Raios

Raios

As descargas atmosféricas

Os raios sempre amedrontaram e, ao mesmo tempo, fascinaram os homens, daí a necessidade de tentar compreendê-los. As primeiras explicações para o fenômeno partiam de concepções mitológicas, como a do deus nórdico Tor. Acreditava-se que Tor cruzava os céus numa carruagem puxada por dois bodes, e quando agitava, furioso, o seu martelo, produziam-se raios e trovões.

A palavra “trovão” – Thor-don em norueguês – significa originalmente “o rugido de Tor”. Já na mitologia greco-romana, o deus dos raios e trovões é Zeus. Em várias estátuas, ele é representado brandindo o raio com que trovejava.

Ainda hoje, apesar de todos os avanços da ciência, em vários aspectos, o conhecimento sobre as descargas atmosféricas é limitado”. Atualmente, dominamos técnicas avançadas de proteção e análise dos efeitos dos raios, mas sabemos pouco sobre diversos aspectos físicos envolvidos no fenômeno, como é o caso das descargas que partem da nuvem para a estratosfera, por exemplo.

Na formação do raio é estabelecido um canal condutor entre nuvem e solo, que ocasiona o fluxo de corrente intensa. Isso gera o aquecimento do canal, causando efeito luminoso intenso, o relâmpago, e deslocamento do ar com forte efeito sonoro, o trovão. Como a velocidade da luz (300 milhões de m/s) é muito maior que a do som (300 m/s), percebemos o relâmpago segundos antes do trovão.

Existem quatro variedades básicas de descargas atmosféricas, classificadas de acordo com os elementos conectados.

São elas:

1 – intranuvem (quando a corrente de descarga ocorre dentro da própria nuvem)
2 – entre nuvens (quando a corrente de descarga ocorre de uma nuvem para outra)
3 – nuvem-estratosfera (quando a corrente de descarga ocorre da nuvem para a estratosfera)
4 – nuvem-solo (quando a corrente de descarga ocorre entre nuvem e solo. Representa 20% do total das descargas atmosféricas)

Nesse último caso, existem ainda duas outras variações: quanto à polaridade (negativa ou positiva) e quanto à direção de propagação do canal (ascendente ou descendente).

As descargas atmosféricas positivas são pouco freqüentes, mas são também mais intensas, mais demoradas e seus efeitos muito mais devastadores. Na descarga descendente, o canal, na maior parte do percurso, segue em direção ao solo, e na ascendente, sobe em direção à nuvem. Por isso, não é correta a idéia de que o raio ‘cai’. Na verdade, o canal se propaga tanto de baixo para cima quanto de cima para baixo. Aproximadamente 90% das descargas são negativas e descendentes. (da nuvem para o solo)

(Raio, relâmpago e trovoada = O raio é uma gigantesca faísca elétrica, dissipada rapidamente sobre a Terra, causando efeitos danosos. Relâmpago é o ruído (estrondo) produzido pelo deslocamento do ar devido ao súbito aquecimento causado pela descarga do raio. Fonte: Descargas Atmosféricas, autor Geraldo Kindermann, 1992.)

Práticas de prevenção

Os antigos romanos, observando a freqüência e condições de incidência dos raios, já utilizavam práticas de prevenção eficientes. Em dias de tempestade, os guerreiros evitavam manter as lanças apontadas para o céu durante as marchas. Eles estavam certos. Os raios são sempre atraídos pelo ponto de destaque, ou seja, o mais alto, que, muitas vezes, pode ser uma pessoa, daí a importância em saber as normas de prevenção (ver quadro).

Inúmeras crendices sobre os raios foram difundidas ao longo da história. Muita gente acredita, por exemplo, que dois raios nunca atingem o mesmo lugar. Não é verdade. “Nesse caso, o para-raio não serviria para nada”.

Apesar de todos os esforços, não se consegue evitar que um raio caia sobre determinado prédio. No entanto, todos os cuidados são no sentido de discipliná-lo na sua queda, obrigando-o a seguir um caminho pré-determinado para a terra, ou seja, o para-raio e seus componentes. ..

A ação e efeito dos raios causam diversos prejuízos, destaca-se aqui alguns:

Incêndio em florestas, campos e prédios; destruição de estruturas e árvores
Colapso na rede de energia elétrica; interferência na rádio transmissão
Acidentes na aviação; acidentes nas embarcações marítimas
Acidentes nas torres de poços de petróleo; acidentes nas plataformas marítimas de petróleo
Mortes em seres humanos e animais; etc…

Fonte: br.geocities.com

Raios

Tipos de Raios

Você já ouviu dizer que os raios podem subir para as nuvens em vez de descer para a Terra? Existem diversos tipos de raios provocando relâmpagos e trovões das mais variadas formas.

A classificação dos relâmpagos está baseada no modo como acontecem os raios. Veja também o que os cientistas têm descoberto sobre os relâmpagos de bola, um tipo raro de relâmpago, considerado por muito tempo como pura imaginação, mas que agora é motivo de sérias pesquisas.

Os raios em nuvens

Os raios em nuvens são assim chamados por iniciarem dentro de uma nuvem. Eles são menos perigosos para nós. Apenas os pilotos de aeronaves recebem treinamento especial caso enfrentem uma nuvem de tempestade durante o vôo e sejam atingidos por essa descarga elétrica. Nesse caso, o avião está protegido com pára-raios.

Os relâmpagos que esses raios geram podem ser vistos por nós e fazem cerca de 70% do total que atingem nosso planeta. O fato de estarem escondidos pelas nuvens impossibilita que se saiba detalhes sobre sua formação.

Suas descargas podem ocorrer de três maneiras: no interior das nuvens (chamados de descargas intra-nuvem), entre duas ou mais nuvens (as descargas nuvem-nuvem) e para fora da nuvem, sem atingir o solo (denominadas de descargas para o ar)

Os raios entre nuvens e solo

Este tipo de raio inicia na superfície de uma nuvem ou no chão, abaixo ou próximo de uma nuvem de tempestade. Sua denominação é feita de acordo com o sentido de movimento da carga que o origina. Dessa maneira, os raios entre nuvens e solo podem ser do tipo nuvem-solo ou solo-nuvem. Eles também se classificam quanto ao sinal da carga líder que inicia uma descarga, podendo ser negativos ou positivos. A maioria das descargas nuvem-solo são negativas. Esses raios são os que realmente preocupam os homens.

Estimativas indicam que cerca de 100 milhões de raios nuvem-solo ocorrem no Brasil todo ano e a maior parte deles acontece na Amazônia, talvez pelo fator climático da região. Nas cidades, já se comprovou que a poluição aumenta a quantidade de descargas elétricas na atmosfera. A formação de raios entre nuvens e solo é bem conhecida. Os nuvem-solo correspondem a quase 99% dessas descargas, enquanto que os solo-nuvem são raros, ocorrendo geralmente no topo de montanhas ou em estruturas altas (como torres e edifícios). Um solo-nuvem pode até ser “criado” por foguetes lançados na direção da nuvem de chuva. Isso, aliás, tem permitido o estudo dos relâmpagos e melhorado as técnicas de proteção.

Os misteriosos relâmpagos de bola

Existe ainda outra forma de relâmpagos que não está incluída na classificação tradicional. São os relâmpagos de bola, também conhecidos como relâmpagos globulares, bolas de fogo ou relâmpagos raros. No interior do Brasil, eles são chamados de mãe do ouro e segundo a lenda, seu aparecimento indicaria a existência desse metal no subsolo daquela região. Ainda se sabe muito pouco a respeito dos relâmpagos de bola.

Eles têm tempo de duração de aproximadamente 4 segundos (em média), forma quase sempre esférica (de diâmetros entre 10 e 40 cm) e cores que variam entre branco, amarelo e azul. Têm brilho semelhante ao de uma lâmpada fluorescente, emitem um som sibilante (som muito agudo, como um forte assobio) e desprendem um odor forte (geralmente de enxofre), terminando numa explosão ou desaparecendo repentinamente. Dizem que ele é capaz de atravessar as paredes e janelas das casas e a fuselagem dos aviões. Esses relâmpagos muitas vezes são confundidos com ÓVNIs ou fantasmas e até meados do século passado eram considerados ilusão de óptica ou uma interpretação errada de outros fenômenos naturais.

Com a publicação de artigos de alguns famosos cientistas em revistas conceituadas, relatando suas observações sobre as bolas de fogo, a comunidade científica teve que rever seus conceitos. Surgiram várias teorias para explicar a sua origem. A mais recente foi divulgada em 2000, na revista britânica Nature.

Pesquisadores da Universidade de Canterbury, Nova Zelândia, afirmam que o intenso calor gerado pela penetração de um relâmpago comum no solo produz pequenas partículas de Silício e outros compostos.

Essas partículas, denominadas de nanoparticulas, se unem formando uma rede de filamentos e armazenam certa energia química. Ao cessar a descarga elétrica, esses filamentos se vaporizam e adquirem a forma de uma esfera. À medida que se oxidam lentamente no ar, essas partículas perdem a energia armazenada e emitem luz e calor. Tudo isso em alguns poucos milisegundos. Como a esfera se forma apenas no fim desse processo, ou seja, da vaporização à oxidação, o observador tem a impressão que ela se materializou no ar. Esta nova teoria também explicaria como o relâmpago de bola é capaz de atravessar as portas e janelas das residências sem causar danos.

A rede de filamentos, sendo flexível e movendo-se com o ar, poderia passar pelas fendas existentes nas portas e janelas, se reorganizando do outro lado. Mas, outra particularidade deles é o poder de atravessar objetos maciços, como paredes ou fuselagem de aviões, o que ela não consegue explicar corretamente. Ainda assim, os estudos prosseguem. O próximo passo deverá ser o de criar um relâmpago de bola em laboratório, tarefa que os pesquisadores já estão tentando realizar.

COMO SE PROTEGER DOS RAIOS

Proteção contra descargas elétricas atmosféricas

Contra as perigosas descargas atmosféricas foram desenvolvidos muitos aparelhos, sendo o pára-raio o mais conhecido. Para aqueles que não sabem o que fazer durante uma tempestade, as normas de segurança nos ajudam a não insistir em velhos costumes, como atender a telefones ou usar guarda-chuvas com pontas.

Benjamin Franklin e o pára-raio

Os primeiros estudos experimentais sobre a eletricidade atmosférica foram realizados no século XIII pelo livreiro e impressor americano Benjamin Franklin.

Ele partiu da seguinte hipótese: a descarga que saltava de um capacitor, conhecido na época com o nome de garrafa de Leyden, incluindo faísca e ruído, equivaleria, em menor escala, à descarga atmosférica, relâmpago e trovão.

Para verificar se essa hipótese era verdadeira, ele propôs um experimento: colocar uma haste metálica abaixo de uma nuvem de tempestade e aproximar dela um corpo aterrado, que esteja em contato com o solo para descarregar a eletricidade que vai ser passada pela haste.

Em maio de 1752, o cientista francês Thomas-François D’Alibard (1703-1799) realizou o experimento proposto por Franklin. Levantou uma barra de ferro pontiaguda na direção de nuvens de tempestade e aproximou desta um fio aterrado, verificando que faíscas saltavam do mastro para o fio.

Além de provada a hipótese de Franklin, se estabeleceu assim o princípio do funcionamento dos pára-raios.

Os sistemas de proteção

A invenção dos pára-raios permitiu maior segurança contra as descargas atmosféricas. Ele faz parte do que hoje se chama de sistema de proteção. Esses sistemas foram feitos para proteger construções e seus ocupantes dos efeitos da eletricidade dos relâmpagos.

Ele cria um caminho, com um material de baixa resistência elétrica, para que a descarga entre ou saia pelo solo com um risco mínimo às pessoas presentes no local.

Um sistema é dividido em três componentes: o terminal aéreo, os condutores de descida e o terminal de aterramento.

