Midiendo la energía de un rayo

En:
https://www.tiempo.com/ram/267302/nuevo-metodo-para-medir-la-energia-de-un-rayo/
Saludos

Interesante, y surgen nuevas preguntas.

Si tenemos una fuente y una carga, la energía que circula por el circuito, depende del valor de la fuente o de la carga, o ambas a la vez. Me parece descalabrado hacer una estimación de una energía que ha circulado, si bien la fuente es desconocida, también lo es la carga. Pues esta carga de arena no es conocida antes de recibir la energía para generar tal o cual longitud y diámetro. En laboratorio se pueden realizar ensayos con arena teórica, pero esa teórica no existe en la realidad, contenido de humedad, ionización, escombros, etc, interfieren. Dos fulguritas pueden ser iguales en dimensiones, y haber recibido una energía diferente pues las cargas previas eran diferentes.

Lo mismo que la teoría del sólido rígido, que de sólido no tiene nada.

Interesante, y surgen nuevas preguntas.

Si tenemos una fuente y una carga, la energía que circula por el circuito, depende del valor de la fuente o de la carga, o ambas a la vez. Me parece descalabrado hacer una estimación de una energía que ha circulado, si bien la fuente es desconocida, también lo es la carga. Pues esta carga de arena no es conocida antes de recibir la energía para generar tal o cual longitud y diámetro. En laboratorio se pueden realizar ensayos con arena teórica, pero esa teórica no existe en la realidad, contenido de humedad, ionización, escombros, etc, interfieren. Dos fulguritas pueden ser iguales en dimensiones, y haber recibido una energía diferente pues las cargas previas eran diferentes.

Lo mismo que la teoría del sólido rígido, que de sólido no tiene nada.

Sugerentes comentarios... gracias

Yo también pienso que ahí faltan cosas... probablemente son cuestiones que se hayan tenido en cuenta y que se han omitido para hacer el artículo más asequible, pero ciertamente determinar la energía del rayo a partir de la fulgurita tiene una complejidad curiosa.

En cualquier caso, cuando se trata de casos de alta tensión, los circuitos eléctricos tienen otro tipo de pérdidas de energía además de la carga o resistencia que tengamos. Ionizaciones, emisión de luz, ondas mecánicas, etc. Son ejemplos que se suman a las clásicas pérdidas de energía en un circuito por efecto Joule. Tal vez el caso más a tener en cuenta es el impacto que causa el choque de electrones acelerados en un arco eléctrico (en este caso el rayo) con el objeto sobre el cual descarga (que suele ser la tierra).

Es decir, si tu tienes un circuito con una fuente de una intensidad y voltajes relativamente pequeños (por ejemplo una pila que suministre 4,5V y una intensidad máxima de 500mA) y lo cierras juntando dos piezas de metal, no se producirá ningún efecto visible, si acaso una diminuta chispa de contacto, pero el circuito permanecerá intacto...
...Sin embargo, si haces lo mismo con una fuente también de baja intensidad (supongamos que siguen siendo un máximo de 500mA, como la pila) pero que sea capaz de suministrar voltajes del orden de 10.000 voltios o más, el efecto será bien distinto. Para empezar, antes de juntar las dos piezas de metal que unen el circuito, saltará un arco eléctrico entre ambas de hasta 1cm de longitud que cerrará el circuito. Si mantienes ese arco y no llegas a juntar las piezas de metal del todo, se observará un fenómeno curioso; el circuito se comportará igual que en el caso de la pila de 4,5V, ni se calentará ni sufrirá ningún daño debido a la baja corriente, pero el punto de contacto del arco eléctrico con las piezas de metal, empezará a calentarse desproporcionadamente, disipando un montón de energía y pudiendo llegar a fundir el metal. Esto no podría explicarse solo calculando previamente la resistencia de las piezas del metal (que es bajísima y no deberían calentarse teóricamente) y depende directamente de la energía con la que llegan los electrones al punto de choque (que depende directamente del voltaje).

Por tanto, y aunque sigo sin tener ni idea de cómo lo habrán hecho, puede que a partir de la cantidad de material fundido que haya en la fulgurita pueda stimarse la fuerza con la que los electrones han impactado contra el suelo y de ahí sacar la energía del rayo.


