EVOLUCIÓN DE LA DESCARGA ELÉCTRICA:

Desconectado Gloria

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EVOLUCIÓN DE LA DESCARGA ELÉCTRICA:
« en: Lunes 19 Mayo 2003 18:26:34 pm »
Ala, ahi va este rollo  :D

 
Aunque el fenómeno puede parecer simple, es un fenómeno muy complejo que, además, trancurre en un breve intervalo de tiempo (micro o nanosegundos)
 
A medida que se incrementa la generación de cargas en una nube, aumenta la diferencia de potencial entre la nube y el suelo y entre las distintas partes de la nube.
 
Se alcanza un momento, cuando la intensidad del campo eléctrico es del orden de 1 a 3 MV/m (el gradiente de potencial es realmente alto), en que se sobrepasa el poder aislante del aire y surge la descarga eléctrica en forma de destello, que constituye el relámpago (interior de la nube) o el rayo (entre la nube y el suelo)
 
El proceso consta de varias etapas, de duración cercana a 1 microsegundo y separadas por intervalos de 50 microsegundos aproximadamente.
 
La fase preparatoria comienza con una descarga "Lider" o "invisible" entre los centros de carga negativo y positivo de la parte baja de la nube.
 
Esta descarga está constituida por varias sucesiones, partiendo todas del mismo punto (normalmente del polo negativo) y siguiendo un camino que no alcanza el otro polo, sino que queda colgado en el aire. Abre un canal de conducción en el dieléctrico por donde viajan los electrones. Las condiciones del dielectrico en ese canal se modifican y por ello las cargas siguen ese camino.
 
Todas estas siguen el mismo camino, prolongándolo cada una un poco mas.
 
Estos "cortes" en la descarga se deben a la menor movilidad de los iones positivos frente a los electrones que fluyen por el canal, por lo que se forma un "tapón" de carga positiva en el extremo del canal y, hasta que no desaparezca por difusión, no puede proseguir el avance.
 
Mientras tanto el conductor se ha apagado, pero como conserva su alta ionización vuelve a encenderse inmediatamente y asi se repite el ciclo (una descarga lider cada 3 o 6 subintervalos de tiempo)
 
De esta forma se consigue neutralizar la parte mas baja de la nube y entonces las cargas negativas fluyen hacia el suelo (los huecos de cargas negativas se llenan de cargas positivas)
 
Al aproximarse al suelo, inducen carga positiva en él, especialmente sobre las partes puntiagudas de la superficie terrestre.
 
Entonces, entre 10 y 100 metros del suelo salta la chispa hacia arriba (la superficie terrestre tiene carga negativa, pero al haber nubes cambia, hay dos dipolos)
 
Despues del contacto fluye un gran número de electrones hacia el suelo y se observa una gran descarga muy luminosa desde el suelo hacia arriba, a través del camino preparado por la descarga libre: es la corriente de retorno o principal (del suelo a la nube)
 
Esta surge debido a que los iones positivos del suelo, por su escasa movilidad, son incapaces de abrirse camino hacia la nube, pero una vez que encuentran el camino preparado actuan con mayor energía que los electrones que antes fluyeron en la descarga "lider"
 
Esta es la descarga principal, que es la de mayor intensidad eléctrica (aprox 10000A)
 
Posteriormente tiene lugar otra descarga eléctrica de la nube hacia el suelo: descarga "dardo" y su correspondiente descarga de retorno. Este fenómeno se repite de 4 a 6 veces, a lo largo siempre del mismo canal, con la única diferencia de no existir descargas preliminares ya que no son necesarias desde el momento en que el camino aparece y permanece ionizado.
 
La primera descarga es ramificada, ya que la lider lo es ("busca" el mejor camino) ; sin embargo las siguientes sólo continuan la rama principal de la primera.
 
La razón de la existencia de estas descargas "dardo" o "replica" se debe a la distribución espacial de la carga que hay que neutralizar. Durante la descarga principal viajan por el canal sólo las cargas que están  situadas lo bastante cerca de su embocadura, las restantes se van concentrando y cuando se encuentran en cantidad suficiente empiezan a fluir.
 
Esto se repite hasta neutralizar la nube.
 
La mayoria de los rayos constan de 3 o 4 descargas separadas por intervalos de 50 ms.
 
Los mecanismos de regeneración de carga en la nube hacen que tengan lugar otros rayos.
 