O terminal aéreo é uma haste metálica rígida e pontiaguda , montada numa base ou tripé, no ponto mais alto da estrutura, que deverá capturar a descarga.

É comumente conhecido pelo nome de pára-raio.

Existem dois modelos básicos de pára-raios: o captador do tipo “Franklin” e a gaiola de Faraday. O captador “Franklin” é constituído por uma haste metálica, sendo mais barato, mas pouco seguro, pois funciona de acordo com probabilidades.

O segundo consiste em um sistema de vários receptores colocados de modo a envolver o topo da estrutura, como uma gaiola.

Esse sistema proporciona maior proteção. A haste dos pára-raios deve ser pontiaguda pois desse modo têm maior poder de acúmulo de cargas.

Em ambos, seus materiais devem ser rígidos para suportar o impacto da descarga, além de ter um elevado ponto de fusão, não derretendo com o calor gerado pela descarga. E por último, o material da haste deve ser bom condutor.

Os condutores de descida são cabos metálicos que unem o terminal aéreo ao terminal de aterramento. Nos edifícios, eles são dispostos em paredes sem janelas, por questão de segurança.

Os terminais de aterramento são hastes, geralmente de cobre, enterradas no chão, a um nível que dependerá do tipo de solo e do tipo de construção que se deseja proteger.

Os minerais que compõem o solo determinam melhores resultados no escoamento da descarga. Outros pára-raios, chamados de captores radioativos utilizam um elemento radioativo, o Américo, para atrair raios.

Tais aparelhos tem fabricação e utilização proibida, por não garantirem uma proteção eficiente. Existem componentes não convencionais dos sistemas de proteção que desativam momentaneamente um aparelho, um instrumento ou transmissor elétrico nas proximidades do local de queda do relâmpago. A voltagem desses intrumentos pode aumentar e esse aumento é denominado surto de tensão ou sobretensão.

Os supressores de surto ou pára-raios eletrônicos são componentes adicionados aos sistemas convencionais proteger contra as sobretensões. Centelhadores, varistores, diodos zener, são exemplos comuns de supressores

Riscos e benefícios

Os relâmpagos podem atingir as pessoas diretamente. Esse acidente deve-se ao efeito direto do relâmpago. Mesmo que as chances sejam pequenas (cerca de 1 para 1 milhão), é necessário que haja cuidados contra esses acidentes. A maioria das mortes e tragédias ocorrem pelos efeitos indiretos, que acontecem nas proximidades do local de queda de um relâmpago.

Os efeitos fisiológicos da corrente elétrica associados aos relâmpagos dependem muito da área do corpo atingida e de outras condições no momento do acidente.

Comumente, a corrente ocasiona sérias queimaduras, danos ao coração, aos pulmões, ao sistema nervoso central, paradas cardíacas, respiratórias e seqüelas psicológicas, como diminuição da capacidade de raciocínio e distúrbios do sono.

A média de mortes de pessoas atingidas, seja direta ou indiretamente, por ano no Brasil é de 100 pessoas. Não há nenhum método conhecido que evite a ocorrência de um relâmpago. Mesmo construções devidamente protegidas já sofrerão esse ataque, enquanto outras desprotegidas, às vezes ao lado dessas, nada sofreram. Podemos perguntar para quê o uso dos sistemas de proteção se eles realmente não protegem. Na verdade, o sistema tenta “atrair a atenção” da descarga e não impedir que ela aconteça.

Vale a regra: ruim com eles, pior sem eles.

Regras de proteção pessoal

As regras de proteção pessoal são um conjunto de medidas, baseadas em conceitos da Física, com o mesmo objetivo dos sistemas de proteção. Nesta seção, citaremos as mais importantes.

Durante uma tempestade, se recomenda não sair de casa e não permanecer nas ruas. Em casa, as chances de ocorrer acidentes diminuem, devido a prédios, árvores e outras residências com proteção, atrativos em potencial para as descargas. Em casa, não se deve usar o telefone, com exceção do tipo “sem fio”, nem se aproximar de objetos metálicos (janelas, grades ou tomadas). Os eletrodomésticos devem ser desligados da rede elétrica. Essas diretrizes evitam os efeitos indiretos das descargas, pois a boa condutividade dos materiais presentes nesses objetos podem provocar acidentes.

Se realmente for necessário permanecer nas ruas, deve-se evitar segurar objetos metálicos longos, como tripés, varas de pesca ou guarda-chuvas. Não se deve empinar papagaio ou aviõezinhos com fio. Franklin, por pura sorte, escapou da morte em seu experimento com a pipa. Andar a cavalo também é uma atividade de risco.

O cavaleiro comporta-se como uma ponta e poderá atrair o raio. Não se deve nadar. Relãmpagos ocorrem nessas superfícies, aso contrário do que se pensa.

Alguns locais podem servir de esconderijos numa tempestade: ônibus, veículos fechados metálicos, prédios e moradias com proteção, construções com estrutura metálica, barcos e navios metálicos fechados, abrigos subterrâneos, como túneis e metrôs, vales, desfiladeiros ou depressões no solo. Nunca se deve ficar no interior de celeiros, barracos e tendas, que facilmente incendeiam ou se destróem pela força da descarga, tampouco próximo a linhas de energia elétrica ou árvores isoladas.

As últmas regras relacionam-se aos locais onde é extremamente perigoso permanecer: topos de morros, cordilheiras, prédios, áreas abertas (como campos de futebol), estacionamentos abertos, quadras de tênis, cercados de arame, varais de metal, linhas aéreas, trilhos, torres, linhas telefônicas e linhas de energia elétrica.

Quando não for possível realizar nenhum dos procedimentos acima citados, ainda há uma maneira de escapar de um acidente. Momentos antes de ocorrer a descarga, pessoas que estejam nessas proximidades sentem seu pêlos arrepiados ou a pele coçando, indícios da atividade elétrica. Não se deve entrar em pânico.

Pode-se ficar na seguinte posição: ajoelhado, curvado para frente, com as mãos colocadas nos joelhos e a cabeça entre eles. Imita-se, desse modo, uma esfera e não uma ponta, como na posição de pé. Jamais se deve deitar no chão, pois a descarga atingirá diretamente essa superfície.

Fonte: www.ufpa.br

Raios

Raios, Relâmpagos e Trovoadas

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 quilómetros de distância, fenómeno conhecido como relâmpago . Ocorre também uma onda sonora chamada trovão .

A utilização dos termos raio ou relâmpago varia conforme a região. Em algumas, chamam-se relâmpagos aqueles que ocorrem entre nuvens, e raios entre nuvens e o solo.

Ocorrência

Os raios são produzidos pelas diferenças de potencial nas atmosferas da Terra e de outros planetas . Um exemplo de sua ocorrência em outros planetas é em Júpiter cujas tempestades são detectadas da terra através de 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 trajeto 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 trajeto 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 elétrica , resultando numa violenta onda de choque (ou de pressão), composta de compressão e rarefação, 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.

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.

Trovão

Durante a descarga, o canal condutor vai crescendo até que se aproxima do solo e se começa a levantar deste uma corrente de carga positiva que vem ao seu encontro. Quando se dá o encontro, um grande número de eletrons fluem para o solo e uma maior e já perfeitamente visível descarga de retorno , brilhante e intensa, com 2 a 5 centímetros de diâmetro, ascende para a nuvem (em cerca de 10 milisegundos) seguindo o mesmo trajeto ionizado.

Frequentemente as descargas repetem-se no mesmo canal ionizado em intervalos típicos de dezena a centena de milissegundos. Tipicamente, o fulgor (flash) de um raio dura cerca de um segundo mas contem pelo menos três ou quatro descargas descendentes seguidas de descargas de retorno de que os nossos olhos só se podem vagamente aperceber. Durante este processo, ocorre um violento deslocamento de ar que gera uma onda de choque sônica, chamada trovão .

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.

Brasil

O Brasil é o país no qual mais se registra o acontecimento de raios em todo o mundo. Por ano, cerca de 100 milhões de raios atingem o território brasileiro. 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.

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 elétrica 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 afetados 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 eletricidade: postes, antenas, etc

Se estiver em casa (a melhor escolha):

Evite zonas de corrente de ar
Afaste-se de bons condutores de eletricidade: 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 eletrodomésticos
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.

Fonte: www.professorcarlosalberto.com.br

Raios

Raios são descargas elétricas de alta intensidade que ocorrem na atmosfera. A maior parte delas ocorre dentro das nuvens e é vista por nós apenas como clarões.

Porém, uma parte delas sai das nuvens e dirige-se para o solo, sendo denominados de raios. Os raios sã motivo de preocupação pelo seu poder de causar, muitas vezes, prejuízos e mortes.

Como se proteger dos Raios?

Os raios são perigosos, por isso é importante evitar algumas situações de risco. Em geral, os raios atingem um só ponto no solo, mas algumas vezes se ramificam e podem atingir vários locais. Quando alguém é atingido diretamente por um raio, pode sofrer uma parada cardíaca e respiratória. Mesmo nesses casos, a pessoa tem chances de sobrevivência. Para tanto, ela deve receber atendimento imediato, com massagem cardíaca e respiração artificial boca à boca.

Dados obtidos nos Estados Unidos mostram que um entre 50 indivíduos que são atingidos por raios e sofrem parada cardíaca e respiratória sobrevive.

Uma em cada seis pessoas atingidas diretamente por um raio morre. As pessoas também podem ser atingidas através de correntes elétricas que se propagam pelo solo a partir do ponto que o raio atingiu. Entre as que conseguem sobreviver, muitas apresentam para o resto de suas vidas problemas de saúde em geral.

Diante dessa realidade, é muito importante saber se proteger. Mas como isso pode ser feito?

Os raios, geralmente, caem nos pontos mais altos de um determinado lugar. Por essa razão torna-se importante evitar segurar objetos como varas e empinar pipas, não ficar em pé em lugares descampados e planos, e não permanecer em locais altos, como, por exemplo, o topo das montanhas, em momentos de tempestades. Para se prevenir também da ação dos raios através das correntes elétricas que circulam pelo solo, deve-se evitar ficar dentro d’àgua e também próximo de árvores.

Outros riscos são as descargas menores que se formam a partir do raio. Para garantir a segurança, não se deve ficar próximo de cercas ou de cabos de ligação do pára-raio com o solo.

Mas qual é a ação correta diante de uma tempestade súbita?

O ideal é ficar dentro de casa. Quando isso não for possível, procure um abrigo ou tente permanecer no carro. No entanto, se o local for descampado, o correto é ficar agachado, de preferência calçando botas com sola de borracha.

Fonte: 200.169.63.95

Raios

DICAS DE SEGURANÇA – RAIOS E TEMPESTADES

SAIBA COMO PROCEDER !

O que são?

Tempestades são caracterizadas por raios e trovões. São produzidas por uma ou mais nuvens cumulunimbus também conhecidas como nuvens de tempestade.

Uma típica nuvem de tempestades tem um diâmetro de 10 a 20 km.

Cerca de 2000 tempestades estão sempre ocorrendo, o que significa que 16 milhões ocorrem anualmente em nosso planeta.

A freqüência de tempestades em um dado local depende de vários fatores, entre eles a topografia, a latitude, a proximidade de massas de água e a continentalidade.

Os raios podem ser perigosos. Quando estão caindo por perto, você está sujeito a ser atingido diretamente por eles. A chance de uma pessoa ser atingida por um raio é algo em torno de 1 para 1milhão. A maioria das mortes e ferimentos não acontecem devido a incidência direta de um raio. Na verdade, são efeitos indiretos associados à proximidade do raio ou por efeitos secundários.

Danos

A corrente do raio pode causar sérias queimaduras e outros danos ao coração, pulmões, sistema nervoso central e outras partes do corpo, através do aquecimento e uma variedade de reações eletroquímicas.

A extensão do dano depende da intensidade da corrente, das partes do corpo afetadas, das condições físicas da vítima e das condições específicas do incidente.

