Rayo: descarga eléctrica de 150 millones de voltios
2001/03/25 Astobiza, Amaia
En los días de tormentas eléctricas, podemos decir que las nubes actúan como enormes condensadores. Los condensadores son instrumentos formados por dos láminas conductoras. Entre estas placas se encuentra un dieléctrico, es decir, un aislante eléctrico. Aplicando la tensión, las cargas negativas se acumulan en una lámina y las positivas en la otra. De esta forma se crea un campo eléctrico entre las dos planchas donde se puede almacenar electricidad. Como se ha dicho, las nubes también actúan de forma similar. Por los motivos que explicaremos más adelante, la parte superior de las nubes se convierte en positiva y la inferior en negativa.
Pero para comprender mejor los procesos que se producen en el interior de las nubes, recordemos los días sargóricos del verano. En estos casos, la humedad del aire es evidente y la superficie terrestre está muy caliente. Por ello, el aire próximo al suelo se calienta y se expande fácilmente, disminuyendo la densidad y desplazando el aire hacia arriba. En el ascenso se producen dos fenómenos juntos. Por un lado, el aire se enfría porque se aleja del calor del suelo. Por otra parte, el aumento de la altitud, unido a una menor presión atmosférica, hace que el aire se propague más, lo que también ayuda a la refrigeración.
En un momento de este proceso de refrigeración, el aire ya no es capaz de retener tanta humedad, por lo que el agua se condensa y se forma la niebla. En este proceso de condensación del vapor se libera calor, por lo que la nube todavía sube más rápido y aumenta mucho. Además, cuanto más alta sea la nube, menor será la temperatura en la parte superior de la nube. Cuando llega a -10 y -20 C, el vapor de agua de la nube se sublima formando cristales de hielo. Así pues, en ese momento, en la parte inferior de la nube tenemos las gotas de agua y los trozos de hielo en la parte superior.
Pero las gotas de agua generadas son muy pequeñas y no precipitan por sí mismas. Debido a las turbulencias en el aire, las gotas de agua y los cristales de hielo se tocan. Poco a poco los cristales de hielo aumentan y comienzan a caer. Al caer, la temperatura de los cristales aumenta. Al llegar a la zona 0 C los cristales se funden y entonces sí, ha llegado la hora de sacar el paraguas o de buscar refugio en la rampa. No obstante, es posible que las gotas de agua generadas por la fusión de los cristales sean capturadas por otra turbulencia y vuelvan a la parte superior. La formación de cristales de hielo de cierta envergadura en esta parte superior precipitará como granizo. Pero, a partir de estos hechos, ¿cómo se producen los rayos? ¿Cómo se produce la transferencia de energía anteriormente mencionada? Hay varias teorías que tratan de explicar este fenómeno. Nosotros, aquí, explicaremos lo más extendido y aceptado.
Como hemos dicho antes, las turbulencias provocan que los cristales de hielo y las gotas de agua se choquen y se fusionen. Pero eso no siempre es así y hay algunos que se pegan pero no se unen. En su lugar, se liberan unos electrones de la humedad ascendente. Los electrones liberados se acumulan en la parte inferior de la nube, por lo que esta parte de la nube queda cargada negativamente. La humedad ascendente, al perder los electrones, tiene una carga positiva. Por ello, se carga positivamente la parte superior de la nube. Como la temperatura en la parte superior es más baja, la parte superior de la nube se congela formando trozos de hielo cargados positivamente.
Los impactos y la congelación son constantes, por lo que en la parte inferior de la nube hay cada vez más cargas negativas y la intensidad del campo eléctrico es mayor. Finalmente, la carga negativa en la parte inferior de las nubes es tan grande que repele las cargas negativas de la superficie terrestre. En consecuencia, la superficie de la tierra queda cargada positivamente. Ahora, lo único necesario para que se produzca la transferencia de energía es un camino que sirve de puente entre la niebla y la tierra. El que juega este papel es el aire que rodea la nube. Pero para ello es necesario ionizar el aire. ¿Y cómo pasa eso?
