Formação de uma nuvem de tempestade
A presença de massas de ar instáveis, úmidas e quentes leva à formação de nuvens de tempestade: Nuvens cumulonimbus.
Este tipo de nuvem é muito bem desenvolvido, tanto horizontalmente (aproximadamente 10 km de diâmetro) quanto verticalmente (até 15 km). Seu formato característico é frequentemente comparado ao perfil de uma bigorna, pois possui planos horizontais superior e inferior. A existência de gradientes de temperatura muito significativos dentro de uma nuvem cumulonimbus (a temperatura pode cair para -65°C na parte superior) resulta em correntes ascendentes muito rápidas; isso leva à eletrificação das partículas de água.
Numa nuvem de tempestade típica, a parte superior, composta por cristais de gelo, geralmente apresenta carga positiva, enquanto a parte inferior, composta por gotículas de água, apresenta carga negativa. Por meio dessa influência, a parte inferior da nuvem provoca o desenvolvimento de cargas de sinais opostos (portanto, positivas) no solo próximo.
Trocas elétricas ocorrem dentro dessa nuvem, mas também entre diferentes nuvens do mesmo tipo. Isso resulta em raios.
No entanto, o cumulonimbus também se comporta como um gigantesco capacitor plano nuvem-solo, cuja distância intermediária frequentemente atinge de 1 a 2 km.
O campo eletroatmosférico ao nível do solo, que é da ordem de cem volts por metro (em boas condições climáticas), inverte-se e pode atingir um valor absoluto de 15 a 20 kV/m quando uma descarga de solo é iminente.
Essa descarga, quando ocorre, é chamada de raio .
Formação de um raio
A observação sem equipamento específico não nos permite discernir as fases de formação de um raio .
No entanto, os seguintes fenômenos ocorrem na maioria das descargas atmosféricas:
- Um líder descendente luminoso parte de um ponto na nuvem e avança aproximadamente 50 m a uma velocidade de 50.000 km/s.
- Um segundo traçador descendente parte do mesmo ponto, segue o percurso anterior com velocidade comparável, passa pelo ponto de parada do primeiro por uma distância semelhante e desaparece por sua vez.
O processo é repetido até que a ponta do último projétil traçador chegue a algumas dezenas de metros do solo.
Assim que a ponta de um líder descendente se aproxima do solo, estabelece-se uma conexão nuvem-solo devido ao fluxo eletrostático (efeito corona) proveniente do solo. Isso resulta em um líder ascendente movendo-se do solo em direção à nuvem Este é o fenômeno de priming.
Nota: A "magnitude" da iniciação é inversamente proporcional à distância da nuvem de tempestade. É por isso que um prédio alto será atingido por um raio com mais "facilidade".
O encontro dos dois fenômenos (traçador descendente e ascendente) constitui a descarga principal ( raio ), que pode ser seguida por uma série de descargas secundárias que percorrem o canal ionizado pela descarga principal de um único traçador.
Em um raio negativo médio, o valor da intensidade da corrente é próximo de 25.000 amperes.
As fases características da evolução de um raio negativo:
1. Descida do traçador em saltos.
2. Início da ascensão dos traçadores.
3. Encontro entre um traçador ascendente e um traçador descendente por meio de saltos, seguido do fluxo de retorno da corrente do arco.