Cerca de 20 a 30% das vítimas de raios morrem, a maioria delas por parada cardíaca e respiratória, e cerca de 70% dos sobreviventes sofrem devido às sérias seqüelas psicológicas e orgânicas, por um longo tempo. As seqüelas mais comuns são diminuição ou perda de memória, diminuição da capacidade de concentração e distúrbio do sono.

No Brasil, estima-se que aproximadamente 100 pessoas morrem por ano atingidas pelos raios.

Perguntas freqüentes

1- Se eu estiver na rua o que devo fazer para não ser atingindo por um raio?

Evite lugares que ofereçam pouca ou nenhuma proteção contra raios tais como:

Pequenas construções não protegidas como celeiros, tendas ou barracos ou veículos sem capota como tratores, motocicletas ou bicicletas
Evite estacionar próximo a árvores ou linhas de energia elétrica
Evite estruturas altas tais como torres, de linhas telefônicas e de energia elétrica
Alguns lugares são extremamente perigosos durante uma tempestade.

Por isso:

NÃO permaneça em áreas abertas como campos de futebol, quadras de tênis e estacionamentos
NÃO fique no alto de morros ou no topo de prédios
NÃO se aproxime de cercas de arame, varais metálicos, linhas aéreas e trilhos
NUNCA se abrigue debaixo de árvores isoladas.

2- E seu eu estiver dentro de casa? Existe algum risco?

Não use telefone (o sem fio pode ser usado)
Não fique próximo a tomadas, canos, janelas e portas metálicas
Não toque em equipamentos elétricos que estejam ligados à rede elétrica.

Fonte: www.bombeiros.go.gov.br

Raios

Um raio, relâmpago ou corisco é talvez a mais violenta manifestação da natureza.

Numa fração de segundo, um raio pode produzir uma carga de energia cujos parâmetros chegam a atingir valores tão altos quanto:

125 milhões de volts
200 mil ampères
25 mil graus Celsius

Embora nem sempre sejam alcançados tais valores, mesmo um raio menos potente ainda tem energia suficiente para matar, ferir, incendiar, quebrar estruturas, derrubar árvores e abrir buracos ou valas no chão.

Ao redor da Terra caem cerca de 100 raios por segundo. No Brasil, nas regiões Sudeste e Sul, a incidência é de 25 milhões de raios anualmente, sendo a maior quantidade, no período de dezembro a março, que corresponde à época das chuvas de verão.

Embora não haja estatísticas disponíveis para o Brasil, centenas de pessoas a cada ano são atingidas por raios. Muitas morrem, outras sofrem traumatismos e queimaduras. A maioria das vítimas são atingidas ao ar livre, embaixo de árvores ou na água. No Brasil, há inúmeros relatos de vítimas de raios, atingidas enquanto jogavam futebol ou estavam na praia durante uma tempestade de verão.

Num destes casos (janeiro de 1994) dez pessoas foram feridas por um raio enquanto se abrigavam sob duas barracas de praia em Ipanema. Todas sofreram queimaduras de primeiro grau e foram jogadas para longe; uma barraca foi despedaçada e sua dona ficou com as roupas rasgadas. As vítimas tiveram que ser carregadas para o Hospital Miguel Couto, onde se recuperaram e foram liberadas.

O que aconteceu, provavelmente, foi que os mastros das barracas agiram como pára-raios e não havendo aterramento, a explosão de energia espalhou-se ao redor, atingindo as vítimas.

Outro caso que merece atenção aconteceu durante um treino do Palmeiras (setembro de 1983), no Parque Antártica. Chovia muito e, de repente, um raio caiu no meio de um grupo de jogadores. Um deles desmaiou, outros três foram derrubados no chão e o técnico da equipe foi atirado a alguns metros de distância.

Eventualmente todos se recuperaram.

Caso mais triste sucedeu em janeiro de 1997 com dois adolescentes, que rezavam no alto do Morro de Gericinó (Realengo) durante uma tempestade. O lugar, descampado, é conhecido como Pedra do Avião. Um raio atingiu os rapazes; um deles foi jogado para cima e rolou pedra abaixo, escapando vivo, com ligeiras escoriações. O outro, no entanto, teve suas roupas e sua Bíblia reduzidos a frangalhos e morreu, provavelmente de parada cardíaca, já que não havia queimaduras ou traumatismos.

Além de vítimas, os raios destroem bens materiais correspondentes a prejuízos de muitos milhões de reais todos os anos com incêndios florestais ou em lavouras; incêndios ou destruição de prédios ou pontes; danos graves em veículos; interrupções da energia elétrica pela destruição de torres e linhas de abastecimento, etc.

AS LENDAS

A sabedoria popular, nem sempre tão sábia, criou uma série de noções falsas que podem levar à tragédia:

Lenda: Se não está chovendo não caem raios.
Verdade: Os raios podem chegar ao solo a até 15 km de distância do local da chuva.

Lenda: Sapatos com sola de borracha ou os pneus do automóvel evitam que uma pessoa seja atingida por um raio.
Verdade: Solas de borracha ou pneus não protegem contra os raios. No entanto, a carroceria metálica do carro dá uma boa proteção a quem está em seu interior; sem tocar em partes metálicas. Mesmo que um raio atinja o carro é sempre mais seguro dentro do que fora dele.

Lenda: As pessoas ficam carregadas de eletricidade quando são atingidas por um raio e não devem ser tocadas.
Verdade: As vítimas de raios não “dão choque” e precisam de urgente socorro médico, especialmente reanimação cardio-respiratória.

Lenda: Um raio nunca cai duas vezes no mesmo lugar.
Verdade: Não importa qual seja o local ele pode ser atingido repetidas vezes, durante uma tempestade. Isto acontece até com pessoas. O guarda florestal norte-americano Roy Sullivan foi atingido sete vezes durante sua vida. Sofreu pequenas queimaduras, contusões, tombos e roupas rasgadas. Hoje, aposentado, Roy mora numa casa reboque com um pára-raios em cada quina.

Fonte: www0.rio.rj.gov.br

Raios

Que são os Relâmpagos ?

Relâmpagos são descargas elétricas de alta intensidade que ocorrem na atmosfera. A maior parte delas ocorre dentro das nuvens e é vista por nós apenas como clarões. Porém, uma parte delas sai das nuvens e dirige-se para o solo, atingindo-o. A estas descargas damos o nome de raios.

São os raios que preocupam tanto os homens, devido ao seu poder de causar, muitas vezes, prejuízos e mortes.

Quais os principais prejuízos causados pelos raios?

O Brasil é atingido, todo ano, por cerca de 100 milhões de raios. Em nosso país os raios possuem uma intensidade média de 40.000 Ampéres, isto é, cerca de 10.000 vezes maior que a intensidade da corrente que circula nos aparelhos elétricos em nossas residências. Devido a isto, os raios, quando atingem um objeto, geralmente causam grandes danos. Exemplos disso são as queimas de aparelhos eletrônicos, como computadores, ou mesmo a interrupção de energia elétrica.

Embora seja difícil determinar o total dos prejuízos causados pelos raios à sociedade, acredita-se que, só no estado de São Paulo, eles sejam da ordem de centenas de milhões de reais a cada ano. Os raios também podem atingir as pessoas, causando sérios ferimentos ou até mesmo a morte.

No Brasil cerca de 200 pessoas morrem, por ano, atingidas por raios.

Para que servem os Pára-raios?

Os pára-raios são hastes metálicas ligadas por cabos condutores ao solo, colocadas nos telhados das residências de modo a criar um caminho por onde o raio possa passar em direção ao solo, sem causar danos.

No solo ele se dissipa. Embora os pára-raios não protejam totalmente uma residência, o seu uso, nos últimos dois séculos, tem diminuído considerávelmente os acidentes provocados por raios.

Pára-raios também são usados em barcos, torres de televisão e rádio e torres de transmissão e distribuição de energia elétrica.

Como se proteger dos Raios?

Os raios são perigosos. Por isso é importante evitar algumas situações de risco. Em geral, os raios atingem um só ponto no solo, mas algumas vezes eles se ramificam e podem atingir vários locais.

Quando alguém é atingido diretamente por um raio, pode sofrer uma parada cardíaca e respiratória. Mesmo nesses casos, a pessoa tem chances de sobrevivência. Para tanto, ela deve receber atendimento imediato, com massagem cardíaca e respiração artificial boca a boca. Dados obtidos nos Estados Unidos mostram que um entre 50 indivíduos que sofrem de parada cardíaca e respiratória, devido a raios, sobrevive.

As pessoas também podem ser atingidas através de correntes elétricas que se propagam pelo solo a partir do ponto que o raio atingiu. Uma em cada seis pessoas atingidas diretamente por um raio morre. Entre as que conseguem sobreviver, muitas apresentam, para o resto de suas vidas, problemas de saúde em geral.

Diante dessa realidade, é muito importante saber se proteger. Mas como isso pode ser feito? Os raios caem nos pontos mais altos de um determinado lugar. Daí ser importante evitar segurar objetos como varas e empinar pipas, não ficar em pé em lugares descampados e planos e não permanecer em locais altos, como, por exemplo, o topo das montanhas.

Para se prevenir da ação dos raios através das correntes elétricas que circulam pelo solo, deve-se evitar ficar dentro d’àgua e também próximo de árvores.

Outros riscos são as descargas menores que se formam a partir do raio. Para garantir a segurança, não se deve ficar próximo de cercas ou de cabos de ligação do pára-raio com o solo.

Mas qual é a ação correta diante de uma tempestade súbita? O ideal é ficar dentro de casa. Quando isso não for possível, procurar um abrigo ou tentar permanecer no carro. No entanto, se o local for descampado, o correto é ficar agachado, de preferência calçando botas com sola de borracha.

Brasil e EUA estudam relâmpagos e El Niño

Inpe, Nasa e universidades se juntam para desvendar ligações entre o número de raios e mudanças climáticas bruscas nas Américas.

São José dos Campos (SP) – Uma parceria inédita entre o Brasil e os Estados Unidos levará cientistas dos dois países a estudarem a influência dos fenômenos El Niño e aquecimento global na densidade de raios que caem sobre o continente americano. Esta é a primeira vez que a comunidade científica une esforços para desvendar quais as relações entre as tempestades e essas mudanças climáticas.

As atividades conjuntas vão envolver o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), a Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (Nasa) e as universidades de Washington e do Texas. O diretor do Instituto de Cooperação e Meteorologia Aplicada da Universidade Norte – Americana do Texas, Richard Orville, considera esse tipo de estudo essencial para obter uma melhor análise da ação destes fenômenos na alteração do clima da terra.

Avaliações iniciais mostraram que um pequeno aumento na temperatura gera um grande acréscimo de relâmpagos. “Se isto se confirmar, os raios serão uma ferramenta fundamental nos estudos dos efeitos do El Niño e do aquecimento global”, comentou.

Os Estados Unidos mantêm em funcionamento a maior rede de detecção de relâmpagos das Américas, mas precisava de dados da América do Sul para aprimorar sua pesquisas. O convênio poderá reforçar algumas conclusões surpreendentes. Uma delas vem da Texas University. Richard Orville, considerado uma das maiores autoridades mundiais em ciência atmosférica, diz ter constatado o crescimento no número de raios em seu país nos últimos anos.

Consenso

Apesar dos diversos estudos feitos sobre a interferência do aquecimento do planeta e das águas do Oceano Pacífico na costa do Peru, apenas há dois anos houve um consenso na comunidade científica sobre a influência do El Niño no aumento das descargas elétricas. Mesmo assim, ainda existem pontos de divergência entre os estudiosos do assunto.

A urgência na mobilização dos institutos científicos deve-se, também, aos poucos dados conclusivos sobre essa interferências. Somente agora, os Estados Unidos deverão calcular o aumento de raios na presença destas anomalias que desestabilizam o clima do planeta. As pesquisas neste setor estão atrasadas em relação as outras questões climáticas. As informações sobre os efeitos do aquecimento global nas descargas elétricas, por exemplo, são insuficientes para qualquer conclusão.

