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Rayo: qué es, tipos, cómo y por qué ocurre

Ecosistemas

El rayo es un fenómeno espectacular conocido por todos, acompañado de truenos. A pesar del increíble progreso científico y tecnológico y las capacidades humanas, la naturaleza de los rayos todavía se conoce poco. Conoce las causas y el proceso de los rayos, sus tipos.

Rayo: ¿qué es?

El rayo es una poderosa descarga de chispa eléctrica que se produce en la capa de gas de nuestro planeta, la atmósfera. Normalmente, los rayos ocurren durante una tormenta eléctrica. Ella toma la forma de brillantes destellos de luz, acompañados de truenos.

Un hecho interesante: los rayos ocurren no solo en la Tierra, sino también en otros planetas: Urano, Venus, Saturno, Júpiter y otros

Cómo y por qué ocurre un rayo

En la mayoría de los casos, los rayos se forman en nubes de tipo cumulonimbus y, a veces, en grandes estratos. Las nubes de tormenta se destacan claramente del resto debido al rico color oscuro.

El tinte azul oscuro aparece debido al grosor de la nube. Al mismo tiempo, su borde inferior se encuentra a una altitud de aproximadamente 1 km sobre la superficie de la tierra, y el superior alcanza los 6-7 km de altura.

Como saben, la nube se compone de vapor de agua. En la altura, las gotas se congelan y se convierten en cristales de hielo. Debido a la distribución desigual de la temperatura, el aire calentado se eleva hacia arriba y genera partículas finas de hielo. Al mismo tiempo, descienden témpanos de hielo congelados más grandes: las partículas chocan constantemente.

En caso de colisión, los témpanos de hielo se electrifican (el mismo fenómeno que ocurre durante la fricción de varios objetos). Las partículas más pequeñas obtienen una carga positiva, mientras que las que son más grandes obtienen una carga negativa. Las diferentes partes de la nube se cargan en consecuencia. Arriba hay una nube de tormenta con un signo más, y abajo, con un signo menos.


El resultado es una diferencia de potencial. Además, se forma tanto entre diferentes partes de la nube, como entre la nube y el suelo. Esta diferencia se mide en cientos de miles de voltios.

El rayo no aparece instantáneamente de la nada, aunque se mueve lo suficientemente rápido. La formación de rayos se puede dividir condicionalmente en etapas inicial, media y final.

Etapa inicial

La descarga aparece en una determinada parte de la nube, donde hay una gran cantidad de iones. El ion es una partícula con carga eléctrica. Ocurre cuando un átomo o molécula gana o pierde electrones.

Lo mismo sucede con una nube de tormenta. Los iones están formados por moléculas de agua y gases, de los que, de hecho, está formada la nube. En esta etapa, las opiniones de los científicos difieren, ya que aún no ha sido posible estudiar a fondo la naturaleza de los rayos.

Algunos expertos creen que se obtiene una alta concentración de iones debido a la aceleración de los electrones libres. Siempre están presentes en el aire, aunque en pequeñas cantidades. Luego, estos electrones chocan con moléculas cargadas neutras, lo que resulta en su ionización.

Según otra hipótesis, se trata de radiación cósmica. También afecta constantemente a la atmósfera terrestre. Así es como se ioniza el aire. El gas ionizado conduce bien la electricidad, por lo que una corriente lo atraviesa en la nube.

Etapa intermedia

Entonces comienza una reacción en cadena. La corriente de alto voltaje calienta el aire en un área específica. Se están formando cada vez más partículas energéticas que convierten las regiones vecinas en iones. Por lo tanto, los rayos viajan extremadamente rápido.

El rayo tiene una parte dominante: el canal más poderoso, desde el cual las ramas se extienden en diferentes direcciones. Esto explica la forma tortuosa de las descargas: con cada nuevo destello, el rayo parece moverse en saltos más y más en unas decenas de metros.

En un momento determinado, la descarga más potente llega a la superficie terrestre o a otra parte de la nube. Pero, este no es el final. Tan pronto como una descarga eléctrica atraviesa un canal ionizado de varios centímetros de espesor, las partículas cargadas lo atraviesan a gran velocidad. De hecho, este es el rayo que podemos observar.

Debido al alto voltaje, la temperatura dentro de este canal se mide en miles de grados. Por lo tanto, vemos un rayo en forma de un destello muy brillante. El trueno es el resultado de una fuerte caída de temperatura y presión. Durante una descarga eléctrica, se libera una gran cantidad de energía, a pesar de la corta duración del fenómeno.

Etapa final

La velocidad de movimiento de las cargas a lo largo del canal disminuye rápidamente. Sin embargo, el voltaje y el amperaje siguen siendo muy altos. Justo en la etapa final, los rayos suelen llegar al suelo, varios objetos.

etapa final del rayo
Etapa final del rayo

Los rayos se vuelven muy peligrosos si hay personas cerca. La etapa final no dura ni un segundo, sino sus décimas. Pero incluso esto es suficiente para causar daños, incendios, etc. Los rayos a menudo caen en el mismo lugar varias veces, si este camino es el más corto y “más conveniente” para la descarga.

