculas de aire ioniza, y por el eco del trueno, desarrollado por la onda de choque. La corriente eléctrica que pasa por medio de la atmósfera caliente y rápidamente expande el aire, generando el ruido característico del trueno. Se encuentran en estado plasmático los rayos. Sigue leyendo este post y entérate como se forma un rayo.

Mide un rayo en promedio 1500 metros y fue registrado el más extenso en Texas y este logró alcanzar los 190 kilómetros de longitud. Viaja un rayo a una velocidad media de 440 kilómetros por segundo, pudiendo alcanzar unas velocidades de hasta 1400 kilómetros por segundo. La diferencia de potencial es de mil millones de voltios con respecto al suelo. Cada año se registran 16 000 000 de tormentas con rayos.

Los rayos generalmente, son producidos por partículas positivas en la tierra y por partículas negativas en las nubes de desarrollo vertical denominada cumulonimbos. Cuando un cumulonimbo lograr alcanzar la tropopausa, las cargas positivas que se encuentran en la nube atraen por consiguiente a las cargas negativas; tal movimiento de cargas por medio de la atmósfera forman los rayos. Esto genera un efecto de ida y de vuelta; se refiere que al subir las partículas de manera instantánea regresan generando la visión de que los rayos bajan. Puede un rayo generar una potencia instantánea de 1 gigawatt (o sea mil millones de vatios), pudiendo fácilmente ser comparable a la de una explosión nuclear. Es la disciplina que, dentro de la meteorología, estudia todo lo que tiene que ver con los rayos se denomina ceraunología.

Como se forma un rayo.

En cuanto a como se forma un rayo y también cómo se inicia la descarga eléctrica sigue siendo un tema de discusión.​ Han estudiado los científicos las causas fundamentales, que por lo general van desde las perturbaciones atmosféricas (humedad, viento y presión) inclusive hasta los efectos del viento solar y la acumulación de las partículas solares cargadas.​ ​Se cree que es el hielo el componente clave en el desarrollo del rayo, propiciando pues una separación de las cargas positivas y negativas en el interior de la nube. Pueden los rayos producirse en las nubes de cenizas de las erupciones volcánicas, o también puede ser causado por violentos incendios forestales que produzcan polvo capaz de generar carga estática.

el relámpago

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La hipótesis de la inducción electrostática.

De acuerdo con la suposición de la inducción electrostática, son impulsadas las cargas con procesos que hasta ahora  son inciertos. Parece la separación de las cargas requerir de una fuerte corriente aérea ascendente que lleve hacia arriba las gotas de agua, superenfriándolas aproximadamente entre los 10 y los 20 °C bajo cero. Tales colisionan con los cristales de hielo generando una combinación de agua-hielo que se denomina granizo. Producen las colisiones que una carga ligeramente positiva sea trasladada a los cristales de hielo, y una carga ligeramente negativa sea trasladada hacia el granizo. Conducen las corrientes los cristales de hielo más ligeros hacia arriba, generando que en la zona posterior de la nube se almacenen cargas positivas. Causa la gravedad que el granizo más pesado con carga negativa descienda hacia el centro y también a las partes más bajas de las nubes. La dispersión de las cargas y la acumulación se extiende hasta que el potencial eléctrico se torne suficiente para comenzar una descarga eléctrica, que acontece cuando la distribución de las cargas positivas y las cargas negativas forman un campo eléctrico suficientemente fuerte. Esta información es muy importante para lograr entender como se forma un rayo.

La hipótesis de la inducción electrostática

Hipótesis del mecanismo de polarización.

El conjunto por el cual sucede la separación de cargas sigue siendo objeto de investigación. Otra hipótesis viene siendo el mecanismo de polarización, que tiene dos componentes:

  1. La caída una de las gotas de hielo y de agua se vuelven eléctricamente polarizadas en el momento en que caen por medio del campo eléctrico natural de la Tierra;
  2. Se cargan por inducción electroestática las partículas de hielo que chocan.

Existen varias hipótesis adicionales que revelan el origen de la separación de cargas.

Hipótesis del mecanismo de polarización

La ruta principal e impacto de retorno.

Una carga eléctrica en una nube de tormenta, igual aunque opuesta a la carga de la base de la nube se por debajo de la nube induce en la tierra. El suelo con carga inducida lleva el movimiento de la nube manteniéndose por debajo; si es lo suficientemente fuerte el campo eléctrico, una descarga electrostática (que es denominada corriente positiva) a partir de estas condiciones puede desarrollarse. Fue esto teorizado por Heinz Kasemir. A medida que aumenta el campo eléctrico, puede la corriente positiva convertirse en una ruta principal más grande y caliente que la actual y llegar finalmente a la ruta principal de paso que desde la nube desciende.