A esperança em avançar neste assunto, está no aperfeiçoamento dos equipamentos de detecção e rastreamento dos relâmpagos. O Brasil começa, agora, a formar a sua rede de monitoramento, numa iniciativa das centrais Energéticas de Minas Gerais (Cemig) e do Inpe. Mas a cobertura deverá ficar restrita ao Sudoeste do país e a uma pequena parte do Sul.

Descargas

O coordenador das pesquisas do Inpe referentes a descargas atmosféricas, Osmar Pinto Júnior, apresentou esta semana, no 5º Congresso Internacional da Sociedade Brasileira de Geofísica, realizado em São Paulo, um dado alarmante. No Sudoeste do Brasil, em abril de 1992, quando o El Niño estava em atividade, foram registrados 200 mil raios. Porém, dois anos mais tarde, já sem a presença do fenômeno, esse número caiu para 50 mil. “Temos necessidade real de saber quais são as ligações entre esses dois assuntos”, comentou.

No território dos Estados Unidos caem por ano cerca de 35 milhões de raios. No Brasil esse índice pode ser três vezes maior, beirando a casa dos 100 milhões.

A diferença fica ainda mais acentuada se comparado o volume de raios positivos – mais raros e perigosos. Cerca de 9% das descargas americanas são desta popularidade, enquanto no Brasil esse percentual sobe para 29%.

Os raios das tempestades amazônicas também serão alvo de estudos envolvendo o Brasil e Estados Unidos. Duas grandes campanhas de coleta de dados na região estão programadas para o verão de 1999. O Inpe, a Universidade de São Paulo e a Nasa irão instalar um sistema de rastreamento de raios em Rondônia.

O equipamento, com quatro sensores de leitura de solo, ficará por três anos fazendo registros.

Fonte: www.raios.com.br

Raios

Raios

O QUE SÃO RAIOS?

A descarga atmosférica, popularmente conhecida como raio, faísca ou corisco, é um fenômeno natural que ocorre em todas as regiões da terra. Na região tropical do planeta, onde está localizado o Brasil, os raios ocorrem geralmente junto com as chuvas.

O raio é um tipo de eletricidade natural e quando ocorre uma descarga atmosférica temos um fenômeno de rara beleza, apesar dos perigos e acidentes que o mesmo pode provocar.

O raio é identificado por duas características principais:

O trovão, que é o som provocado pela expansão do ar aquecido pelo raio.
O relâmpago, que é a intensa luminosidade que aparece no caminho por onde o raio passou..

Os raios ocorrem porque as nuvens se carregam eletricamente. É como se tivéssemos uma grande bateria com um pólo ligado na nuvem e outro pólo ligado na terra.

A “voltagem” desta bateria fica aplicada entre a nuvem e a terra. Se ligarmos um fio entre a nuvem e a terra daremos um curto-circuito na bateria e passará uma grande corrente elétrica pelo fio. O raio é este fio que liga a nuvem terra. Em condições normais, o ar é um bom isolante de eletricidade. Quando temos uma nuvem carregada, o ar entre a nuvem e a terra começa a conduzir eletricidade porque a “voltagem” exitstente entre a nuvem e a terra é muito alta: vários milhões de volts (a “voltagem” das tomadas é de 110 ou 220 volts).

O raio provoca o curto-circuito da nuvem para a terra e pelo caminho formado pelo raio passa uma corrente elétrica de milhares de ampéres. Um raio fraco tem corrente de cerca de 2.000 A, um raio médio de 30.000 A e os raios mais fortes tem correntes de mais de 100.000 A (um chuveiro tem corrente de 30 A).

Apesar das correntes dos raios serem muito elevadas, elas circulam durante um tempo muito curto (geralmente o raio dura menos de um segundo).

Os raios podem sair da nuvem para a terra, da terra para a nuvem ou então sair da nuvem e da terra e se encontrar no meio do caminho.

No mundo todo ocorrem cerca de 360.000 raios por hora (100 raios por segundo). O Brasil é um dos países do mundo onde caem mais raios. No estado de Minas Gerais, onde foram feitas medições precisas do número de raios que caem na terra, temos perto de 8 raios por quilômetro quadrado por ano.

Muitos raios ocorrem dentro das nuvens. Geralmente este tipo de raio não oferece perigo para quem está na terra, no entanto ele cria perigo para os aviões.

Os raios caem nos pontos mais altos porque eles sempres procuram achar o menos caminho entre a nuvem e a terra. Árvores altas, torres, antenas de televisão, torres de igreja e edifícios são pontos preferidos pelas descargas atmosféricas.

SÃO PERIGOSOS?

Sim. Os raios trazem uma série de riscos para as pessoas, animais, equipamentos e instalações.

Mesmo antes de um raio cair já existe perigo. Antes de cair um raio, as nuvens estão “carregadas de eletricidade” e, se por baixo da nuvem tivermos, por exemplo, uma cerca muito comprida, os fios da cerca também ficarão “carregados com eletricidade”. Se uma pessoa ou animal tocar na cerca irá tomar um choque elétrico, que em alguns casos poderá ser fatal.

O choque elétrico ocorre quando uma corrente elétrica circula pelo corpo de uma pessoa ou animal.

Dependendo da intensidade da corrente e do tempo em que a mesma circula pelo corpo, poderão ocorrer consequências diversas: formigamento, dor, contrações violentas, queimaduras e morte. Se um raio cair diretamente sobre uma pessoa ou animal, dificilmente haverá salvação.

Na maioria dos casos as pessoas não são atingidas diretamente. Quando um raio atinge uma cerca ou uma edificação provoca uma circulação de corrente pelas partes metálicas da instalação atingida.

No caso da cerca, os arames conduzirão parte da corrente do raio e ficarão eletrificados. No caso de uma casa, os canos metálicos de água, os fios da instalação elétrica e as ferragens das lajes e colunas irão conduzir parte da corrente do raio e ficarão também “carregados de eletricidade”. Uma pessoa ou animal que esteja em contato ou até mesmo perto destas partes metálicas poderá tomar um choque violento.

Mesmo no caso de um raio cair sobre uma estrutura que não tenha matais, como por exemplo uma árvore, uma pessoa perto desta árvore poderá tomar um choque. Os valores das voltagens e correntes envolvidas no raio são tão grandes que ele faz a árvore se comportar como um condutor de eletricidade.

Os equipamentos elétricos e telefônicos sofrem muito com os raios. Estes equipamentos são projetados para trabalhar com uma “voltagem” especificada. Quando um raio cai perto ou sobre as redes telefônicas, redes elétricas e antenas, ele provoca o aparecimento de “voltagens” elevadas nos equipamentos, muito acima do valor para o qual eles foram projetados e geralmente ocorre sua queima.

Os raios podem provocar danos mecânicos, como por exemplo derrubar árvores ou até mesmo arrancar tijolos e telhas de uma casa.

Um dos grandes perigos que os raios criam são os incêncios. Muitos incêndios em florestas são provocados por raios. No caso de silos e depósitos de material inflamável, a queda de uma raio pode provocar consequências catastróficas.

É perigoso tomar banho em chuveiros elétricos durante as tempestades?

Sim. O chuveiro elétrico está ligado à rede elétrica que alimenta a residência e se um raio cair próximo ou sobre a mesma poderemos ter o aparecimento de “voltagens” perigosas na fiação e a pessoa que está tomando banho pode tomar um choque elétrico.

Não devemos operar aparelhos elétricos e telefônicos durante as tempestades?

Não, pelo mesmo motivo apresentado no caso de tomar banho. Os aparelhos elétricos e telefônicos estão ligados a fios, que podem ter suas “voltagens” elevadas quando há queda de um raio sobre ou perto das redes telefônicas e elétricas, ou mesmo no caso de um raio que caia sobre a casa.

É possível se proteger contra os raios?

Sim. A adoção de medidas de segurança pessoal minimiza bastante os perigos provocados pelos raios. A maior parte dos acidentes ocorre com pessoas que estão em locais descampados. Raramente temos acidentes com pessoas dentro de edificações.

Durante as tempestades com raios:

Evite ficar em locais descampados e descobertos;
As casas, edifícios, galpões, carros, ônibus e trens são locais seguros;
Dentro de uma edificação, procure ficar afastado (no mínimo um metro) de paredes, janelas, aparelhos elétricos e telefônicos;
Evite tomar banho em chuveiro elétrico e operar aparelhos elétricos e telefônicos;
Ficar em baixo de uma árvore alta e isolada é muito perigoso, no entanto procura abrigo dentro de uma mata fechada é seguro;
Se estiver em local descampado, não carregue objetos longos, tais como guarda-chuva, vara de pescar, enxada, ancinho, etc;
Não entre dentro de rios, lagoas e mar;
Não opere trator ou qualquer máquina agrícola que não tenha cabine metálica fechada;
Evite ficar perto de cercas e estruturas elevadas (torre, caixa d’água suspensa, árvore alta, etc.);

É possível proteger equipamentos elétricos e telefônicos contra raios?

Sim. Existem protetores especiais que devem ser instalados nas tomadas e nos telefones. Em dias de tempestade é aconselhável desligar os equipamentos das tomadas.

É possível proteger casas e edificações contra raios?

Sim. A norma brasileira NBR 5419 – Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas – Jun/93, estabelece os critérios e procedimentos para a instalação de pára-raios em casas e edificações.

Existem os raio e o corisco?

Raio e corisco são nomes popularmente utilizados para designar as descargas atmosféricas.

O que é “raio-bola”?

É um tipo de raio muito raro. Ele tem o formato de uma bola de fogo, que fica flutuando no ar e algumas vezes ele explode, podendo provocar queimaduras em animais e pessoas próximas.

Caem mais raios em locais rochosos?

Não existe evidência científica de que o tipo de terreno influencie no número de raios que caem. O que sabemos é que em locais elevados caem mais raios de que em locais mais baixos.

Redes elétricas que cortam fazendas aumentam os riscos com raios?

Um raio que cai sobre uma rede elétrica, provavelmente cairia no mesmo local do terreno, mesmo se não não existisse a rede elétrica. Como a rede elétrica se destaca, ou seja, ela acostuma ser um ponto elevado sobre o terreno, raios que iriam cair no solo ou sobre árvores acabam caindo sobre a rede.

O perigo que a rede elétrica traz é devido ao fato dela estar ligada à instalação elétrica de casas e edificações. Um raio que cai na rede elétrica ou nas suas proximidades acaba provocando o aparecimento de “voltagens” perigosas na fiação das edificações.

Quando um rebanho inteiro morre devido a um raio próximo a uma cerca, é devido ao próprio agrupamento dos animais ou à proximidade do rebanho da cerca? O que atrai mais, o agrupamento de animais ou a cerca?

O que atrai o raio é a altura relativa do objeto ou animal em relação ao solo.

O raio sempre cai na estrutura mais alta. Em muitos casos os animais são mais altos que a cerca e neste caso eles são pontos preferenciais para a queda de raios.

Como a altura dos animais e da própria cerca não é grande, eles não atraem muitos raios. As árvores isoladas, em geral, atraem mais raios que cercas e animais.

Mesmo no caso de uma cerca devidamente protegida (aterrada e seccionada), se um raio cair sobre ela e se junto dela estiver um rebanho, provavelmente o resultado será catastrófico. O raio que cai diretamente na cerca energiza apenas um trecho dela, ou seja, o seccionamento e aterramento evitam a energização de toda a cerca. Apenas os animais junto ao trecho de cerca energizado correm grandes riscos.

Fonte: www.para-raio.com.br

Raios

RAIOS – ENERGIA APROVEITÁVEL

Não existe ainda uma tecnologia capaz de armazenar a energia dos raios para aproveitá-la depois. Mesmo que existisse, talvez não valesse a pena.

A energia que um raio transfere da nuvem para a terra tem em torno de 500 quilowatts. Se você olhar a conta de luz da sua casa, verá que isso é pouco mais do que se consome em um mês.