En primer lugar, la parte conductora de la nube cargada negativamente se acerca al suelo y atrae las cargas positivas del suelo. En la Tierra, las cargas positivas están en miles de lugares. Por ejemplo, en agujas de pino o en hojas cortas de hierba. Todas estas cargas positivas se unen en el extremo del conductor, es decir, el objeto terrestre también se ioniza. Al final, la diferencia de potencial entre la nube y la tierra es tan grande que el aire que rodea la nube se rompe de alguna manera, se ioniza. Entonces, la corriente se propaga por el aire para neutralizar la distribución de cargas. Dicho de alguna manera, esta rotura de aire cortocircuita entre la nube y la tierra como si hubiera un cable metálico entre ambas.
Pero antes de que se produzca esta drástica descarga se producen una serie de descargas mucho menos energéticas que marcan el camino recorrido por el rayo principal. El fenómeno comienza por tanto con una pequeña chispa. Esta chispa realiza saltos en el aire discontinuos en busca de regiones menos resistentes. Si en un punto se encuentran con dos o más regiones poco resistentes, la chispa inicial se ramifica y sus ramas siguen propagándose por el camino más sencillo posible. En la mayoría de los casos, antes de que estas chispas lleguen al suelo, por algún pico cercano (edificios, árboles, etc.) salen otras chispas y se corresponden con las procedentes de las nubes. En ese momento se produce la mayor descarga. Y es que esta descarga también es una serie de descargas separadas por una décima de segundo y cuyo número puede llegar a los 40.
La velocidad de propagación de la descarga en el aire puede variar entre 30.000 y 160.000 km/s. Cuando ocurre, el aire se calienta tanto que al final da mucha luz. ¡Y mira, el rayo!, ¿lo has visto? Pero el rayo nunca viene en silencio. Como el aire se propaga tan bruscamente, se crea una onda de presión que produce el trueno. A nosotros, cuando escuchamos, nos parece que roza y se repite, porque percibimos el ruido que escuchamos cada vez más cerca de la base de la nube. Además, este ruido se confunde con el eco que se produce por barreras naturales y artificiales. Pero, tranquilo, ¡sólo es una descarga eléctrica de unos 150 millones de voltios!
¡No te atrapará el rayo!
El rayo se observa cuando se produce la transferencia de carga positiva o negativa. Esta transferencia puede ser de un lado a otro de la nube, entre las nubes o entre la nube y la tierra. Sin embargo, los rayos más nocivos son los que se producen entre las nubes y la tierra. Los más habituales son los de carga negativa, en torno al 90%.
Por el contrario, los rayos de carga positiva son raros y se producen sobre todo a finales de la tormenta. Sin embargo, son más peligrosos que los de carga negativa. Esto se debe a que las corrientes de aire que se generan son dobles y por tanto duran más tiempo. De este modo, producen quemaduras y aumenta considerablemente la temperatura de los objetos afectados por el rayo.
En general, la tensión necesaria para ionizar el aire y producir un rayo es de unos 300.000 voltios por metro. Es decir, si la nube se encuentra a 500 metros del suelo, la diferencia de potencial para que se produzca el rayo debe rondar los 150 millones de voltios. Por otra parte, la intensidad de esta corriente corta puede variar entre 10.000 y 500.000 amperios.
La luz del rayo, si está atento, la vemos inmediatamente después de su formación, ya que se propaga a una velocidad aproximada de 300.000 km/s. La velocidad de propagación del trueno es relativamente baja, en torno a los 340 m/s. Midiendo el tiempo transcurrido desde que hemos visto el rayo hasta que hemos escuchado el trueno, podemos calcular la distancia aproximada al punto de caída del rayo.
Para ello sólo tenemos que multiplicar los segundos pasados por 340. Pero, ¡ojo!, ¡que no te espere que la lluvia te calcule! Por si acaso, sepa que las gotas de lluvia que te dejarán melancólicamente después de la descarga eléctrica caen a una velocidad de 6-7 m/s.
Además, si es posible, lo ideal es entrar en casa o dentro del coche y observar la belleza de los rayos desde el otro lado del cristal. En cualquier caso, no intente protegerse bajo el puente, ya que los árboles atraen a los rayos. Lo más importante es que el contacto con la tierra sea lo más mínimo posible y que el cuerpo sea lo más bajo posible, de esta manera, si un rayo cae cerca de ti, la corriente eléctrica costará pasarse por tu cuerpo.
Publicado en el suplemento Natura de Gara
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