¿Qué es un rayo o descarga atmosférica?

En el siglo XVIII los físicos y naturalistas de la ilustración comenzaban a interesarse en los fenómenos electromagnéticos. De hecho, Benjamín Franklin demostró la naturaleza eléctrica de las descargas atmosféricas, mediante, el uso de una cometa, un conductor y una llave. Así, logro crear un improvisado pararrayos, que cebó algunas descargas en medio de una tormenta eléctrica. Además, logró atrapar parte de estas descargas en una botella de Leyden (el primer condensador). Con parte de este rayo atrapado logro demostrar que tenían la misma naturaleza del fluido eléctrico producido por la fricción, claro está, que el electrón no sería descubierto hasta 2 siglos después.

¿Cómo se produce el rayo?

La acumulación de cargas en la nube atrae cargas opuestas en la tierra que generan un campo eléctrico. En otras palabras, se produce una diferencia de potencial de hasta 300 MV. De hecho, esta puede llegar a ser lo suficientemente grande, para, generar una disrupción dieléctrica del aire, produciendo la descarga atmosférica o el comúnmente conocido como rayo.

Los rayos se forman en un tipo de nube denominado cumulonimbos. De hecho, los gradientes de temperatura en estos tipos de nubes hace que se generen corrientes de aire de hasta 300 km/h. En consecuencia, las corrientes de aire generan fricciones entre partículas de hielo y agua al interior de la nube. Así, se genera una acumulación de carga, de hecho la carga se concentra en algo similar a un disco de unos 5 km de radio a una altura que puede variar entre 5 y 12 Km de altura.

Etapas de una descarga eléctrica:

Una rayo también es conocido como una descarga de tipo escalonada por la forma de zigzag que deja ver en el cielo. Analicemos en detalle la naturaleza del rayo. En primer lugar, el aire seco tiene un nivel de aislamiento de hasta 30 kV por cm. Pero, cuando el aire contiene grandes porcentajes de humedad, este puede descender hasta unos 10 kV por cm. Segundo, la ionización del aire puede reducir estos niveles de aislamiento mucho más.

Para finalizar, el bajo nivel de aislamiento y la gran diferencia de potencial generan el primer flujo de carga hacia capas más bajas de aire. En otras palabras, el líder puede descender en su primera etapa desde unos 50 m hasta unos 100 m en tan solo un microsegundo. En este punto detiene su marcha aproximadamente unos 50 microsegundos hasta que se acumula la suficiente carga. Después, se repite el proceso unas 4 en incluso hasta 50 veces hasta llegar a tierra generando su conocida forma escalonada.

Parámetros del rayo o la descarga atmosférica:

Tipos de descargas:

Antes de comenzar a aclarar variables técnicas relacionadas con el Rayo, es necesario entender la naturaleza de este y las dos clases que existe:

1. Descargas descendentes, en otras palabras, la corriente fluye desde la nube hasta la tierra.
2. Descargas ascendentes: en este caso la corriente fluye de la tierra a la nube.
3. Descargas de nube a nube.

La clasificación de la descarga atmosférica tiene una relevancia a la hora de evaluar el riego en la estructura, Para terrenos planos y estructuras relativamente bajas los rayos son principalmente descendentes. Sin embargo, para estructuras altas o que sobresalen bastante en relación con los edificios que los rodea, la probabilidad de impacto se incrementa.

Tipos de energía relacionada con el rayo:

En el rayo se encuentra evidente la ionización del aire, al punto que este pasa al cuarto estado de la materia (Plasma). Dicho de otra forma, esta forma de la materia, puede producir. En primer lugar, la energía térmica, un rayo alcanza temperaturas cercanas a los 30000 C° lo que es 6 veces la temperatura de la superficie del sol. Segundo, el trueno y su energía mecánica, el cambio abrupto de temperatura genera movimientos bruscos del aire produciendo el conocido trueno. Para finalizar, se genera todo tipo de radiación electromagnética, desde luz visibles hasta rayos X y rayos gama en menos medida.