Raio (meteorologia)
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Um raio ou relâmpago é uma descarga elétrica que se produz entre nuvens de chuva ou entre uma destas nuvens e a terra. A descarga é visível com trajetórias sinuosas e de ramificações irregulares ás vezes com muitos quilômetros de distância, fenômeno conhecido como relâmpago. Ocorre também uma onda sonora chamada trovão.
- A utilização dos termos raio ou gsdgdsde receptores de rádio de alta sensibilidade e de radiotelescópios tal sua magnitude.
Existem três tipos de raios, também menos comumente chamados descargas iônicas:
- Da nuvem para o solo.
- Do solo para a nuvem.
- Entre nuvens.
Afirmam que as descargas entre nuvens e solo representam 20% do total.
A descarga ocorre no momento em que as cargas elétricas (Quantidade de íons, cátions ou ânions) atingem energia suficiente para superar a resistência elétrica do ar, de forma explosiva, luminosa e violenta.
O processo ainda não se encontra totalmente esclarecido, havendo controvérsias sobre seu mecanismo de formação, mas sabe-se que, na maioria dos casos, a descarga ocorre a partir de duas fases:
- Na primeira libertam-se da nuvem várias descargas menores a partir do ar ionizado, criando assim, uma corrente iônica tanto maior quanto mais se aproxima do solo, favorecendo assim o trajecto do raio em formação (Este pode ser ascendente ou descendente, pois, depende da natureza dos íons que formam a nuvem iônica).
- Quando a carga iônica se aproxima do solo, ocorre no sentido inverso ao longo daquele trajecto uma corrente aniônica, ou catiônica, dependendo da carga. É esta segunda descarga que vemos e ouvimos, e que irá contribuir para equilibrar as cargas iônicas da nuvem e do solo.
Em geral, as descargas verticais normalmente predominam na frente de uma tempestade, tomando-se por base o sentido de seu deslocamento.
Os raios horizontais se formam na parte de trás, também levando-se em conta o sentido de deslocamento das massas de ar. Estas estão sempre presentes em qualquer trovoada, e aquecem localmente o ar até temperaturas muito elevadas.
O aquecimento do ar causa a expansão explosiva dos gases atmosféricos ao longo da descarga eléctrica, resultando numa violenta onda de choque (ou de pressão), composta de compressão e rarefacção, que interpretados como "trovão".
Uma tempestade (Em algumas regiões, dá-se a nomenclatura "trovoada") típica produz três ou quatro descargas por minuto, em média.
O raio tem um diâmetro de 2 a 5 cm e é capaz de aquecer o ar até 39 000 ºC em alguns milisegundos. Apenas 1% da energia do raio é convertida em ruído (trovão) sendo o resto libertado sob a forma de luz.
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[editar] Formação das descargas
Conforme descrito anteriormente, quando a atmosfera está estável, o campo elétrico local, dependendo das condições de ionização, é caracterizado por uma carga negativa na superfície e uma carga positiva na alta atmosfera. No caso dos cumulonimbus, as cargas iônicas ocorrem quando internamente surgem regiões separadas com cargas elétricas opostas.
As partículas de carga positiva mais leves são elevadas para o topo pelas correntes de ar ascendentes e as de carga negativa, descem para a base da nuvem.
As regiões com cargas elétricas opostas aparecem, por exemplo, quando partículas de gelo (como granizos) caem sobre uma região em que há gotas líquidas superarrefecidas e cristais de gelo. As gotas congelam quando colidem com cristais de gelo e libertam calor latente que faz a superfície das partículas de gelo se manter mais quente do que os cristais de gelo à sua volta. Assim ocorre uma transferência de íons positivos das partículas de gelo quentes para os cristais de gelo. Estas ficam negativadas e os cristais de gelo positivados. Estes, estando mais leves e com carga positiva, são elevados para o topo pelas correntes de ar ascendentes e as partículas de gelo (como granizos), mais pesadas, e com carga negativa, caem para a base da nuvem.
As cargas opostas se atraem, assim, uma carga positiva é induzida no solo. O campo elétrico resultante vai crescendo até que atinge um valor crítico a partir do qual o raio se forma.
- No cimo dos objetos altos observa-se, por vezes, o Fogo de Santelmo: um brilho devido à concentração de carga positiva.
Na descarga, uma primeira vaga de elétrons é lançada para a base da nuvem e depois em direção ao solo colidindo com moléculas de ar que ionizam, formando um canal condutor que facilita o trajeto de outros elétrons. A vaga de elétrons percorre 50 a 100 metros, pára uns 50 microsegundos, voltando depois a percorrer novamente uns outros 50 metros, por exemplo.
A forma bifurcada do caminho da corrente de elétrons resulta do fato de haver pequenas variações na resistência do ar.
[editar] Trovão
As ondas sonoras geradas pelo movimento das cargas elétricas na atmosfera são denominadas trovões. Resultado do aumento da temperatura do ar por onde o raio passa, os trovões podem ser perigosos, nas proximidades de onde o fenômeno acontece.
'Formação'
O trovão é uma onda sonora provocada pelo aquecimento do canal principal durante a subida da Descarga de Retorno. Ele atinge temperaturas entre 20 e 30 mil graus Celsius em apenas 10 microssegundos (0,00001 segundos). O ar aquecido se expande e gera duas ondas: a primeira é uma violenta onda de choque supersônica, com velocidade várias vezes maior que a velocidade do som no ar e que nas proximidades do local da queda é um som inaudível para o ouvido humano; a segunda é uma onda sonora de grande intensidade a distâncias maiores. Essa constitui o trovão audível.