“Talvez, no futuro, seja possível lançar mão de uma torre para captar raios e alimentar um sítio ou uma fazenda”, diz o meteorologista Osmar Pinto Júnior, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), em São José dos Campos, São Paulo. “Isso poderá ser feito principalmente em regiões com alta incidência de relâmpagos, ou seja, mais de cinco faíscas por quilômetro quadrado por ano”, afirma Osmar.

Ainda assim, será necessário estudar bem se o custo da montagem do equipamento compensa o benefício. Mesmo se fosse possível capturar todos os relâmpagos que caem em uma cidade como São Paulo (de 5 000 a 10 000 por ano) — por meio de milhares de torres ou pára-raios —, a energia capturada seria suficiente para alimentar no máximo 600 residências. Ou seja, não valeria a pena.

CARRO, ABRIGO SEGURO CONTRA RAIOS?

Sim! “Quando um carro é atingido por um raio, as cargas elétricas se espalham por sua superfície metálica externa sem ameaçar quem está dentro”, diz o físico Adilson Gandu, da Universidade de São Paulo. Quando os pneus estão molhados pela chuva, essas cargas passam por eles e se descarregam no solo.

Mesmo com os pneus secos, elas se transformam em fagulhas e são absorvidas pelo chão. Agora, quem for pego por uma tempestade em local aberto, sem um carro para se proteger, deve ficar agachado. Em pé, funcionará como pára-raios. Os pés também têm que ficar unidos. Ao atingir o solo, o raio se espalha de forma concêntrica.

À medida que se afasta do centro, seu potencial elétrico diminui. Com as pernas afastadas, o potencial em um dos pés será maior que em outro e essa diferença permitiria a passagem de corrente elétrica pelo corpo.

PROTEÇÃO TOTAL

A lataria do carro forma uma couraça contra cargas elétricas

1 – Em vez de penetrar no automóvel, a eletricidade do raio se espalha por toda sua superfície externa.
2 – Através dos pneus, a eletricidade é descarregada para o solo

Fonte: super.abril.uol.com.br

Raio

DESCOBERTA DO RAIO

Foi somente após a descoberta da eletricidade no início do século 18, que a natureza elétrica da atmosfera da Terra começou a ser desvendada.

Em 1708, William Wall, ao ver uma faísca sair de um pedaço de âmbar carregado eletricamente, observou que ela era parecida com um relâmpago. Na metade do século, após a descoberta das primeiras propriedades elétricas da matéria, tornou-se evidente que os relâmpagos deveriam ser uma forma de eletricidade, associada de alguma maneira com as tempestades.

Benjamin Franklin foi o primeiro a projetar um experimento para tentar provar a natureza elétrica do relâmpago. Em julho de 1750, Franklin propôs que a eletricidade poderia ser drenada de uma nuvem por uma mastro metálico. Se o mastro fosse isolado do solo, e um observador aproximasse do mesmo um fio aterrado, uma faísca saltaria do mastro para o fio quando uma nuvem eletrificada estivesse perto.

Se isto ocorresse, estaria provado que as nuvens são eletricamente carregadas e, consequentemente, que os relâmpagos também são um fenômeno elétrico. Em maio de 1752, Thomas-François D’Alibard demonstrou que a sugestão de Franklin estava certa e que os relâmpagos, portanto, eram um fenômeno elétrico. Em junho de 1752, Franklin realizou outro experimento com o mesmo propósito, seu famoso experimento com uma pipa. Ao invés de utilizar um mastro metálico, ele usou uma pipa, desde que ela poderia alcançar maiores altitudes e poderia ser usada em qualquer lugar. Novamente, faíscas saltaram de uma chave colocada na extremidade do fio preso a pipa em direção a sua mão.

Também em 1752, L. G. Lemonnier repetiu o experimento de Franklin com o mastro metálico, mas ao invés de aproximar um fio aterrado , colocou um pouco de poeira para ver se ela seria atraída. Ele descobriu que mesmo quando não haviam nuvens, situação conhecida como condição de tempo bom, uma fraca eletrificação existia na atmosfera. Ele também encontrou evidências de que tal eletrificação variava da noite para o dia. Em 1775, G. Beccaria confirmou a existência da variação diurna da eletrificação na condição de tempo bom e determinou que a polaridade da carga elétrica na atmosfera nestas condições era positiva e que ela mudava para negativa quando haviam tempestades próximas, em concordância com as observações de Franklin.

Em 1779, H.B. Saussure mediu pela primeira vez a carga induzida em um condutor imerso na atmosfera. Seu instrumento, um precursor do eletrômetro, consistia em observar a separação entre duas pequenas esferas suspensas lado a lado por fios finos. Além de confirmar os resultados de Beccaria, Saussure descobriu uma variação anual da eletrificação na condição de tempo bom, bem como uma variação com a altitude. Ele acreditava que elas poderiam ser explicadas assumindo que o ar continha uma carga positiva.

Em 1785, C.A. Coulomb descobriu que o ar é condutor, observando que um objeto condutor isolado exposto ao ar gradualmente perdia sua carga. Sua descoberta, entretanto, não foi compreendida na época, visto que os gases eram então considerados como isolantes, e ficou completamente esquecida. Em 1804, P. Erman, de modo a explicar as observações de Saussure, sugeriu pela primeira vez que a Terra devia ser carregada negativamente. Em 1842, J. Peltier confirmou esta idéia e sugeriu que a carga no ar deveria ser originária da Terra, a qual por sua vez teria tornado-se carregada durante sua formação. Em 1860, W. Thomson (também conhecido por Lord Kelvin) defendeu a idéia de que cargas positivas deveriam existir na atmosfera para explicar sua eletrificação em tempo bom. Ele foi também o primeiro a reconhecer a eletrificação da atmosfera como uma manifestação de um campo elétrico.

Em 1885, J. Elster e H. F. Geitel propuseram a primeira teoria para explicar a estrutura elétrica das tempestades. Em 1887, W. Linss chegou aos mesmos resultados obtidos por Coulomb cerca de 100 anos antes e, então, estimou que a Terra perderia quase toda a sua carga para a atmosfera condutora em menos de uma hora, a menos que a fonte de cargas fosse reestabelecida. Este fato deu origem ao que se tornou conhecido como problema fundamental da eletricidade atmosférica, isto é, como a carga negativa da Terra é mantida.

As primeiras idéias para resolver este problema somente surgiram no século seguinte. Em 1889, H.H. Hoffert identificou descargas de retorno individuais em um relâmpago no solo usando uma câmara fotográfica primitiva. Em 1897, F. Pockels estimou pela primeira vez a intensidade máxima da corrente de um relâmpago no solo, através da medida do campo magnético residual produzido por relâmpagos em rochas basálticas. Finalmente em 1899, J. Elster e H.F. Geitel descobriram que a radioatividade esta presente na atmosfera, estabelecendo com isto uma explicação para a presença de íons na atmosfera. As próximas descobertas a respeito da eletrificação da atmosfera só surgiram após o desenvolvimento de instrumentos fotográficos e elétricos no século 20. As leis físicas básicas para explicar tais descobertas são descritas por um conjunto de equações conhecidas por equações de Maxwell, enunciadas por J.C. Maxwell em 1865.

A atmosfera da Terra pode ser dividida em diferentes regiões, com base em diferentes parâmetros.

Em termos de seu perfil de temperatura, a atmosfera é dividida a partir da superfície da Terra nas seguintes regiões: troposfera, estratosfera, mesosfera e termosfera. O limite entre a troposfera e a estratosfera, onde a temperatura para de diminuir e começa a aumentar com a altura é chamado de tropopausa.

O nível de temperatura máxima em torno de 50 km (cerca de 270 K) é chamado estratopausa, e separa a estratosfera da mesosfera.

O nível de temperatura mínima em torno de 80 km (cerca de 180 K) é chamado de mesopausa e separa a mesosfera da termosfera.

O perfil de temperatura é variável com o tempo e o local, ocasionalmente apresentando na troposfera finas camadas dentro das quais a temperatura aumenta com a altura, conhecidas como inversões. A altura da tropopausa também depende do tempo e do local, em particular da latitude geográfica. Abaixo de cerca de 20 graus de latitude ela está normalmente localizada em torno de 15-18 km, enquanto que, perto dos pólos, ela pode estar em alturas tão baixas quanto 8 km.

Do ponto de vista dos íons e da condutividade, a atmosfera pode ser dividida em: atmosfera inferior, correspondente a troposfera, média atmosfera, correspondente a estratosfera e mesosfera, e atmosfera superior, acima de 80 km, correspondente a termosfera.

A atmosfera inferior e a média atmosfera são fracamente condutoras devido presença de pequenas concentrações de íons. Nestas regiões, os íons são criados pela ionização de moléculas neutras do ar, geralmente moléculas de nitrogênio e oxigênio, por raios cósmicos primários e secundários, e por partículas e radiação produzida pelo decaimento radioativo de substâncias no solo, como urânio e tório, e no ar, como gás radônio. Como resultado da ionização das moléculas, elétrons livres e íons positivos são criados.

Os elétrons são então rapidamente ligados a outras moléculas neutras produzindo íons negativos. A produção de íons por raios cósmicos varia com a altitude e a latitude.

A produção de íons devido ao decaimento de substâncias radioativas depende das características do solo. Em particular, nos oceanos ela é várias ordens de magnitude menor do que nos continentes. Em geral, a razão média de ionização (produção de pares de íons) sobre os continentes devida a substâncias radioativas é predominante sobre aquela devida a raios cósmicos abaixo de 1 km. Acima de 1 km, a razão de ionização é dominada por raios cósmicos. A razão de ionização é também dependente das condições meteorológicas e da atividade geomagnética e solar. Ocasionalmente, a ionização criada por partículas energéticas durante períodos de alta atividade geomagnética e solar pode dominar sobre a ionização produzida por raios cósmicos acima de 20 km. Também o ciclo solar de 11 anos produz uma variação na razão de ionização na atmosfera. Esta variação torna-se mais pronunciada com o aumento da altura e com o aumento da latitude geomagnética.

Após os íons serem formados, eles reagem com as moléculas neutras e prendem-se a moléculas de água do vapor d’água sempre existente na atmosfera, formando aglomerados de íons. Estes aglomerados são relativamente estáveis, e constituem a maioria dos íons de tamanho molecular, também chamados de pequenos íons. Exemplos de tais íons são h2O+(h2O) e O2-(h2O)n. Quando pequenos íons agregam-se a partículas de aerossóis, eles formam grandes íons. Em geral, grandes íons estão presentes na atmosfera em menores concentrações do que os pequenos íons, exceto em regiões com altos níveis de poluição, onde eles podem ser mais numerosos.

Durante condições estacionárias, a concentração de pequenos íons em um dado instante e local é o resultado do balanço entre a produção (razão de ionização) e a destruição de íons. Pequenos íons são destruídos pela recombinação entre eles, e pela combinação com grandes íons e partículas de aerossóis. A concentração total média de pequenos íons sobre os continentes e sobre os oceanos é aproximadamente a mesma e da ordem de 1000 cm-3, muito embora a razão de ionização sobre o oceano seja menor devido à ausência de elementos radioativos.

Este fato, entretanto, é compensado pela menor razão de destruição devido baixa concentração de aerossóis. Existem mais íons pequenos positivos do que negativos, e a diferença é responsável pela existência de uma carga líquida positiva na atmosfera.

A existência desta carga líquida próxima a superfície da Terra implica que um processo adicional de íons deva existir, desde que o processo de ionização produz iguais concentrações de íons negativos e positivos. Um destes processos é chamado descarga pontual ou corona e está associado com largos campos elétricos que ocorrem próximos as tempestades. À medida que o campo elétrico aumenta, o campo ao redor de objetos pontiagudos alcança valores suficientes para a quebra de rigidez do ar, produzindo pequenas descargas na atmosfera. Como conseqüência, um largo número de íons de uma polaridade são injetados na atmosfera. ons de uma só polaridade podem também ser formados na atmosfera próximos a quedas d’água (íons negativos) e por ondas nos oceanos (íons positivos).

