Formação de uma nuvem de tempestade
A presença de massas de ar instáveis, úmidas e quentes resulta na formação de nuvens de tempestade: nuvens cumulonimbus.
Este tipo de nuvem é muito desenvolvida, tanto horizontalmente (cerca de 10 km de diâmetro) como verticalmente (até 15 km). A sua forma muito característica é muitas vezes comparada ao perfil de uma bigorna, da qual apresenta planos horizontais inferiores e superiores. A existência num cumulonimbus de gradientes de temperatura muito significativos (a temperatura pode descer até -65°C na parte superior), conduz a correntes de ar ascendentes muito rápidas; isso resulta em uma eletrificação das partículas de água.
Em uma nuvem de tempestade típica, a parte superior, feita de cristais de gelo, geralmente tem carga positiva, enquanto a parte inferior, feita de gotículas de água, tem carga negativa. Por influência, a parte inferior da nuvem leva ao desenvolvimento de cargas de sinais opostos (portanto positivas na parte do solo que está próxima).
As trocas elétricas ocorrem dentro desta nuvem, mas também entre diferentes nuvens da mesma natureza. Vemos então um relâmpago.
No entanto, o cumulonimbus também se comporta como um gigantesco capacitor plano nuvem-solo, cuja distância intermediária muitas vezes chega a 1 a 2 km.
O campo eletroatmosférico no solo, que é da ordem de cem volts por metro (com bom tempo), é então invertido e pode atingir um valor absoluto de 15 a 20 kV/m quando uma descarga para o solo é iminente .
Essa descarga quando ocorre é chamada raio .
Formação de um raio
A observação sem equipamento específico não permite discernir as fases de formação de um raio .
No entanto, os seguintes fenômenos ocorrem na maioria dos relâmpagos:
- Um traçador descendente brilhante começa em um ponto na nuvem e avança cerca de 50 m a uma velocidade de 50.000 km/s.
- Um segundo traçador descendente parte do mesmo ponto, segue o caminho anterior com uma velocidade comparável, passa o ponto de parada do primeiro por uma distância semelhante e desaparece por sua vez.
O processo se repete desta forma até que a cabeça do último traçador chegue a algumas dezenas de metros do solo.
Assim que a cabeça de um traçador descendente se aproxima do solo, uma conexão nuvem-solo é estabelecida com os eflúvios eletrostáticos (efeito corona) do solo. Um traçador ascendente do solo até a nuvem ocorre então: este é o fenômeno do priming.
Nota: A “magnitude” da iniciação está inversamente ligada à distância da nuvem de tempestade. É por isso que um edifício alto será mais “facilmente” atingido por um raio.
O encontro dos dois fenômenos (traçador descendente e ascendente) constitui a descarga principal ( raio ), que pode ser seguida por uma série de descargas secundárias percorrendo o canal ionizado pela descarga principal de um único traçador.
Numa raio média negativa, o valor da intensidade da corrente aproxima-se de 25.000 amperes.
As fases características da evolução de uma raio negativa:
1. Descida do traçador em saltos.
2. Iniciação de traçadores ascendentes.
3. Encontro entre um traçador ascendente e um traçador descendente em saltos e, em seguida, o fluxo da corrente do arco em retorno.