Tipos de rayos

Las cremalleras se dividen en muchos tipos. El criterio principal es la naturaleza de la descarga, porque los rayos pueden ocurrir a diferentes alturas. También pueden tener diferentes formas, longitudes y otros parámetros.

Lineal (nube-suelo)

Especie común que surge de diferentes cargas de las partes superior e inferior de la nube. Los rayos lineales aparecen y se desarrollan de acuerdo con el principio descrito anteriormente, como resultado de la ionización activa del aire. Desde el líder del canal principal, las bengalas salen en diferentes direcciones y llegan al suelo en la etapa final.

rayo lineal
Rayo lineal

Tierra-nube

Los objetos ubicados a grandes altitudes a menudo atraen rayos al acumular una carga electrostática. Las descargas de tierra a nube se producen como resultado de romper la capa de la atmósfera entre la parte inferior de la nube de tormenta y la parte superior cargada.

relampago tierra nube
Rayo tierra-nube

Nube-nube

La mayor parte de los rayos ocurren precisamente en las nubes. Los brotes son causados ​​por diferentes partes de las nubes que tienen diferentes cargas. Por lo tanto, las nubes ubicadas cerca se perforan entre sí con descargas eléctricas.

rayo nube nube
Rayo nube nube

 

Horizontal

Similar a nube-tierra, pero no llega a la superficie terrestre. Las llamaradas se propagan en diferentes direcciones. Este rayo se considera extremadamente poderoso. Una nube de tormenta en un cielo despejado es suficiente para su formación.

rayo horizontal
Rayo horizontal

Cinta

El rayo adquiere una forma interesante, en la que varios canales idénticos se precipitan paralelos entre sí a una corta distancia. Probablemente, la razón radica en el fuerte viento que expande estos canales.

rayo cinta
Rayo cinta

Claro (punteado)

Un tipo raro de relámpago, cuya naturaleza no se conoce bien. La descarga no es una línea continua, sino con pequeños intervalos frecuentes: líneas de puntos. Es posible que algunas áreas del rayo se enfríen rápidamente, dándole esta forma. El destello dura un par de segundos y el rayo golpea en una ola y solo un rastro.

claro
Rayo punteado

Cortina

Ocurre por encima de las nubes, no dentro o debajo de ellas, como especies anteriores. Se desconoce cómo se forma exactamente. Exteriormente, es una amplia franja luminosa, formada por una gran cantidad de descargas. En este caso, puede escuchar un ruido sordo. Por primera vez, un rayo de este tipo se capturó solo en 1994.

rayo cortina
rayo cortina

Sprites

Si un rayo ordinario ocurre a una altitud de aproximadamente 16 km, entonces los sprites parecen mucho más altos: 50-130 km. Son descargas eléctricas de plasma frío que surgen de las nubes.

Es problemático considerarlos, pero los sprites se forman en grupos con cada fuerte tormenta, unos segundos después de un poderoso rayo. La longitud promedio de las bengalas es de 60 km, el diámetro es de hasta 100 km, la duración es de hasta 100 milisegundos.

sprites
sprites

Duende

Bengalas cónicas a gran escala con luz roja débil (diámetro de aproximadamente 400 km). Formado en las capas superiores de nubes de tormenta. Alcanzan una altura de 100 km y duran unos 3 milisegundos.

rayo duende
rayo duende

Jet

Cremalleras tubular-cónicas con brillo azul. Alcanzan la altura de las capas inferiores de la ionosfera (de 40 a 70 km). Los elfos están ligeramente por delante de ellos en duración.

jet
Chorros

Volcánico

Ocurre durante una erupción volcánica. Probablemente debido al hecho de que las cenizas y el magma, cuando se expulsan, llevan una carga eléctrica. Además, estas partículas chocan constantemente, y esto es lo que provoca las descargas.

relampago volcanico
Rayo volcánico

Luces de San Telmo

De hecho, esto no es un rayo, sino descargas que ocurren en los extremos puntiagudos de los objetos imponentes. Esto incluye cimas de acantilados, árboles, mástiles de barcos, torres, etc. Se forman debido a la alta fuerza del campo eléctrico. Esto ocurre con mayor frecuencia durante una tormenta eléctrica o una tormenta de nieve en invierno.

luces de san telmo
Luces de San Telmo

¿Qué tipos de rayos son peligrosos para los humanos?

Todos los tipos de rayos que pueden alcanzar la superficie terrestre representan una amenaza para los humanos. Las descargas que surgen y golpean solo entre las nubes o por encima de ellas son inofensivas. Las luces de St Elmo también son seguras.

