domingo, 3 de março de 2013

Raios


 (este material é uma cópia de: http://pt.wikipedia.org/wiki/Raios#cite_note-11)

Características físicas do raio

Panorama de uma tempestade na Romênia.
Os raios, que na maioria das vezes estão associados a tempestades, consiste basicamente em uma gigantesca faísca de eletricidade estática. Em qualquer momento, existem em média duas mil tempestades ocorrendo em todo o mundo, e elas produzem quarenta raios por segundo, de acordo com a NASA. Mesmo assim, a origem das cargas elétricas ainda não é totalmente entendida, embora existam teorias mais aceitas para formação dos raios.[5]

[editar]Eletrização da nuvem

Esquema da distribuição das cargas em uma nuvem. Note a pequena quantidade de cargas positivas que se acumula na base.
Apesar de alguns conceitos sobre o que provoca o surgimento de cargas elétricas na nuvem ainda não estarem totalmente entendidos, os cientistas concordam em alguns prováveis fatos que provocam a eletrização das nuvens. A principal área de surgimento das cargas é o centro da nuvem de tempestade, onde os ventos ascendentes se movem rapidamente a uma temperatura entre -15°C e -25°C. Nesse local, a combinação da temperatura e dos ventos cria uma espécie de mistura de gotículas de água superfrias (mas sem congelar), pequenos cristais de gelo e graupel (uma espécie degranizo leve). Por causa das diferenças de tamanho e densidade, os graupel que são mais pesados tendem a se mover mais vagarosamente, e isso gera colisões com os pequenos cristais de gelo que estão subindo. Com isso, eles ficam carregados positivamente enquanto os graupel ficam carregados negativamente.[6]
Os ventos carregam os pequenos cristais de gelo, agora carregados positivamente, para cima, enquanto o graupel, mais pesado, tende a ficar no meio e na parte mais baixa da nuvem. Também nessa região aparecem outras cargas positivas por causa da precipitação e das temperaturas mais elevadas, mas em quantidade bem menor em relação às cargas negativas ali presentes. As cargas presentes na nuvem influenciam as cargas do solo. Como a parte mais baixa é majoritariamente negativa, elas tendem a repelir as cargas de mesmo sinal do solo, fazendo com que as cargas positivas predominem. Por isso, abaixo de uma nuvem de tempestade, todos os objetos condutores (inclusive as pessoas) ficam carregados positivamente.[6]

[editar]O raio

O ar é geralmente um condutor ruim de cargas elétricas, o que faz dele um bom isolante elétrico. Entretanto, se a diferença de potencial entre as regiões de cargas opostas na nuvem ou entre a nuvem e a terra for muito grande, o ar perde sua capacidade isolante e começa a ionizar-se, permitindo que as cargas elétricas agora fluam livremente. As cargas elétricas precursoras do raio começam a se mover mais comumente da nuvem para o solo, embora o inverso possa acontecer.[6]