A presença da superfície da Terra influencia a concentração de íons, aerossóis e partículas radioativas através da distribuição de ventos, temperatura e vapor d’água. Tal influência é dominada pela turbulência. A camada na qual esta influência é significativa é chamada camada planetária ou camada limite. A profundidade desta camada é altamente variável, indo de dezenas de metros até 3 km acima do solo. É válido notar que a maioria das medidas elétricas na atmosfera são feitas dentro desta camada.

Diferentemente da atmosfera inferior e da média atmosfera, na atmosfera superior existem além dos íons negativos e positivos uma considerável quantidade de elétrons livres produzidos pela absorção da radiação solar por átomos e moléculas.

Este processo é chamado de fotoionização. Os elétrons podem então se unir a moléculas neutras criando íons negativos. Os elétrons e íons criados por este processo tornam a atmosfera um razoável condutor, formando uma região chamada ionosfera. Embora seja possível ter regiões da ionosfera com excesso de cargas negativas ou positivas, tal excesso é muito pequeno comparado às cargas totais de modo que a ionosfera pode ser considerada neutra. Em geral, a densidade numérica de íons negativos na ionosfera é negligenciável e a ionização pode ser descrita em termos da densidade de elétrons.

A densidade de elétrons na ionosfera varia consideravelmente com a hora do dia, altitude, latitude, atividade solar e outros efeitos locais. A maior variação da densidade de elétrons ocorre ao longo do dia, em função da variação da radiação solar.

À noite, a fotoionização é devida a radiação solar espalhada por átomos de hidrogênio das camadas mais externas da atmosfera e é muito menor do que de dia.

Iniciando-se na parte superior da ionosfera e estendendo-se para cima está localizada a magnetosfera, região onde a dinâmica das partículas é governada pelo campo magnético da Terra. Os íons, prótons e elétrons nesta região são originários da ionosfera e do vento solar, um fluxo de partículas carregadas provenientes do sol que atinge a atmosfera da Terra na magnetopausa, o limite superior da magnetosfera. Na parte interna da magnetosfera, partículas carregadas são aprisionadas pelo campo magnético formando cinturões de radiação ao redor da Terra.

Na atmosfera inferior e média atmosfera, íons negativos e positivos movem-se em resposta aos campos elétricos. Durante seu movimento, eles colidem com partículas neutras, as quais atuam de modo a impedir o movimento. A facilidade dos íons de moverem-se através das partículas neutras é descrita por um fator denominado mobilidade, o qual depende da massa e da carga dos íons, da densidade de partículas neutras e da temperatura.

A capacidade da atmosfera de conduzir uma corrente elétrica é expressa em termos de sua condutividade. A condutividade na atmosfera inferior e média atmosfera é isotrópica, sendo dada pelo produto da densidade de íons, a carga dos íons e a mobilidade. Somente os íons pequenos contribuem para a condutividade, desde que a mobilidade dos íons grandes é várias ordens de grandeza menor.

Na atmosfera inferior as condutividades de íons negativos e positivos não são exatamente iguais. A condutividade na atmosfera inferior e média atmosfera aumenta com a altitude. Esta variação é principalmente devida ao aumento da mobilidade com a altitude, em conseqüência da diminuição da densidade da atmosfera. A condutividade também varia com a latitude, devido à variação da intensidade de raios cósmicos, e tende a ser maior em altas latitudes. Perto da superfície da Terra, a condutividade apresenta variações em associação com a presença de neblina ou poluição. Na atmosfera superior, a condutividade é anisotrópica devido ao fato da mobilidade de íons e elétrons depender da direção do campo magnético. Em 100 km de altitude, a condutividade do ar é 11 ordens de magnitude superior àquela perto do solo e aproximadamente igual à condutividade do solo.

A condutividade da atmosfera da origem a uma propriedade denominada tempo de relaxação, que representa o tempo para a atmosfera blindar a carga de um objeto imerso nela por um fator de 0.37. O tempo de relaxação, em condição de tempo bom, é dado pela permitividade do ar dividida pela condutividade. Após cerca de 5 vezes o tempo de relaxação, toda a carga do objeto será blindada. Perto do solo, o tempo de relaxação é cerca de 10 minutos. À medida que a condutividade aumenta com a altitude na atmosfera, o tempo de relaxação diminui. Em 10 km, o tempo de relaxação é cerca de 1 minuto.

O campo elétrico de tempo bom é uma conseqüência da existência de uma carga na superfície da Terra e da condutividade. Em função desta carga ser negativa, o campo elétrico é voltado para baixo. Nos continentes, o campo elétrico médio é cerca de 120 V/m. Este valor corresponde a uma carga superficial de – 1,2 x 10-9 C/m2. Integrada sobre a superfície da Terra, este valor resulta em uma carga total de 600 kC. Uma carga positiva igual existe na atmosfera. É valido notar que este campo é imperceptível em nossa vida. Isto é devido ao fato de virtualmente todas as coisas, inclusive nosso corpo, serem condutoras comparadas ao ar.

Assumindo um aumento exponencial da condutividade com a altitude, pode ser mostrado que o campo elétrico diminui exponencialmente com a altitude. Em uma altitude de 30 km, o campo elétrico é tão baixo quanto 300 mV/m. Integrando o campo elétrico da superfície da Terra até a ionosfera resulta em uma diferença de potencial de cerca de 200 kV.

Perto do solo o campo elétrico apresenta largas variações causadas por movimentos turbulentos de cargas em associação com as condições meteorológicas.

Outro mecanismo para separar cargas perto da superfície é denominado efeito eletrodo. Devido à carga negativa da Terra, íons negativos na atmosfera movem-se para cima. Por não serem substituídos na mesma proporção por íons negativos gerados por fontes radioativas, forma-se uma região de cargas positivas perto do solo. Em uma atmosfera sem aerossóis, esta região tem uma espessura de somente uns poucos metros, na qual o campo elétrico diminui por um fator de 2. A presença de aerossóis faz com que esta região seja maior. Sobre a água, esta camada também é maior, devido à ausência de íons de fontes radioativas.

O campo elétrico de tempo bom apresenta variações diurnas e sazonais. A típica variação diurna do campo em função da hora universal foi pela primeira vez identificada pelas medidas realizadas pelo navio Carnegie na década de 20. A famosa curva de Carnegie é um resultado de valores médios horários do campo elétrico tomados ao longo de muitos dias. A curva de Carnegie é muito difícil de ser reproduzida em estações continentais devido a processos locais tais como correntes de convecção e variações nas concentrações de aerossóis.

Em geral, flutuações nas densidades de cargas associadas com estes processos dentro da camada planetária tem um efeito sobre o campo elétrico comparável quele da curva de Carnegie. Se as variações locais em estações continentais são removidas através de médias, o campo elétrico mostra uma dependência com a hora universal similar àquela da curva de Carnegie. O campo elétrico de tempo bom também mostra uma variação sazonal.

Muito embora a variação siga o padrão da variação com a hora universal, existem pequenas variações no horário onde o campo é máximo, indicando mudanças na longitude de máxima atividade de tempestades. O campo elétrico médio também apresenta variações sazonais com valores máximos na primavera e no verão no hemisfério norte, indicando que existem mais tempestades nestas estações no hemisfério norte do que nestas mesmas estações no hemisfério sul. Isto, por sua vez, é resultado do fato de existir mais terra no hemisfério norte.

Em resposta à existência de um campo elétrico vertical orientado para baixo e à presença de íons negativos e positivos, uma densidade de corrente orientada para baixo, denominada de densidade decorrente de Maxwell, está constantemente fluindo na atmosfera nas regiões de tempo bom. Acima da camada planetária, a densidade de corrente é basicamente uma densidade de corrente de condução. Ela é aproximadamente constante com a altitude e da ordem de 2 x 10-12 A/m2.

Na camada planetária, entretanto, a densidade de corrente apresenta variações em associação com as condições meteorológicas, as quais produzem transporte de cargas que podem ser representados por uma densidade corrente de convecção. Medidas de densidade de corrente na atmosfera também incluem a contribuição da densidade de corrente de deslocamento, associada com variações temporais do campo elétrico. A densidade de corrente de condução em condições de tempo bom apresenta também a mesma variação diurna que o campo elétrico.

A diminuição do campo elétrico de tempo bom com a altura deve ser necessariamente acompanhada pela presença de cargas na atmosfera. Se não existem fontes de carga na atmosfera, esta variação é um efeito direto da variação da condutividade com a altura. Se a condutividade fosse uniforme, cargas não se acumulariam na atmosfera e o campo elétrico seria uniforme. Quase toda carga na atmosfera está abaixo de 30 km. Integrando a densidade de carga na atmosfera da superfície até a ionosfera (ou, em termos práticos 30 km), uma carga total de cerca de 600 kC é obtida. A carga na superfície da Terra é também de 600 kC de modo a compensar esta carga na atmosfera.

Na atmosfera, em condições de tempo, bom uma densidade de corrente constante está sempre presente. Em conseqüência, se não existisse uma fonte contínua de carga, após um certo tempo toda carga na atmosfera fluiria para a superfície da Terra cancelando sua carga, de modo que não existiria um campo elétrico na atmosfera. Este tempo foi calculado como sendo muito menor do que uma hora. Portanto, a existência de um campo elétrico em condições de tempo bom, ou em outras palavras, de uma densidade de corrente constante, implica que uma fonte de cargas contínua deve existir.

A origem da densidade de corrente na atmosfera, a qual está sempre presente e pode ser observada em qualquer lugar, foi conhecida no início da século 20 como o problema fundamental da eletricidade atmosférica. A primeira tentativa para resolver este problema foi sugerida por C.T.R. Wilson em 1920. Wilson estabeleceu a hipótese, conhecida como teoria do capacitor esférico, de que a superfície da Terra e uma superfície equipotencial em alguma altitude deveriam se comportar como placas de um capacitor esférico.

A camada equipotencial foi primeiramente chamada de eletrosfera e foi suposta estar localizada entre 40 e 60 km. Mais tarde, ela foi considerada ser coincidente com a ionosfera. Este capacitor esférico é carregado até uma diferença de potencial de 200 kV. As cargas entre as placas estariam se movendo rumo ao solo, constituindo uma corrente de fuga. Esta corrente pode ser calculada multiplicando a densidade de corrente em condições de tempo bom pela área da superfície da Terra. Isto resulta em uma corrente total de descarga do capacitor de cerca de 1000 A. De modo a manter o capacitor esférico carregado, a atividade de tempestades em todo o mundo foi suposta atuar como um gerador de corrente, separando cargas e causando o transporte de cargas positivas da Terra para a ionosfera na mesma razão de 1000 A.

Considerando que existem algo em torno de 1000 tempestades sempre ocorrendo, cada tempestade geraria algo em torno de 1 A. Se esta teoria estiver correta, deve existir uma relação entre a atividade global de tempestades (a intensidade do gerador) e o campo elétrico em condições de tempo bom. A similaridade entre a variação diurna da atividade global de tempestades e a curva de Carnegie, com valores máximos e mínimos aproximadamente nas mesmas horas universais, foi usada para atribuir a variação diurna do campo elétrico à atividade global de tempestades, sendo o mais forte argumento em favor da teoria do capacitor esférico.

As amplitudes de ambas variações diurnas, entretanto, são diferentes. A amplitude da variação da atividade de tempestades é cerca de duas vezes maior que a variação diurna do campo elétrico. Esta diferença em amplitudes é provavelmente devida à variabilidade das tempestades.

A variação diurna da atividade de tempestades tem sido verificada também através de medidas da radiação produzida pelos relâmpagos, conhecida como atmosférics ou sférics.