Color del rayo Los rayos pueden tener diferentes tonalidades: azulado, blanco, amarillo, naranja, rojo. El color depende de la composición de la atmósfera. El canal de rayos se calienta 5 veces más fuerte que el sol. A esta temperatura, el aire se caracteriza por tonos azules y violáceos. Por lo tanto, las descargas visibles cercanas en una atmósfera limpia adquieren un brillo azulado.

Color del rayo

Los rayos pueden tener diferentes tonalidades: azulado, blanco, amarillo, naranja, rojo. El color depende de la composición de la atmósfera. El canal de rayos se calienta 5 veces más fuerte que el sol. A esta temperatura, el aire se caracteriza por tonos azules y violáceos. Por lo tanto, las descargas visibles cercanas en una atmósfera limpia adquieren un brillo azulado.

color del rayo
Resplandor azulado de un rayo

A mayor distancia, los destellos se vuelven blancos y aún más lejos se vuelven amarillos. Esto se debe al hecho de que los tonos azules se disipan en el aire. Si hay mucho polvo en la atmósfera, los destellos se volverán anaranjados. Las gotas de agua “pintan” un rayo en tonos rojos. El fenómeno más raro es la creación de efectos ópticos complejos debido a la alta concentración de pequeñas partículas de hielo en el aire.

Velocidad y longitud del rayo

En promedio, los rayos viajan a una velocidad de aproximadamente 56 mil km / seg. En este caso, un fenómeno atmosférico de tormenta se mueve a una velocidad de 40 km / h. La longitud media de una descarga eléctrica es de 9,5 km.

Dato interesante : el rayo más largo del mundo se registró en el estado estadounidense de Oklahoma: 321 km. Y la descarga más larga en el tiempo se observó en los Alpes: durante 7.74 segundos.

Corriente y voltaje del rayo

Dado que los rayos están directamente relacionados con la electricidad, existen dos cantidades físicas para ellos: corriente y voltaje. En un rayo en nuestro planeta, la fuerza actual se registra en el rango de 10.000 a 500.000 amperios. El voltaje también es extremadamente alto y se mide en decenas de millones y miles de millones de voltios.

 

Frecuencia del rayo

Los primeros estudios mostraron que los rayos caen unas 100 veces por segundo en todo nuestro planeta. Pero los satélites te permiten observar los lugares más remotos o inaccesibles de la Tierra.

¿Cómo determinar la distancia al rayo del trueno?

Puede establecer la distancia a las tormentas eléctricas aproximadamente. Para ello, se cronometra cuántos segundos transcurren entre el sonido del trueno y el relámpago. Es necesario tener en cuenta la velocidad del sonido, unos 300 metros por segundo. Entonces, 3 segundos es aproximadamente 1 km antes de una tormenta eléctrica.

Tomar varias medidas le permite saber si una tormenta se acerca o se aleja en relación con el observador. Es importante recordar que los rayos se extienden por varios kilómetros. Si, en ausencia de truenos, los rayos son visibles, entonces la tormenta eléctrica está a una distancia de más de 20 km.

¿Hay algún beneficio para los rayos?

Las descargas eléctricas limpian el aire de partículas finas de polvo y diversos contaminantes. Incluso se siente físicamente, ya que el aire es más fresco después de una tormenta. Los rayos convierten las sustancias pesadas en útiles. Favorece la acumulación de grandes cantidades de nitrógeno, que ingresan al suelo y tienen un efecto beneficioso sobre el crecimiento y desarrollo de las plantas.

¿Hay algún beneficio para los rayos?

Las descargas eléctricas limpian el aire de partículas finas de polvo y diversos contaminantes. Incluso se siente físicamente, ya que el aire es más fresco después de una tormenta. Los rayos convierten las sustancias pesadas en útiles. Favorece la acumulación de grandes cantidades de nitrógeno, que ingresan al suelo y tienen un efecto beneficioso sobre el crecimiento y desarrollo de las plantas.

Dato curioso: existe un concepto de voltaje escalonado. Ocurre entre dos puntos de la superficie, y cuanto mayor es la distancia entre estos puntos, mayor es la corriente. Por ejemplo, el ganado y los caballos corren mayor peligro porque sus patas delanteras y traseras están muy lejos.

¿Cómo se protegen los aviones contra los rayos?

Todo el cuerpo de la aeronave está protegido por una carcasa especial, que contiene una malla metálica protectora. Por lo tanto, cuando es alcanzado por un rayo, el proyectil conduce la corriente, pero evita la penetración de descargas eléctricas en la aeronave. Las personas y el equipo en el interior permanecen seguro.

Además, todo el equipo técnico de la aeronave está equipado con protección adicional contra descargas eléctricas. Un rayo golpea el morro del avión, la descarga se mueve hacia las alas y la cola. Los pasajeros y la tripulación pueden escuchar un sonido fuerte durante el impacto, pero no siempre es así.

avion

Dato interesante: antes de poner en funcionamiento el avión, se comprueba minuciosamente. Una de sus etapas es la simulación de un rayo.

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