PD: Dejo adjunta una imagen "casera" de como crear una fulgurita (una pequeña locura doméstica que no recomiendo hacer  )...
Aunque la foto es muy mala, se ve un cable pelado en su extremo que descarga a tierra, el arco eléctrico no se aprecia puesto que el brillo del suelo lo eclipsa por completo, y es que la tierra que hay bajo el cable ha alcanzado temperatura suficiente como para fundirse y brillar con un amarillo muy vivo (probablemente más de 2000ºC). La corriente en el circuito no era superior a 100mA, nada que el cable e incluso la propia tierra donde descargaba no pudiesen conducir sin calentarse por efecto Joule, pero claro, el voltaje era de 20.000 voltios y el arco eléctrico, a pesar de que la corriente era pequeña, carbonizaba todo lo que tocaba. Cuando dejé enfriar el suelo, tenía mi propia fulgurita...


Saludos.

Quizás el artículo debería haber contenido el análisis molecular posterior, y la energía necesaria en la transformación de los compuestos previos en fulguritas. Y con esto solo obtendrías la energía de transformación, pero no la del propio rayo, pues va perdiendo energía a la vez que avanza, aire, tierra, etc..

No nos adulteres gdvictorm con los mA, en el primer caso estableces 4,5-5 kW y en el segundo 2 kW. Y potencia por tiempo tenemos energía. El calentamiento en el contacto se produce por una reducción en la sección donde salta la chispa que tiende a cero y la corriente a infinito, es potencia disipada, y luego está la que llega a tierra.

¿No serás de esos que conectan un transformador elevador a una TV? 

¿Fotos de la fulgurita?

Quizás el artículo debería haber contenido el análisis molecular posterior, y la energía necesaria en la transformación de los compuestos previos en fulguritas. Y con esto solo obtendrías la energía de transformación, pero no la del propio rayo, pues va perdiendo energía a la vez que avanza, aire, tierra, etc..

Si, ya digo que no sé como habrán hecho eso, pero efectivamente la energía utilizada en formar la fulgurita es solo una fracción de la energía disipada en el rayo. Si logran ser capaces de ver de alguna forma qué porcentaje promedio de energía es disipada en formar la fulgurita podrían llegar a estimar (de una forma imprecisa) la potencia total del rayo, pero vamos, esto son elucubraciones no sé hasta que punto aplicables.

No nos adulteres gdvictorm con los mA, en el primer caso estableces 4,5-5 kW y en el segundo 2 kW. Y potencia por tiempo tenemos energía. El calentamiento en el contacto se produce por una reducción en la sección donde salta la chispa que tiende a cero y la corriente a infinito, es potencia disipada, y luego está la que llega a tierra.

Exacto  , ahí está la cosa, que estamos hablando de Kw de potencia debido a la mayor tensión, pero eso también implica mayores pérdidas de energía que son difíciles de cuantificar y ahí es donde está la dificultad de medir la energía disipada. En el caso del arco eléctrico tienes un flujo de electrones con mucha energía cinética que, como comentas, se concentran en un espacio muy pequeño y disipan buena parte de esa energía en forma de calor pese a que en un circuito teórico sobresimplificado con ese mismo esquema no debería suceder. El resultado es que todo lo que toca el arco se calienta muy rápidamente.
Cuando una corriente de esas caracterísiticas se da en un terreno arenoso, ese mismo efecto se da entre el arco eléctrico y el suelo y posteriormente en pequeños arcos entre un grano de arena y el siguiente, y el siguiente, y el siguiente... Hasta que el potencial se va perdiendo, la corriente se dispersa y tras una cierta distancia recorrida ya es incapaz de calentar la tierra lo suficiente como para fundirla.
En cualquier caso también me parece muy difícil estimar con precisión la energía del rayo con una fulgurita.