Es posible también que muchas corrientes se desarrollen por medio de distintos objetos simultáneamente, con sólo uno creando contacto con el principal y creando la trayectoria de la descarga principal. De este proceso se han tomado fotografías inclusive cuando ambas corrientes aún no estaban conectadas.

Cuando el canal de aire ionizado entre la nube y el suelo se establece, se transforma  en una ruta de menor resistencia, y cede una propagación de corriente mucho mayor desde la tierra a la nube. Es este el impacto de retorno y es además el que más intensidad luminosa posee, siendo una de las partes que más se nota de la descarga del rayo.

La inicial descarga bipolar, o ruta de aire ionizado, inicia con una mezcla de agua con carga negativa y en la nube de tormenta una región de hielo. Son conocidos como rutas principales de paso los canales de descarga ionizados, superan la mayoría de éstas los 45 metros de longitud. Avanzan en direcciones opuestas las rutas principales cargadas positiva y negativamente. Avanzan hacia abajo las cargadas negativamente en una serie de saltos rápidos (pasos). A medida que el descenso continúa, pueden ramificarse en varios caminos las rutas principales de paso. El aumento de las rutas principales de paso toma un tiempo largo relativamente, en llegar al suelo (cientos de milisegundos). Necesita esta fase inicial de una pequeña corriente eléctrica (decenas o cientos de amperios, siendo casi invisible ésta, cuando se mide con el canal de rayos posterior.

Cuando alcanza el suelo una ruta principal de paso, mejora la potencia del campo eléctrico la presencia de cargas opuestas en el suelo. Es más fuerte en objetos en contacto con el suelo el campo eléctrico, cuyas partes más altas se encuentran cercanos a la base de la nube de la tormenta, como edificios altos o árboles.

La ruta principal e impacto de retorno

Tipos de rayos más conocidos.

Para entender como se forma un rayo  que presentan características particulares algunos rayos; han dado nombres a estos distintos tipos de rayos los científicos y el público en general. Es el rayo streak el rayo que se observa más comúnmente. No es esto, más que el trazo de retorno, la porción visible del trazo del rayo. Se producen dentro de una nube la mayoría de los trazos, por lo que no logramos ver la mayoría de los trazos individuales de retorno en el transcurso de una tormenta.

Tipos de rayos más conocidos

1. El rayo de nube a tierra.

Es este el rayo más conocido y el segundo tipo más común. Este representa la mayor amenaza tanto para la vida como para la propiedad, entre todos los tipos de rayos, ya que impacta contra la tierra. Es una descarga entre una nube cumulonimbus y la tierra, el rayo nube a tierra. Inicia con un trazo inicial que se moviliza desde la nube hacia abajo.

El rayo de nube a tierra

2. El rayo perla.

Es el rayo perla un tipo de rayo de nube a tierra que parece desencadenar en una cadena de secciones cortas y brillantes, que duran más que una habitual descarga. Es respectivamente raro. Se han presentado varias teorías para poder explicarlo; una es que ve el observador porciones del final de canal de relámpago, y que estas partes parecen especialmente brillantes. Otra teoría es que, en el rayo cordón, varía el ancho del canal; ya que el canal de relámpago se enfría y se desvanece, las secciones más amplias se enfrían más lentamente y aun así permanecen visibles, pareciendo una cadena de perlas y rara vez se elevan en el cielo esparciendo a lo largo del rayo una luz.

El rayo perla

3. Rayo staccato.

El rayo staccato es un rayo de nube a tierra, el cual tiene un trazo de duración corta, este aparece como un único flash muy brillante y muy a menudo tiene ramificaciones considerables.​

Rayo staccato

4. Rayo bifurcado.

El rayo bifurcado es prácticamente un nombre, no de uso formal, para los rayos de nube a tierra que la ramificación de su ruta exhibe.

Rayo bifurcado

5. Rayo de tierra a nube.

Es el rayo tierra a nube es una descarga que ocurre entre la tierra y una nube cumulonimbus, que es iniciado por un trazo ascendente inicial; es este mucho más raro que el rayo nube a tierra. Este tipo de rayo se genera cuando iones cargados negativamente, desde el suelo se elevan y se encuentran con iones cargados positivamente en una nube cumulonimbus. Entonces vuelve a tierra como trazo el rayo.

Rayo de tierra a nube

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6. Rayo de nube a nube.

