Estudo dos raios I

Um dos fenômenos mais interessante e, em algumas situações, assustador da natureza é a formação de raios durante uma tempestade. No meio de toda essa beleza é natural nos fazermos algumas perguntas, como por exemplo, como se forma um raio? Ele se move da terra para a nuvem ou da nuvem para a terra? E porque é mais seguro ficar perto  de um para-raios nos dias de chuva?

Este artigo tem por objetivo responder essas perguntas colocadas inicialmente e introduzir conceitos físicos de modo que os leitores possam enxergar a Física deste fenômeno.

Primeiramente, devemos entender a natureza do raio, ou seja, o que é um raio. De uma maneira simples, podemos dizer que o raio é uma corrente elétrica, conduzida através do ar.

Convém mencionar que o ar é um excelente isolante elétrico, ou seja, é difícil para as cargas elétricas "caminharem" no ar. É como se o ar "segurasse" as cargas. Esse deslocamento, no caso dos raios só é possível devido à gigantes diferença de potencial entre as nuvens e o solo. Podemos tratar a diferença de potencial como algo que "empurra" as cargas elétricas. Dessa forma, durante o raio, a diferença de potencial empurra as cargas com mais força do que o ar pode segurar. Por esse motivo, o ar passa a conduzir o raio.

Antes de falar da formação do raio, ainda precisamos falar sobre as cargas elétricas. Essas cargas são propriedades fundamentais das partículas (como prótons e elétrons), assim como a massa. Ou seja, algumas partículas  tem sempre carga elétrica, independente de  qualquer fenômeno físico que venha à acontecer com elas, a carga elétrica de uma partícula nunca se perde. Contudo, nem todas as partículas tem cargas elétricas. O nêutron, por exemplo, é uma partícula sem carga.

Prótons e elétrons, por definição, tem cargas elétricas contrárias, sendo que o próton tem carga positiva e o elétron tem carga negativa. Se duas partículas tem cargas opostas elas se atraem, mas, se duas partículas tem cargas iguais, elas se repelem.

Como já foi dito anteriormente, o movimento dessas cargas gera a corrente elétrica.

IMPORTANTE: As cargas elétricas positivas (prótons) estão presas dentro dos núcleos dos átomos, daonde não podem sair tão facilmente, desta forma, a corrente elétrica é sempre obtida mediante o transporte de ELÉTRONS.

Entendidos esses conceitos físicos importantes, podemos passar para a parte principal deste artigo: os raios.

Os raios se formam pois as moléculas de água (em forma de vapor) na núvem são muito propensas a acumular elétrons. Quando essas moléculas de vapor de água se acumulam, elas passam a se transformar em água líquida (mediante a formação das pontes de hidrogênio). As cargas elétricas que estavam nas moléculas individuais de vapor de água passam então a se concentrar no aglomerado de água líquida, conforme mostrado na figura  abaixo.

A figura representa as moléculas de água separadas à esquerda, e agrupadas na forma líquida à direita. Na forma líquida, a área superficial do agrupamente é maior, aumentando assim a densidade de cargas. Esse aumento na densidade de cargas é responsável pela formação de um raio.

A área superficial do líquido é menor do que a área da superfície do sólido. O potencial elétrico aumenta com a  diminuição da área superficial, assim, quanto mais água se condensa em um ponto da nuvem, maior é a diferença de potencial desse ponto em relação ao solo. Quando esse potencial se torna alto o suficiente para fazer com  que o ar conduza eletricidade... KAPLAN, acontece o raio.

No próximo post, será discutido o sentido do movimento do raio. Em outras palavras, será que o raio "desce" da nuvem ou "sobe" para ela? UMA DICA: A resposta está contida neste texto! Também vamos discutir no próximo post porque os para-raios são seguros numa eventual tempestade.

Até a próxima!!!