Relâmpago rápido O que é Lightning

Sumario

1. INTRODUÇÃO

2. OBJETIVOS

3. FUDAMENTAÇÃO TEÓRICA

4. METODOLOGIA

5. CRONOGRAMA

6. REFERENCIAS

Descargas Atmosféricas

O que são as Descargas Atmosféricas

Descargas atmosféricas são descargas elétricas de grande extensão (alguns quilômetros) e de grande intensidade (picos de intensidade de corrente acima de um quiloàmpere), que ocorrem devido ao acúmulo de cargas elétricas em regiões localizadas da atmosfera, em geral dentro de tempestades.

A descarga inicia quando o campo elétrico produzido por estas cargas excede a capacidade isolante, também conhecida como rigidez dielétrica, do ar em um dado local na atmosfera, que pode ser dentro da nuvem ou próximo ao solo. Quebrada a rigidez, tem início um rápido movimento de elétrons de uma região de cargas negativas para uma região de cargas positivas, ocasionando os conhecidos raios.

Existem diversos tipos de descargas, classificadas em função do local onde se originam e do local onde terminam.

Como ocorrem

Descargas atmosféricas podem ocorrer da nuvem para o solo, do solo para a nuvem, dentro da nuvem, da nuvem para um ponto qualquer na atmosfera, denominados descargas no ar, ou ainda entre nuvens.

De todos os tipos de descargas, as intra-nuvem são as mais freqüentes, em parte devido ao fato de a capacidade isolante do ar diminuir com a altura em função da diminuição da densidade do ar, em parte devido às regiões de cargas opostas dentro da nuvem estarem mais próximas que no caso dos outros relâmpagos.

Globalmente, elas representam cerca de 70% do número total de descargas. Este percentual varia com a latitude geográfica, sendo em torno de 80-90% em regiões próximas ao equador geográfico e em torno de 50-60% em regiões de médias latitudes.

Descargas nuvem-solo

As descargas nuvem-solo, também denominados raios, são as mais estudadas devido ao seu caráter destrutivo. Elas podem ser divididas em dois tipos ou polaridades, definidas em função do sinal da carga efetiva transferida da nuvem ao solo: negativas e positivas.

Os raios negativos, globalmente cerca de 90% dos raios, transferem cargas negativas (elétrons) de uma região carregada negativamente dentro da nuvem para o solo. Os raios positivos, cerca de 10%, transferem cargas positivas de uma região carregada positivamente dentro da nuvem para o solo (na realidade, elétrons são transportados do solo para a nuvem).

Os raios duram em média em torno de um quarto de segundo, embora valores variando desde um décimo de segundo a dois segundos têm sido registrados. Durante este período, percorrem na atmosfera trajetórias com comprimentos desde alguns quilômetros até algumas dezenas de quilômetros.

A corrente elétrica, por sua vez, sofre grandes variações desde algumas centenas de àmperes até centenas de quiloàmperes. A corrente flui em um canal com um diâmetro de uns poucos centímetros, denominado canal do relâmpago, onde a temperatura atinge valores máximos tão elevados quanto algumas dezenas de milhares de graus e a pressão valores de dezenas de atmosferas.

Embora o raio possa parecer para o olho humano uma descarga contínua, na verdade em geral ele é formado de múltiplas descargas, denominadas descargas de retorno, que se sucedem em intervalos de tempo muito curtos. Ao número destas descargas, dá-se o nome de multiplicidade do raio. Durante o intervalo entre as descargas, variações lentas e rápidas de corrente podem ocorrer.

Raios de Polaridade Negativa

Um raio negativo é formado por diversas etapas. Ele inicia com fracas descargas na região de cargas negativas dentro da nuvem, em geral em torno de 5 km, que se deslocam em direção ao centro inferior de cargas positivas ao longo de um período de cerca de 10 millisegundos (ms) denominado período de quebra de rigidez preliminar.

Ao final do processo de quebra de rigidez, uma fraca descarga luminosa, geralmente não visível, denominada líder escalonado, se propaga para fora da nuvem em direção ao solo com uma velocidade em torno de 400.000 km/h ao longo do canal de relâmpago. Por transportar cargas negativas, o líder escalonado é dito ser negativo.

Líder Escalonado

O líder escalonado segue um caminho tortuoso e em etapas, cada uma delas percorrendo de 30 a 100 m e com duração em torno de um microsegundo (ms), em busca do caminho mais fácil para a formação do canal. Ao final de cada etapa, há uma pausa de cerca de 50 ms. A maior parte da luminosidade é produzida durante as etapas de um ms, praticamente não havendo luminosidade durante as pausas.

Ao todo, o líder escalonado transporta dez ou mais coulombs de carga e aproxima-se do solo em média em 20 ms, dependendo sobre a tortuosidade de seu caminho. A corrente média do líder escalonado é de algumas centenas de àmperes, com pulsos de ao menos um quiloàmpere (kA) correspondentes a cada etapa. Geralmente o líder escalonado ramifica-se ao longo de vários caminhos, embora na grande maioria das vezes um só ramo atinja o solo.

Quando o líder escalonado aproxima-se do solo a uma distância de algumas dezenas a pouco mais de uma centena de metros, as cargas elétricas no canal produzem um campo elétrico intenso entre a extremidade do líder e o solo, correspondente a um potencial elétrico da ordem de 100 milhões de volts. Este campo causa a quebra de rigidez do ar em um ou mais pontos no solo fazendo com que um ou mais líderes ascendentes positivos, denominados líderes conectantes, saiam do solo propagando-se de forma similar ao líder escalonado. As poucas medidas da velocidade de líderes conectantes indicam valores similares a dos líderes escalonados. Em cerca de 30% dos casos, mais de um líder surge a partir de diferentes pontos no solo.

Descarga de Retorno

No instante que um líder conectante encontra o líder escalonado, as cargas armazenadas no canal de líder escalonado começam a mover-se em direção ao solo na forma de uma intensa descarga acompanhada de um intenso clarão que propaga-se para cima ao longo do canal com uma velocidade de cerca de 400.000.000 km/h, cerca de um terço da velocidade da luz, iluminando o canal e todas as ramificações. A velocidade