Este tipo de rayos tienden a producirse entre las zonas de nube que no se encuentran en contacto con el suelo. Cuando entre dos nubes separadas ocurre; es denominado rayo inter-nube y cuando se produce entre zonas de distinto potencial eléctrico, dentro de una sola nube, se llama rayo intra-nube. El rayo Intra-nube es el tipo que sucede con más frecuencia. ​ En la naturaleza existe un fenómeno muy poco conocido, al cual se le conoce con el nombre de centella, bolas de luz, bolas de fuego o centella. Son Estas luminosas esferas tan brillantes como las lámparas fluorescentes. El tamaño de tales esferas varía de algunos centímetros a varios metros de diámetro. Pueden además tomar cualquier coloración, aunque el verde y el violeta son muy raros de ver.

En condiciones especiales el fenómeno toma cuerpo y es instantánea su materialización. En algunas ocasiones parece que el destello es continuo y, en otras, intermitente. Pueden viajar las centellas paralelamente a lo largo de un conductor, cerca de una sustancia aislante, o en el seno del aire mismo. Puede durar el fenómeno de unos cuantos segundos a varios minutos. Ciertas centellas se desvanecen poco a poco y otras abruptamente desaparecen y, en otras ocasiones, explotan.

Rayo de nube a nube

El pararrayos.

Es el pararrayos un instrumento cuyo objetivo es atraer un rayo ionizado del aire con el fin de conducir la descarga hacia tierra, de tal manera que no cause daños a las personas o las construcciones. Fue inventado en el año 1752 por Benjamín Franklin. Se conoce el primer modelo como “pararrayos Franklin”, esto en homenaje a su inventor.

 

Estructura y funcionamiento del pararrayos.

Consisten las instalaciones de pararrayos en un mástil metálico (acero inoxidable, cobre, aluminio o acero) con un cabezal captador. Tiene el cabezal muchas formas en función de su primer funcionamiento: puede ser semiesférico, esférico, en punta o en multipuntas, y debe sobresalir por encima de las partes más altas del edificio esto con el fin de evitar que una gran cantidad de carga eléctrica genere daños, como incendios o inclusive la muerte de animales o de personas. Está unido el cabezal a una toma eléctrica de tierra por medio de un cable conductor de cobre.

Se construye la toma de tierra mediante picas de metal que en el terreno hacen las funciones de electrodos o mediante placas de metal conductoras que también están enterradas. En un principio, protege un pararrayos una zona teórica de forma cónica con el vértice en el cabezal; depende del ángulo de apertura de cono el radio de la zona de protección, y a su vez éste depende de cada tipo de protección. En cada país las instalaciones de pararrayos se regulan por guías de recomendación o normas.

El principal objetivo de estos sistemas es minimizar los daños que puede provocar la caída de un rayo sobre otros elementos. Son vulnerables muchos instrumentos a las descargas eléctricas, sobre todo si se habla del sector de las electromecánicas, telecomunicaciones, automatización de procesos y servicios, cuando se produce una tormenta con actividad eléctrica de rayos. Incluyen casi todos los equipos tecnologías electrónicas que son sensibles a las perturbaciones electromagnéticas y bruscas variaciones de la corriente. La más importante fuente de radiación electromagnética es la descarga de un rayo en un elemento metálico o, en su caso, en un pararrayos. Generan las instalaciones de pararrayos pulsos electromagnéticos de gran potencia cuando funcionan.

El pararrayos

La necesidad de los pararrayos.

Es el rayo un fenómeno meteorológico que produce severos efectos eléctricos, térmicos y mecánicos, en función de su energía durante su descarga. Se conocen rayos con trayectoria descendente y ascendente, que en función de la actividad tormentosa varían de valor y también por su situación geográfica. Oscilan entre 5.000 y 350.000 amperios los valores de corriente que pueden aparecer en un solo rayo, con una media de 50.000 amperios. Son cada vez más amplias durante el año las temporadas de tormentas y aparecen inclusive en invierno; es muy variable su distribución geográfica, y pueden existir variaciones importantes en los mapas ceráunicos de la actividad de tormentas y la densidad de los rayos.

Puede provocar la elevada intensidad de un rayo paro cardíaco o respiratorio por electrocución de un ser vivo, esto debido al paso de la corriente de descarga. Provoca el impacto directo de un rayo daños en las estructuras (antenas telecomunicaciones, edificios, industrias, etc.). Disipa calor por el efecto Joule el impacto de un rayo y, por lo tanto, puede llegar a producir incendios. Uno de los mayores causantes de la subida de la actividad de tormentas es el cambio climático y también del aumento de la densidad de rayos, y por defecto de la aparición de distintos accidentes en protegidas instalaciones con pararrayos en punta.

La necesidad de los pararrayos

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