Características
Os meios de propagação dos trovões são o solo e o ar. A freqüência dessa onda sonora, medida em Hertz, varia de acordo com esses meios meios, sendo maiores no solo. A velocidade do trovão também varia com o local onde se propaga. O trovão ocorre sempre após o relâmpago, já que a velocidade da luz é bem maior que a do som no ar. O que escutamos é a combinação de três momentos da propagação da descarga no ar: primeiro, um estalo curto (um som agudo que pode ensurdecer uma pessoa) gerado pelo movimento da Descarga de Retorno no ar. Depois, um som intenso e de maior duração que o primeiro estalo, resultado da entrada ou saída da descarga no solo e por último, a expansão de sons graves pela atmosfera ao redor do canal do relâmpago. Podemos ter uma percepção do som diferente, mas essa ordem é a mesma. Por isso, é muito perigoso ficar próximo ao local de queda de um relâmpago. A energia acústica ou energia sonora gasta para provocar esses estrondos é proporcional a freqüência do som. A maior parte dela, cerca de 2/3 do total, gera os trovões no solo e o restante (1/3) provoca som do trovão no ar. Mesmo assim, eles costumam ser bem violentos, como podemos perceber. Por causa da freqüência, os trovões no ar são mais graves (como batidas de bumbo). Aqueles estalos característicos dos trovões, os sons bastante agudos, além de dependerem da nossa distância à fonte, se relacionam com as deformações do canal e de suas ramificações. Quanto mais ramificado o canal, maior o número de estalos no trovão. Se o observador estiver próximo do relâmpago (a menos de 100 metros, por exemplo) o estalo será parecido a de uma chicotada. Isso está associado a onda de choque que antecede a onda sonora.
Duração
A duração dos trovões é calculada com base na diferença entre as distâncias do ponto mais próximo e do ponto mais afastado do canal do relâmpago ao observador. Por causa dessa variação de caminhos, o som chega aos nossos ouvidos em instantes diferentes. Em média, eles podem durar entre 5 e 20 segundos.
[editar] Histórico
Alguns afirmam que foram os raios que, ao causar incêndios tiraram os primatas das árvores e mais tarde mostraram aos primeiros humanos a importância do fogo.
Desde a mais remota antiguidade os raios encantam a humanidade com seu aspecto ameaçador e ao mesmo tempo intrigante, que acabou por ser utilizado nos mitos e lendas como elemento de demonstração da existência de deuses poderosos como o grego Zeus por exemplo.
Benjamin Franklin comprovou a hipótese da origem elétrica dos raios concebendo os pára-raios com a finalidade de proteger as edificações da ação dos raios.
Foi no século XVIII praticamente o início do estudo sistemático da eletricidade. Naquela época não se conhecia uma teoria que explicasse o fenômeno das tempestades e os raios que nelas se manifestavam.
[editar] Arquipélago Madeira
Foi a partir de uma tempestade de raios seguidos de um grande incêndio que a ilha de Porto Santo, no arquipelago da Madeira, pôde ser avistada do continente africano.
[editar] Brasil
O Brasil é o país no qual mais se registra o acontecimento de raios em todo o mundo. Por ano, cerca de 60 milhões de raios atingem o território brasileiro, estima o Elat (Grupo de Eletricidade Atmosférica), do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais. É o dobro da incidência nos Estados Unidos, por exemplo. Cada descarga representa um prejuízo de R$ 10 para o setor de energia. Ao todo, os raios causam um prejuízo de US$ 1 bilhão anual à economia do Brasil, apurou o Elat. O setor elétrico é o que acumula mais perdas, com cerca de R$ 600 milhões por ano. Depois seguem os serviços de telecomunicações, com prejuízo de cerca de R$ 100 milhões por ano. Também são atingidos os setores de seguro, eletroeletrônicos, construção civil, aviação, agricultura e até pecuária.
Uma explicação para essa grande quantidade de raios deve-se ao tamanho do território, condições de umidade, condutividade e a ausência de grandes elevações no seu relevo.
[editar] Cuidados em caso de tempestades com alto índice de descargas
De uma maneira geral as descargas fazem-se pelo caminho mais curto entre o ponto de carga eléctrica negativa na base da nuvem e o ponto de carga positiva no solo. Assim, os pontos mais altos e de melhor condutividade são os mais afectados pelos raios.
- Se estiver fora de casa:
- Evite ser o ponto mais alto da sua zona;
- Evite campos abertos;
- Não se aproxime dos pontos mais altos;
- Afaste-se de bons condutores de electricidade: postes, antenas, etc.
- Se estiver em casa (a melhor escolha):
- Evite zonas de corrente de ar;
- Afaste-se de bons condutores de electricidade: canalizações, telefone, etc;
- Não tome banho (Lembre-se que apesar da água ser um péssimo condutor de energia ela pode conduzir caso a descarga elétrica seja muito forte)
- Não use electrodomésticos;
- Desligue o telefone (se a trovoada for intensa desligue a energia no quadro geral);
- Proteja-se no centro de uma divisão no centro da casa. Os raios atingem frequentemente as chaminés.
Se vive numa zona onde as tempestades são frequentes contrate a instalação de um pára-raios por um técnico especializado.