Orden de magnitud de las diferentes caracteristicas del rayo:
 
Diferencia de potencial total: 2E7 - 3E7 V
Gradiente (que medimos nosotros en la descarga): 5000-30000 V/m (negativos)
Densidad de corriente: 5000-35000A/cm2
Longitud del canal (de la base de la nube al suelo): 2000-3500 m
Diametro del canal: 20-40 cm
Duración total del proceso: 6E-4 -  0.35s
Carga total transportada: 10 - 150 C
Velocidad de la descarga: 150 - 50000 Km/s
 
Todo son valores límites con latitudes medias y latitudes tropicales.
 
Los relámpagos que ocurren dentro de la nube neutralizan sus centros de carga y no suelen tener varias etapas, sino simplemente una descarga "lider" mucho mas lenta que los rayos (aprox 1 s)
 
Aunque en tormentas tropicales con bases nubosas relativamente altas hay 10 relámpagos por cada rayo, en latitudes medias hay prácticamente el mismo número.
 
La descarga de retorno provoca una temperatura a su paso a traves del aire de unos 30000K (emite en el visible), en tan corto intervalo de tiempo que este calor no puede expansionarse, por lo que la presión en el canal aumenta enormemente (de 10 a 100 veces la atmosférica), produciendose una expansión brusca que provoca una onda de choque supersónico, la cual percibimos como trueno.


Saludos
Gloria
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Desconectado tborras

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Re:EVOLUCIÓN DE LA DESCARGA ELÉCTRICA:
« Respuesta #1 en: Lunes 19 Mayo 2003 18:33:17 pm »
Te lo has currado,muy buen articulo perfectamente explicado  ;) de un interesante tema

Saludos
Hoy es el primer día del resto de tu vida, disfrútalo !!!!  (J.B.)

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Desconectado Gloria

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Re:EVOLUCIÓN DE LA DESCARGA ELÉCTRICA:
« Respuesta #2 en: Lunes 19 Mayo 2003 18:34:43 pm »
 :)Gracias tborras, ¡¡Que deprisa lees  :P :D!!
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isotacas

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Re:EVOLUCIÓN DE LA DESCARGA ELÉCTRICA:
« Respuesta #3 en: Lunes 19 Mayo 2003 18:38:01 pm »
Muy interesante Gloria :o :o :o, pero dime; ¿todo esto lo tienes en tu mente o lo has buscado en algún sitio?

Desconectado Gloria

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Re:EVOLUCIÓN DE LA DESCARGA ELÉCTRICA:
« Respuesta #4 en: Lunes 19 Mayo 2003 18:45:40 pm »
Pues, mitad y mitad.
Encontré un esquema del tema de la asignatura de Electricidad Atmosférica y le di forma (no encontré los apuntes y me da mucha rabia, supongo que se los dejé a  alguien, no se)
En mi mente estaba lo mas general, datos ni de coña, por eso no me atreveria a escribirlo sin mas.

Seguiré buscando los apuntes de esta y otras asignaturas, que tienen cosas muy interesantes
 Saludos
Gloria
Desde Gerena

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isotacas

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Re:EVOLUCIÓN DE LA DESCARGA ELÉCTRICA:
« Respuesta #5 en: Lunes 19 Mayo 2003 18:47:58 pm »
Sigue buscando Gloria que me interesa mucho el tema ;) ;) ;)


Desconectado Hache

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Re:EVOLUCIÓN DE LA DESCARGA ELÉCTRICA:
« Respuesta #6 en: Lunes 19 Mayo 2003 19:15:24 pm »
Fantástico Gloria, un tema apasionante del que, en general, el conocimiento popular es mínimo.
Una curiosidad; Cuando alguien os diga que sabe de alguien que haya sobrevivido al impacto directo de un "rayo", podemos afirmar que esto es absolutamente imposible. Se puede sobrevivir -al menos un adulto- a una centella, que es una ramificación del canal central.
Y ahora... una cuestión... Alguien me puede dar una explicación razonable al hecho de que durante una tormenta, al poco de producirse un rayo o relámpago -dependiendo de la distancia de éste, claro- rápidamente se intensifica y arrecia la intensidad de la precipitación?
Existe un tipo de rayo del que prácticamente no se sabe nada a ciencia cierta. No ha podido aún reproducirse en laboratorio, ni filmarse o fotografiarse. Es muy raro, pero se da. Se trata del rayo esférico o bola de fuego. Los que hayais leído "las 7 bolas de cristal", de Hergé, sabreis de lo que hablo. Ahí queda el guante. Un saludo a [email protected]!  
Sólo los peces muertos nadan a favor de la corriente. San Agustín del Guadalix, Madrid

Desconectado Valle de Olid

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QUIERO SABER SOBRE LOS "SPRITES" Y "JETS"
« Respuesta #7 en: Lunes 19 Mayo 2003 20:16:01 pm »
Hola Gloria. Es un tema muy interesante el que has espuesto.
Como electricista que soy me encantan estos temas muchísmo y tengo una duda  ;)
¿Qué significa la "E" ? ej: 3E7V  ??? Será una magnitud muy grande del voltio,no? pero no la conozco...  ???