[editar]Raios negativos

Detalhe das cargas descendo em etapas.
Cargas se movendo antes do raio atingir o solo.
A maior parte dos raios resultam da movimentação inicial das cargas negativas presentes nas nuvens. Quando o ar não mais consegue isolá-las, elas tendem a ir em direção ao solo, atraídas pelas cargas positivas. Geralmente a carga positiva existente na base da nuvem não é suficiente para neutralizar toda a carga negativa, que vai se acumulando e formando uma espécie de canal de ar ionizado. Então, esse canal sai da nuvem e começa a se dirigir ao solo, descendo por meio de etapas, que geralmente são segmentos de cerca de cinquenta metros, sendo que cada uma dessas etapas produz uma pequena quantidade de luz. Desses segmentos podem surgir ramificações que também vão "procurando" uma conexão com a terra. Esses segmentos que vão surgindo podem ser detectados somente por câmeras de alta velocidade. Cada segmento quando vai em direção ao solo possui uma velocidade de mais de 120 000 km/h. Todo esse processo leva em média 50 milissegundos.[6][7]
Raio gravado durante um período de 1/50 s (note que quando o contato é feito, a luminosidade surge de baixo para cima.).
Ao mesmo tempo que as cargas negativas estão descendo, as cargas positivas vão se acumulando sob essa mesma área. Por causa do poder das pontas e da atração exercida pelas cargas negativas que estão chegando, as cargas positivas tendem a ir se acumulando nas partes pontiagudas dos objetos condutores do solo, como árvores e casas, e isso faz com que se crie um canal de carga positiva, o que é conhecido como uma corrente vertical. Esse canal se propaga no ar e vai de encontro às cargas negativas que estavam descendo. Quando o contato é feito (geralmente entre 30 e 100 metros de altura em relação ao solo), o canal condutivo está completo e as cargas fluem rapidamente da nuvem para o solo. Todo esse processo dura somente uma fração de segundo.[8] Esse fluxo produz uma grande quantidade de luz que é conhecida também como relâmpago. O brilho intenso do raio se inicia no local onde ocorre o contato e depois se propaga pelo restante do canal ionizado. Esse efeito pode ser comparado ao de carros num congestionamento. Quando os carros forem liberados para seguir em frente, os primeiros começarão a se mover e assim sucessivamente. Da mesma forma, quando as cargas negativas que estão na ponta inferior do canal encontram um caminho livre para o solo, elas são as primeiras a se mover mais rapidamente, daí a luminosidade surge nesse local e depois se propaga à medida que os outros elétrons se movem. A transferência das cargas se dá em um período menor que 100 milissegundos.[7][9]
Objetos como árvores e edifícios, tal como montanhas, são bons alvos para os raios. Isso é porque se encontram mais próximos da base da nuvem, e por isso a distância que o raio tem que percorrer até atingir as cargas positivas é menor. Entretanto, um objeto ser alto não significa que um raio vai atingi-lo. Tudo depende de onde as cargas se acumulam. Dessa forma, um raio pode cair num campo plano mesmo se houverem árvores por perto, por exemplo.[10]Quando o raio atinge o solo ou outro corpo em contato com o solo, como árvores, as cargas se propagam próximo à superfície em vez de seguirem diretamente para as camadas profundas do solo. Essas correntes são as responsáveis por causar a morte de vários animais de uma só vez nas pastagens, pois a corrente que está se propagando na superfície passa por eles, já que estão em contato com o solo.[11]
Depois que as primeiras cargas já foram transferidas, ocorre uma pausa na transferência que dura entre 20 e 50 milissegundos. Se ainda restarem cargas negativas depois que o fluxo inicial se encerra, essa carga adicional vai começar a se mover em direção ao solo seguindo o caminho condutivo de ar ionizado deixado pelo primeiro raio. Como o canal já está formado, as cargas descem muito mais rapidamente que a primeira descarga. Quando essa corrente atingir o solo, o processo se repetirá, durando mais 100 milissegundos. Geralmente, por causa do caminho já estar feito, os raios subsequentes não possuem ramificações. Usualmente, um raio negativo na verdade é composto por um fluxo inicial de elétrons, seguidos por mais dois ou três fluxos subsequentes. Isso cria o efeito do raio parecer que está oscilando, ficando com a luminosidade mais forte e mais fraca. Tudo isso é praticamente invisível ao olho humano por causa do curtíssimo intervalo de tempo e do intenso brilho gerado.[7][12]
Raio positivo.

[editar]Raios positivos

Alguns raios se originam da parte superior das nuvens de tempestades, onde se encontram quantidades gigantescas de cargas positivas. Por isso , as cargas que se movem em direção ao solo são positivas enquanto as cargas atraídas na terra são negativas. Esse tipo de raio é conhecido como "positivo" porque ocorre a transferência de cargas positivas do topo da nuvem para o solo.[13]
Apesar da ocorrência ser muito mais rara (menos de 5% de todos os raios da Terra), os raios positivos são muito mais perigosos por diversos motivos. Uma vez que eles se originam nas partes mais altas da nuvem, a barreira de ar que eles têm que atravessar é muito maior e, portanto, sua energia também é muito maior. O campo elétrico de um raio como esse é muito mais forte do que o de um raio negativo. A duração do raio é maior e a quantidade de cargas transferidas é dez vezes maior do que a de um raio negativo, atingindo mais de 300 000 ampères e mais de um bilhão de volts.[nota 2] Esses raios podem acontecer logo abaixo da nuvem da tempestade, mas a maioria cai afastada da tempestade original, chegando a mais de 16 km de distância da nuvem. Além disso, os raios positivos são responsáveis pela maior parte dos danos à rede elétrica e dos incêndios florestais.[13]