Formación de una nube de tormenta
La presencia de masas de aire inestables, húmedas y cálidas provoca la formación de nubes de tormenta: nubes cumulonimbus.
Este tipo de nube está muy bien desarrollada, tanto horizontalmente (aproximadamente 10 km de diámetro) como verticalmente (hasta 15 km). Su forma distintiva se suele comparar con el perfil de un yunque, ya que posee planos superiores e inferiores horizontales. La existencia de gradientes de temperatura muy significativos dentro de un cumulonimbo (la temperatura puede descender hasta -65 °C en la parte superior) da lugar a corrientes ascendentes muy rápidas que provocan la electrificación de las partículas de agua.
En una nube de tormenta típica, la parte superior, compuesta de cristales de hielo, generalmente tiene carga positiva, mientras que la inferior, compuesta de gotas de agua, tiene carga negativa. Debido a esta influencia, la parte inferior de la nube provoca el desarrollo de cargas de signo opuesto (por lo tanto, positivas) en el suelo cercano.
Se producen intercambios eléctricos dentro de esta nube, pero también entre diferentes nubes del mismo tipo. Esto da lugar a rayos.
Sin embargo, el cumulonimbus también se comporta como un gigantesco condensador nube-suelo plano, cuya distancia intermedia a menudo alcanza entre 1 y 2 km.
El campo electroatmosférico a nivel del suelo, que es del orden de cien voltios por metro (con buen tiempo), se invierte y puede alcanzar un valor absoluto de 15 a 20 kV/m cuando una descarga terrestre es inminente.
Esta descarga, cuando se produce, se llama rayo .
Formación de un rayo
La observación sin equipo específico no permite discernir las fases de formación de un rayo .
Sin embargo, en la mayoría de los rayos se producen los siguientes fenómenos:
- Un líder luminoso descendente parte de un punto en la nube y avanza aproximadamente 50 m a una velocidad de 50.000 km/s.
- Un segundo trazador descendente parte del mismo punto, sigue la trayectoria anterior con una velocidad comparable, pasa el punto de parada del primero por una distancia similar y desaparece a su vez.
El proceso se repite hasta que la cabeza del último trazador llega a unas pocas decenas de metros del suelo.
Tan pronto como la punta de un líder descendente se acerca al suelo, se establece una conexión nube-tierra mediante el eflujo electrostático (efecto corona) del suelo. Esto provoca que un líder ascendente se desplace desde el suelo hacia la nube Éste es el fenómeno del cebado.
Nota: La magnitud del inicio es inversamente proporcional a la distancia a la nube de tormenta. Por esta razón, un edificio alto será más fácilmente alcanzado por un rayo.
El encuentro de los dos fenómenos (trazador descendente y ascendente) constituye la descarga principal ( rayo ), que puede ser seguida por una serie de descargas secundarias que recorren el canal ionizado por la descarga principal de un único trazador.
En un rayo negativo medio, el valor de la intensidad de corriente es cercano a 25.000 amperios.
Las fases características de la evolución de un rayo negativo:
1. Descenso del trazador en saltos.
2. Iniciación de trazadores ascendentes.
3. Encuentro entre un trazador ascendente y el trazador descendente mediante saltos, luego flujo de retorno de la corriente de arco.