En fín que es un tema muy apasionante del que aún quedan muchos misterios como el proceso de distribución de cargas eléctricas en una nube (formación de los polos eléctricos)...

Los rayos se producen cuando hay un transvase de corriente eléctrica entre zonas de la atmósfera de carga opuesta. Un rayo suele medir entre 5 y 7 cm de diámetro, pero quema más que la superficie del Sol. Atraviesa el aire a más de 128 mil kilómetros por segundo. Al calentarse el aire se desplaza a velocidades supersónicas, cuyo resultado es el trueno. Apasionante! Una tormenta es como un gran condensador en el sentido de que genera una carga eléctrica, y cuando esa carga es demasiado grande para que exista una diferencia entre la base del volúmen de la nube y el suelo, saltará y producirá el chispazo. Nos lo ha explicado Gloria perfectamente pero no me podía resistir a explicarlo yo también  :-[ ::)      

En EEUU hay personas cuyo trabajo es sobrevolar nubes tormentosas con aviones buscando descargas de rayos en ellos para estudiarlas. Llevan cámaras y multitud de aparatos. Dicen que los aviones comerciales tienen mucho riesgo de ser alcanzados por rayos si sobrevuelan tormentas, muy por encima, ya que pueden activar la descarga de la nube pero hacia arriba  :o  Ésto empezó a estudiarlo la NASA a raíz de que el ApoloXI fuera alcanzado al despegar por un rayo. Ésto se produjo por el desplazamiento de la nabe a gran velocidad a través de la atmósfera cargada, lo cual puede activar la descarga de rayos. A cualquier avión que sobrevuele una tormenta puede pasarle lo mismo.

  ...y otro tema! interesantísimo y de reciente descubrimiento. A penas se ha hablado de esto en el foro, y es que se sabe muy poco de ello. Se trata de algo sorprendente, de formaciones de rayos apodadas extrañas llamadas "jets" y "sprites" o algo así, es algo asombroso y un MISTERIO. Son como explosiones de plasma de colores muy vivos. Han sido observados por pilotos de aviones volando a gran altura, pero hasta hace muy poco se han cayado temiendo que no les creyeran o sancionaran o les retiraran la licencia de vuelo por alucinaciones  :o Los "sprites" son como tentáculos verdes que se elevan hasta más de 70 km de altura por encima de la nube a velocidades supersónicas. Los "jets" o como se escriba son como bolas jelatinosas que alcanzan alturas de 30 km. Son como descargas de plasma hacia el espacio justo cuando se produce una descarga de un rayo en una nube.

Me gustaría saber si alguien sabe de esto más (Rayo o alguien del INM), es un tema muy intersante, del cual siempre he querido saber, pero ni en internet ni en ningún sitio viene nada  ???      Gracias!
« Última modificación: Martes 20 Mayo 2003 10:57:02 am por Valle de olid »
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Virenque_VireD

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Re:EVOLUCIÓN DE LA DESCARGA ELÉCTRICA:
« Respuesta #8 en: Lunes 19 Mayo 2003 20:38:16 pm »
     Pués yo siempre he creido que los aviones erán bastante seguros con los rayos, ya que al no estar en contacto con el suelo no conducen la elctricidad.

     Y respecto a los Rayos en Bola que menciona Hache, hay un par de reportajes muy buenos en la RAM, uno en la número 3 (de Septiembre del 2002, con fotos en la número 5), y el otro en la de este mes de Mayo.

Desconectado Pilgrim (el *****)

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Re:EVOLUCIÓN DE LA DESCARGA ELÉCTRICA:
« Respuesta #9 en: Lunes 19 Mayo 2003 20:45:28 pm »
Halá!!!!! Peazo explicación te has marcado, Gloria..... Chapeau!!!!!