En cuanto al tiempo de la descarga... Para hacerlo artificilamente de esa manera es imposible evidentemente con una sola descarga llegar a simular siquiera el efecto del rayo. Ahí hay dos opciones, o bien dispones de un arco eléctrico contínuo y le dejas trabajar unos minutos. O bien (más realista) utilizas condensadores de alto voltaje que al cargarse lo suficiente generan una fuerte pero muy breve descarga a tierra, con lo que se tiene una sola descarga puntual breve pero mucho más intensa, una mejor simulación de lo que puede hacer un rayo a pequeña escala... A base de dejar que sigan ciclos de carga descarga constantes con las consecuentes chispas a tierra (un par de ellas o tres por segundo) tras unos pocas decenas de descargas, la zona de impacto así como los primeros centímetros de tierra por donde ha circulado la corriente se habrán calentado lo suficiente.

¿No serás de esos que conectan un transformador elevador a una TV? 

¿Fotos de la fulgurita?

 
Casi... Pero no, la verdad es que no me gusta cargarme cosas. No acabo de ver la gracia a meterle caña a un aparato hasta que revienta si no hay otro interés de por medio que verlo reventar. Además, si es por curiosidad, siempre se puede echar un vistazo en la web, que seguro que alguien ya se ha molestado en hacerlo antes.  jeje...

Sin embargo si me gusta poner ciertos trastos a prueba y a veces utilizarlos para lo que "aparentemente no fueron diseñados". No voy a decir que no a ver cuánto son capaces de soportar unas bobinas o a ver en qué condiciones se le puede seguir sacando rendimiento a un par de transformadores y trastadas del estilo.


Dejo un par de fotos de una de esas "fulguritas". Tenía unas bastante curiosas por ahí, pero no sé que he hecho con ellas...   






Saludos. 

Casi... Pero no, la verdad es que no me gusta cargarme cosas. No acabo de ver la gracia a meterle caña a un aparato hasta que revienta si no hay otro interés de por medio que verlo reventar. Además, si es por curiosidad, siempre se puede echar un vistazo en la web, que seguro que alguien ya se ha molestado en hacerlo antes.  jeje...

Sin embargo si me gusta poner ciertos trastos a prueba y a veces utilizarlos para lo que "aparentemente no fueron diseñados". No voy a decir que no a ver cuánto son capaces de soportar unas bobinas o a ver en qué condiciones se le puede seguir sacando rendimiento a un par de transformadores y trastadas del estilo.

Ah, pues yo sí,  , en la época de mozo universitario, el casero no quería reparar la TV pues se veía en verde y rosa, total que un día dejó de funcionar (dos transformadores 220/380V acoplados, un poco de humo blanco y ya), y vino una televisión nueva.

No pierdas ese carácter curioso

Gracias por las fotos.

Cita de: gdvictorm en Viernes 12 Agosto 2016 16:31:32 pm

Casi... Pero no, la verdad es que no me gusta cargarme cosas. No acabo de ver la gracia a meterle caña a un aparato hasta que revienta si no hay otro interés de por medio que verlo reventar. Además, si es por curiosidad, siempre se puede echar un vistazo en la web, que seguro que alguien ya se ha molestado en hacerlo antes.  jeje... 

Sin embargo si me gusta poner ciertos trastos a prueba y a veces utilizarlos para lo que "aparentemente no fueron diseñados". No voy a decir que no a ver cuánto son capaces de soportar unas bobinas o a ver en qué condiciones se le puede seguir sacando rendimiento a un par de transformadores y trastadas del estilo.

Ah, pues yo sí,  , en la época de mozo universitario, el casero no quería reparar la TV pues se veía en verde y rosa, total que un día dejó de funcionar (dos transformadores 220/380V acoplados, un poco de humo blanco y ya), y vino una televisión nueva.

No pierdas ese carácter curioso

Gracias por las fotos.

Hombre, si un electrodomestico no tiene arreglo posible, aunque lo he hecho pocas veces, si que puede darme por reventarlo...  Los transformadores de 380V dan mucho juego para esas cosas, jejeje... Me he ganado en algunos sitios la fama de hacer ese tipo de cosas, pero como ya digo pongo a prueba trastos, rara vez me los cargo. 

De nada. Es bastante curioso esto la verdad, a ver si estos que estudian las fulguritas redactan un artículo en condiciones porque hay ganas de ver cómo lo hacen con más detenimiento, el típico "paper" supongo que si que tendrán intención de publicarlo por algún sitio.


Saludos.