A teoria do capacitor esférico pode também ser vista como um grande circuito elétrico incluindo a superfície da Terra, a ionosfera e a atmosfera junto com as tempestades. Este circuito é geralmente conhecido como circuito elétrico atmosférico global. A teoria é do tipo quase estática, onde o campo elétrico atmosférico deve ser considerado como um campo estacionário (e não estático), resultante do equilíbrio entre o processo de geração de cargas pelas tempestades e o processo de aniquilação de cargas nas regiões em condições de tempo bom. Ela pode ser aplicada às variações com períodos maiores do que 10 minutos, o qual corresponde ao maior tempo de relaxação do circuito e que ocorre perto do solo.

A teoria do capacitor esférico para o circuito elétrico atmosférico global, entretanto, tem várias limitações. Embora a condutividade da ionosfera seja bastante alta, ela aumenta sistematicamente com a altitude, de modo que não existe uma camada equipotencial. Uma versão eletrostática mais completa do circuito elétrico atmosférico global tem sido proposta sem considerar a existência de uma camada equipotencial superior. Tal fato torna possível a influência dos campos elétricos ionosféricos e magnetosféricos sobre a atmosfera inferior, principalmente perto das regiões polares. Variações temporais no circuito global são, entretanto, predominantemente associadas com variações das tempestades, principalmente longe das regiões polares.

Tais variações podem estar relacionadas a variações no número total de tempestades ou variações em suas características. Variações temporais no circuito global podem também estar associadas a variações no vento solar, através de sua modulação da intensidade da radiação cósmica. Variações no fluxo de raios cósmicos alcançando a atmosfera podem causar uma considerável mudança na resistividade elétrica da atmosfera acima das tempestades, produzindo sensíveis variações no circuito. O circuito global também apresenta variações anuais e semi-anuais, em resposta s assimetrias nas áreas com continentes e oceanos e as variações semi-anuais da temperatura do ar nos trópicos, que apresentam máximos valores nos equinócios quando o sol esta centrado sobre o equador.

Perto das tempestades, outras fontes de corrente podem existir, tais como descargas pontuais, precipitação e relâmpagos. Devido à complexidade em se modelar as tempestades, a importância relativa de tais correntes, como geradoras para o circuito global, permanece em estudo. Recente investigações, entretanto, têm indicado que descargas pontuais e não os relâmpagos podem ser o principal processo responsável pela carga negativa superficial da Terra.

Finalmente, é possível que outros geradores não associados com as tempestades possam ter um papel significante no circuito global. Outras nuvens eletrificadas, além das de tempestade, são um possível candidato. Entretanto, devido à falta de um conhecimento mais preciso da estrutura elétrica destas nuvens, sua importância permanece indefinida.

As primeiras fotografias de relâmpagos foram obtidas durante a década de 1880. Elas revelaram um alargamento do canal quando fortes ventos estavam presentes e permitiram visualizar individualmente as descargas de retorno, quando a câmara era movida mantendo-se o obturador aberto. Após mais de um século, fotografar relâmpagos ainda pode ser muito excitante, principalmente devido a seu caracter não reproduzível. Fotografar relâmpagos requer paciência e alguma experiência.

Não existem garantias que você consiga uma boa foto em pouco tempo, e mesmo após ter conseguido, que consiga outras freqüentemente.

Contudo, se você for persistente, você terá sucesso. Entretanto, esta atividade pode ser extremamente perigosa se adequadas regras de proteção não forem seguidas (ver regras de proteção pessoal na pagina Proteção Contra Relâmpagos).

A informação abaixo é o resultado da experiência e não do conhecimento formal no assunto. Todas as fotos foram tiradas em São José dos Campos, São Paulo nos últimos anos.

De modo a tirar fotos de relâmpagos, você precisa ter uma câmara com controle do tempo de exposição e um tripé. Se o obturador é aberto eletronicamente, carregue consigo pilhas extras. O uso freqüente de longos tempos de exposição rapidamente consome as pilhas. O melhor filme para ser usado é ASA 100 ou menor.

Quanto menor a velocidade do filme, maior o tempo de exposição que pode ser usado. Todas as fotos nesta homepage foram tiradas com filme ASA 100. O uso deste filme tem as vantagens de ser mais econômico e mais fácil de ser encontrado. Não esqueça de sempre ter filmes extras. Nada é mais frustrante que não ter filmes durante uma tempestade.

Com respeito aos ajustes da câmara, sempre use o foco no infinito. Use de preferência comprimentos focais entre 35 e 80 mm. Comprimentos focais de 200 ou mesmo 300 mm permitem tirar fotos de relâmpagos distantes, porem em geral a qualidade da imagem não é tão boa. Para fotos noturnas, use abertura f/11 ou menor.

Quanto menor este numero, maior é a abertura. Para fotos diurnas, use valores próximos a f/22. Para controlar o tempo de exposição, você pode usar um cabo ao invés de tocar diretamente na câmara, de modo a minimizar movimentos da câmara, embora não seja essencial.

Em adição a estes detalhes técnicos, você precisa adquirir uma certa prática que só é conseguida com a experiência. Entretanto, alguns conselhos podem ser úteis para atingir-se esta experiência mais rapidamente.

Escolha um bom local. Isto pode ser bastante difícil. Tente encontrar locais livres de linhas de energia elétrica, postes ou outros objetos que possam obstruir a visão do céu. Se for noite, evite que outras luzes tais como faróis de carro ou luzes da rua possam aparecer na foto. Evite também que a câmara aponte numa direção tal que a chuva, trazida pelo vento, possa incidir sobre a lente da câmara. As gotas de chuva irão aparecer na foto, alem de poderem entrar na câmara e danifica-la. O ideal é ficar o mais longe possível da chuva.

Observe o céu por uns instantes antes de tentar tirar fotos e procure regiões com grande freqüência de relâmpagos. Tente visualizar a maior região do céu possível, mas sempre inclua um pouco do solo. As melhores fotos sempre incluem um pouco do solo. Outra vantagem e que, no caso de um raio atingir o solo próximo de você, o local da queda ira aparecer na foto.

Durante o dia, as únicas tempestades que podem dar boas fotos são aquelas próximas a você e com grande freqüência de raios. Fotos durante o dia somente ficarão boas se o relâmpago estiver a menos que cerca de 5 quilômetros. Tempos de exposição em geral devem ser menor que 3 segundos. Conseguir fotos de relâmpagos durante o dia é em geral muito difícil e pode resultar numa grande quantidade de filme perdida. Entretanto, uma boa foto de relâmpago durante o dia pode ser compensadora.

A noite, não é necessário esperar que os relâmpagos estejam muito próximos para se obter boas fotos. Boas fotos podem ser obtidas de relâmpagos distantes 10 ou mesmo 20 quilômetros. Entretanto, quando os relâmpagos estiverem próximos, em geral as fotos serão mais espetaculares. Fotografar relâmpagos a noite é mais fácil do que de dia. Você pode deixar o obturador aberto por um longo tempo (vários minutos, ou mesmo, em alguns casos, varias dezenas de minutos), de modo que um, dois, três ou mais relâmpagos podem aparecer na mesma foto. Se durante a exposição, ocorrer um relâmpago com bastantes ramificações, pare a exposição. Em geral as ramificações são menos brilhantes, e caso outro relâmpago ocorra elas tendem a ficarem menos visíveis. Caso o relâmpago seja simples, as chances de aparecerem vários ramificações é maior. Avance o filme para a próxima foto se ocorrer um clarão no céu devido a um relâmpago dentro da nuvem.

A maioria das tempestades, entretanto, ocorre no final da tarde durante o crepúsculo, e durante este período você pode deixar o obturador aberto somente por uns poucos segundos, caso contrario a luz do crepúsculo ira causar sobrexposicao do filme e o relâmpago não aparecera nitidamente na foto.

Finalmente, fotografar relâmpagos pode ser um tarefa bastante dispendiosa, devido a quantidade de filme usada. Para minimizar este custo, você pode ao revelar as fotos pedir para fazer copias somente daquelas em que o relâmpago aparece. Caso contrario, você terá que pagar por todas as outras fotos, que irão apenas mostrar a mesma cena sem relâmpagos. Entretanto, não esqueça de checar todos os negativos. Algumas vezes a loja que revela as fotos pode se enganar.

O QUE SÃO?

A descarga atmosférica, popularmente conhecida como raio, faísca ou corisco, é um fenômeno natural que ocorre em todas as regiões da terra. Na região tropical do planeta, onde está localizado o Brasil, os raios ocorrem geralmente junto com as chuvas.O raio é um tipo de eletricidade natural e quando ocorre uma descarga atmosférica temos um fenômeno de rara beleza, apesar dos perigos e acidentes que o mesmo pode provocar.

O raio é identificado por duas características principais:

O trovão, que é o som provocado pela expansão do ar aquecido pelo raio.
O relâmpago, que é a intensa luminosidade que aparece no caminho por onde o raio passou..

Os raios ocorrem porque as nuvens se carregam eletricamente. É como se tivéssemos uma grande bateria com um pólo ligado na nuvem e outro pólo ligado na terra.A “voltagem” desta bateria fica aplicada entre a nuvem e a terra. Se ligarmos um fio entre a nuvem e a terra daremos um curto-circuito na bateria e passará uma grande corrente elétrica pelo fio.

O raio é este fio que liga a nuvem terra. Em condições normais, o ar é um bom isolante de eletricidade.

Quando temos uma nuvem carregada, o ar entre a nuvem e a terra começa a conduzir eletricidade porque a “voltagem” exitstente entre a nuvem e a terra é muito alta: vários milhões de volts (a “voltagem” das tomadas é de 110 ou 220 volts).

O raio provoca o curto-circuito da nuvem para a terra e pelo caminho formado pelo raio passa uma corrente elétrica de milhares de ampéres.

Um raio fraco tem corrente de cerca de 2.000 A, um raio médio de 30.000 A e os raios mais fortes tem correntes de mais de 100.000 A (um chuveiro tem corrente de 30 A).Apesar das correntes dos raios serem muito elevadas, elas circulam durante um tempo muito curto (geralmente o raio dura menos de um segundo).

Os raios podem sair da nuvem para a terra, da terra para a nuvem ou então sair da nuvem e da terra e se encontrar no meio do caminho.No mundo todo ocorrem cerca de 360.000 raios por hora (100 raios por segundo). O Brasil é um dos países do mundo onde caem mais raios.

No estado de Minas Gerais, onde foram feitas medições precisas do número de raios que caem na terra, temos perto de 8 raios por quilômetro quadrado por ano.Muitos raios ocorrem dentro das nuvens. Geralmente este tipo de raio não oferece perigo para quem está na terra, no entanto ele cria perigo para os aviões.Os raios caem nos pontos mais altos porque eles sempres procuram achar o menos caminho entre a nuvem e a terra. Árvores altas, torres, antenas de televisão, torres de igreja e edifícios são pontos preferidos pelas descargas atmosféricas.

Um relâmpago é uma corrente elétrica muito intensa que ocorre na atmosfera com típica duração de meio segundo e típica trajetória com comprimento de 5-10 quilômetros. Ele é conseqüência do rápido movimento de elétrons de um lugar para outro. Os elétrons movem-se tão rápido que eles fazem o ar ao seu redor iluminar-se, resultando em um clarão, e aquecer-se, resultando em um som (trovão).

Um relâmpago é tipicamente associado a nuvens cumulonimbus ou de tempestade, embora possa ocorrer em associação com vulcões ativos, tempestades de neve ou, mesmo, tempestades de poeira. Dentro das tempestades, diferentes partículas de gelo tornam-se carregadas através de colisões. Acredita-se que as partículas pequenas tendem a adquirir carga positiva, enquanto que as maiores adquirem predominantemente cargas negativas. Estas partículas tendem, então, a se separar sobre a influência de correntes de ar ascendentes e descendentes e da gravidade, de tal modo que a parte superior da nuvem adquira uma carga líquida positiva e a parte inferior uma carga líquida negativa.

A separação de carga produz então um enorme campo elétrico tanto dentro da nuvem como entre a nuvem e o solo. Quando este campo, eventualmente, quebra a resistência elétrica do ar, um relâmpago tem início.