Hace tiempo vi (y grabé, afortunadamente, y guardo como oro en paño) un documental en C+ que se llamaba "Cielo eléctrico".......... Impresionante.....

Según este documental, el proceso de "llegada a tierra" de un rayo es básicamente lo que ha comentado Gloria. Se "lanza" una guía escalonada desde la nube, esto es: un tramo avanza una determinada distancia y ahí "se para"; se acumula carga y sale lanzado en otra dirección (siempre hacia abajo, claro); el proceso se repite hasta llegar a tierra, de ahí la línea quebrada que hacen los rayos. Además, en este proceso se va ramificando múltiples veces, siempre siguiendo el mismo patrón de "actuación".

Cuando está muy cerca de tierra, la carga inducida hace que pequeños haces (según el documental son de plasma) salgan hacia arriba desde puntos puntiagudos de tierra (un árbol, un poste telefónico, etc....). La fase final ocurre con la conexión de el rayo de la nube y el "chorro" que sale de tierra. En ese momento se establece el canal por el que va a ir a tierra toda la energía que se descarga y todas las ramificaciones son "absorbidas" por este canal y llevadas a tierra.

En el documental aparecen tanto fotos como UNA GRABACIÓN en los que se ven estos "rayos" que salen de tierra. IMPRESIONANTE!!!!!!

Después de la descarga principal, se suceden varias descargas de retorno con lo que se puede decir que "un rayo cae varias veces en un mismo lugar".

Todo esto ocurre en una fracción ínfima de segundo....

Valle de Olid: Supongo que lo de 3E7 es 3x10 elevado a 7, o sea, treinta millones de voltios (la leche!!!!). Y tanto que es una magnitud grande de voltios....  ;D ;D ;D ;D ;D ;D ;D ;D

Hache: no entiendo muy bien eso de que se intensifique la lluvia al poco de oir un trueno o ver un rayo. En la Serranía de Cuenca son muy típicas las tormentas secas, con mucho aparato eléctrico pero en las que no cae una gota de agua. De todas formas, los rayos "huyen" del agua (por decirlo de alguna forma. La razón es muy sencilla: el agua hace que esa energía se descargue de una forma mucho más fácil pues es muchísimo mejor conductora que el aire. Si quieres ver rayos en condiciones ponte en un extremo de una tormenta, donde no caiga agua todavía. Y del rayo de bola, hay gente que dice que hasta los provoca (en el docu que os comento había un menda -americano, claro está- con un mogollón de baterías de submarino conectadas en serie que generaban una cantidad de amperios "de muerte" y aproximando los dos polos conseguía una "especie" de bolitas de 1 cm. de diámetro que se mantenían flotando en el suelo durante unos segundos.... según él, eso eran rayos en bola en miniatura.... No sé, ese es un tema bastante chungo.....  ??? ??? ??? ???

En fin, apasionante esto de los rayos....

Más opiniones, por favor.....  :D :D :D :D :D Las necesito (curiosidad malsana).

Saludetes.

;-P
"Lo hicieron porque no sabían que era imposible"

"¿Cuántos cestos de tierra tiene esa montaña? Si el cesto es grande.... uno."

Saludos desde Cuenca, alta cima de un nido de águilas.

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QUE CACHO ARTÍCULO
« Respuesta #10 en: Lunes 19 Mayo 2003 20:45:44 pm »
Madre mia Gloria, poco más que añadir  :o :o :o. Y yo que pensé que sabía de rayos. este me lo voy a tener que leer varias veces para "rumiarlo" bien. ¡Que nivel!
Móstoles (Madrid) a 666 metros sobre el nivel del mar.

Dani: David, suenan muchas sirenas.

Fobos: Si, pues no se de qué.

Dani: Tiene que haber habido un accidente grave.

Fobos: ¿Un accidente? Si pues no se como va a haber un accidente estando todo el mundo parado. Habrá explotado un ventilador porque otra cosa...

Desconectado Gloria

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Re:EVOLUCIÓN DE LA DESCARGA ELÉCTRICA:
« Respuesta #11 en: Lunes 19 Mayo 2003 20:48:46 pm »
Perdonad lo de la E
Es un modo de poner las exponenciales, vamos que 6E-4 es 6 por diez elevado a -4, vamos 0.0006 y 3E7 es 30000000.

No tenia ganas de estar con el editor de texto poniendolo bonito, osea 6x10-4 o 3x107, por eso usé la notación de las calculadoras  ;D

Saludos
Desde Gerena

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