Em termos gerais, existem dois tipos de relâmpagos: relâmpagos na nuvem e relâmpagos no solo.

Relâmpagos na nuvem originam-se dentro das nuvens cumulonimbus, normalmente na região onde gotículas de água transformam-se em gelo, e propagam-se dentro da nuvem (relâmpagos intranuvem) ou fora da nuvem, rumo a outra nuvem (relâmpagos nuvem-nuvem) ou numa direção qualquer no ar (descargas para o ar).

Relâmpagos no solo, por sua vez, podem originar-se na mesma ou em outras regiões dentro da nuvem cumulonimbus (relâmpagos nuvem-solo) ou no solo, abaixo ou perto da tempestade (relâmpagos solo-nuvem). Mais de 99 % dos relâmpagos no solo são relâmpagos nuvem-solo. Relâmpagos solo-nuvem são relativamente raros e, geralmente, ocorrem do topo de montanhas ou estruturas altas, ou ainda podem ser gerados por foguetes lançados em direção as tempestades.

Relâmpagos no solo podem também ser classificados em termos do sinal da carga do líder, negativa ou positiva, que inicia a descarga. Cerca de 90 % dos relâmpagos nuvem-solo que ocorrem em nosso planeta são negativos. Esta percentagem, entretanto, pode mudar substancialmente em determinadas tempestades.

Cerca de 70 % do total de relâmpagos são relâmpagos na nuvem. Embora eles sejam a maioria dos relâmpagos, eles são menos conhecidos que os relâmpagos no solo, em parte porque eles são menos perigosos, em parte porque eles são escondidos pela nuvem. Uma forma rara de relâmpagos, não incluída nas categorias acima, são os relâmpagos de bola. Um relâmpago de bola é o nome dado a uma esfera luminosa que geralmente ocorre perto das tempestades, mas não necessariamente simultaneamente a um relâmpago normal.

Elas são, em geral, vermelhas, amarelas, azuis, laranjas ou brancas, tem um diâmetro de 10 a 40 centímetros, aparecem próximo ao solo ou na atmosfera, e mantêm um brilho relativamente constante durante sua vida. Elas podem mover-se rápida ou lentamente, ou ficar paradas, podem ser silenciosas ou produzir estalos, duram de segundos a minutos (média de 4 segundos) e desaparecem lenta ou subitamente em silêncio ou produzindo um ruído. Embora elas tenham sido observadas por mais de um século, não são bem conhecidas e permanecem um mistério.

Um relâmpago pode ser constituído por uma ou várias descargas, chamadas descargas de retorno. No primeiro caso, ele é chamado de relâmpago simples e, no segundo, de relâmpago múltiplo. Cada descarga de retorno dura algumas centenas de microssegundos e, em relâmpagos múltiplos, o intervalo de tempo entre descargas de retorno consecutivas é tipicamente 40 milissegundos. Quando o intervalo de separação entre as descargas de retorno é próximo de 100 milissegundos, o relâmpago é visto piscar no céu, porque o olho humano consegue identificà-las individualmente.

As figuras a seguir ilustram os vários processos contidos em um relâmpago nuvem-solo negativo (com indicação dos típicos intervalos de tempo), acompanhadas por uma detalhada descrição destes processos. Outros tipos de relâmpagos no solo têm etapas similares, com pequenas diferenças, principalmente no que se refere ao processo inicial. Relâmpagos na nuvem, entretanto, apresentam um desenvolvimento diferente e que ainda não é muito bem conhecido. Quase nada se sabe sobre o desenvolvimento de relâmpagos raros, como relâmpagos de bola ou relâmpagos relacionados a vulcões, tempestades de neve ou poeira.

Um relâmpago nuvem-solo negativo inicia-se através da quebra de rigidez do ar dentro da nuvem cumulonimbus. Ela é causada por um intenso campo elétrico de cerca de 100-400 kV/m entre duas regiões de cargas opostas, em geral, na parte inferior da nuvem, valor este que excede o campo local para a quebra de rigidez. Os elétrons na região de cargas negativas são tão fortemente atraídos pelas cargas positivas que começam a se mover através do ar rumo a estas cargas criando um canal condutor. O processo de quebra de rigidez tem uma duração média de 100 milissegundos e é, normalmente, localizado perto da região de cargas negativas da nuvem. Este processo estabelece as condições para que as cargas negativas sejam levadas rumo ao solo pelo líder escalonado.

Após a quebra de rigidez dentro da nuvem de tempestade, um líder escalonado de carga negativa invisível propaga-se a partir da nuvem (tempo = 0).

Uma descarga visível sai do solo para cima (tempo = 20 milissegundos).

O líder escalonado e a descarga para cima se encontram; uma descarga de retorno inicia (tempo = 20,1 milissegundos).

Sobre a influência do campo elétrico estabelecido entre a nuvem e o solo, as cargas negativas (elétrons) então movem-se em etapas de dezenas de metros de comprimento chamadas etapas do líder.

Cada etapa tem uma duração típica de 1 microsegundo, com uma pausa entre elas de 50 microssegundos. Após alguns milissegundos, o líder escalonado surge da base da nuvem, movendo-se em direção ao solo. Ao longo do movimento, algumas cargas seguem novos caminhos devido a influência de cargas na atmosfera ao redor do canal, formando as ramificações. As cargas no canal movem-se rumo ao solo em etapas com uma velocidade média de cerca de 100 km/s e produzindo uma fraca luminosidade em uma região com um diâmetro entre 1 e 10 m ao longo do qual a carga é depositada.

A maioria da luminosidade é produzida durante as etapas de 1 microsegundo, praticamente não havendo luminosidade durante as pausas. A medida que as cargas do líder propagam-se ao longo do canal rumo ao solo, variações de campo elétrico e magnético são também produzidas. Ao todo, um líder escalonado transporta 10 ou mais coulombs de carga e alcança um ponto perto do solo em dezenas de milissegundos, dependendo da tortuosidade de seu caminho. A corrente média do líder escalonado é cerca de 1 kA e é transportada em um núcleo central do canal com alguns centímetros de diâmetro.

Quando o canal do líder escalonado aproxima-se do solo, a carga elétrica contida no canal produz um campo elétrico intenso entre a extremidade do líder e o solo, correspondente a um potencial elétrico de cerca de 100 milhões de volts. Este campo causa a quebra de rigidez do ar próximo ao solo fazendo com que uma ou mais descargas positivas ascendentes, denominadas líderes ou descargas conectantes, saiam do solo, em geral, dos objetos mais altos.

A distância entre o objeto a ser atingido e a extremidade do líder no instante em que o líder conectante sai do solo é chamada distância de atração. A distância de atração tende a aumentar com o aumento do pico de corrente da descarga de retorno. O ponto de junção entre o líder escalonado e o líder conectante é normalmente considerado estar no meio da distância de atração. Quando um dos líderes conectantes encontra o líder negativo descendente, em geral entre 10 a 100 metros do solo, o canal do relâmpago é formado. Então, as cargas armazenadas no canal começam a mover-se em direção ao solo e uma onda propaga-se como um clarão visível para cima ao longo do canal com uma velocidade de cerca de 100.000 km/s, um terço da velocidade da luz, iluminando o canal e todas as outras ramificações.

A velocidade da onda diminui com a altura. Esta descarga é denominada de descarga de retorno, dura algumas poucas centenas de microssegundos e produz a maioria da luz que vemos. A luz da descarga de retorno origina-se de emissões contínuas e discretas de átomos, moléculas e ions após serem excitados e ionizados pela onda e move-se para cima devido ao fato de que os primeiros elétrons a mover-se para baixo em direção ao solo são aqueles mais próximos ao solo. A medida que elétrons mais acima no canal movem-se, as partes superiores do canal tornam-se visíveis.

Devido ao movimento para cima da luz ao longo do canal ocorrer muito rápido para poder ser visto, o canal como um todo parece iluminar-se ao mesmo tempo.

Os ramos do canal que não conectam-se ao solo, normalmente, não são tão brilhantes quanto aquela parte do canal abaixo do ponto de junção com a ramificação. Isto é devido ao fato de que menos elétrons passam através deles do que através do canal. A luz da descarga de retorno é geralmente branca.

Entretanto, da mesma maneira que o pôr do sol pode ter várias cores, relâmpagos distantes podem também apresentar outras cores, tais como amarelo, roxo, laranja ou mesmo verde, dependendo das propriedades da atmosfera entre o relâmpago e o observador.

As cargas depositadas no canal, bem como aquelas ao redor e no topo do canal, movem-se para baixo ao longo do centro do canal em uma região com uns poucos centímetros de diâmetro, produzindo no solo um pico de corrente médio de cerca de 30-40 kA, com variações desde poucos até centenas de kA.

Medidas de corrente em torres equipadas tem registrado valores máximos de 400 kA. Em geral, a corrente atinge seu pico em alguns microssegundos, e decai a metade desde valor em cerca de 50 microssegundos. A carga negativa média transferida ao solo é de cerca de 10 coulombs, com valores máximos em torno de 200 coulombs. No processo, campos elétricos e magnéticos com variações temporais desde nanossegundos até milissegundos são produzidos.

Estes campos são genericamente chamados de sferics. A forma de onda dos sferics é similar a forma de onda da corrente, com um pico quase no mesmo instante do pico de corrente e um segundo pico invertido associado com o campo refletido na base da ionosfera. Em distâncias maiores que 10 km do relâmpago, o pico dos campos tende a diminuir inversamente com a distância, na ausência de efeitos de propagação significativos.

A luz intensa da descarga de retorno move-se para cima, iluminando o canal do relâmpago (tempo = 20,2 milissegundos).

Um líder contínuo propaga-se a partir da nuvem através do canal (tempo = 60 milissegundos).

Uma segunda descarga de retorno visível (descarga de retorno subsequente) move-se para cima (tempo = 62 milissegundos). Outras seqüências de líder/descarga de retorno subsequente podem ocorrer.

Para distâncias maiores que cerca de 50-100 km, o pico dos campos é significativamente atenuado devido à propagação sobre a superfície não perfeitamente condutora da terra. No instante do pico dos campos, a média da potência eletromagnética total irradiada é cerca de dez vezes maior do que aquela no espectro ótico. Em geral, o pico dos campos produzido por relâmpagos nas nuvens é menos intenso do que aquele produzido por relâmpagos no solo. No domínio de freqüência, os campos tem uma máxima intensidade ao redor de 5-10 kHz para relâmpagos no solo e ao redor de 100-200 kHz para relâmpagos nas nuvens.

A descarga de retorno também aquece violentamente o ar ao seu redor. O ar atinge temperaturas máximas de cerca de 20.000 a 30.000 graus Celsius em cerca de 10 microssegundos, correspondendo a densidades de elétrons de 1020 elétrons por metro cúbico. Quando o ar é aquecido, ele se expande, e esta expansão gera, em uma distância de poucas centenas de metros, uma onda de choque supersônica e, em distâncias maiores, uma onda sonora intensa que se afasta do canal em todas as direções.

Estas ondas são os trovões que ouvimos. Trovões produzidos por relâmpagos no solo tem, tipicamente, um máximo de intensidade em torno de 50-100 Hz, enquanto que aqueles produzidos por relâmpagos nas nuvens tem um máximo em torno de 20-30 Hz. Próximo do relâmpago, o som será um intenso estalo e pode causar danos ao ouvido humano. Distante do relâmpago, o som será um estrondo relativamente fraco. A duração do trovão é uma medida da diferença entre as distâncias do ponto mais próximo e do ponto mais distante do canal ao observador.

Durações típicas são 5-20 segundos. A maioria dos trovões tem estrondos e estalos porque o canal é torto, fazendo com que ondas de som cheguem ao observador em diferentes instantes e de diferentes direções. Estalos também podem ser produzidos por ramificações.

Quanto maior o número de ramificações, maior é o número de estalos no trovão. Se o relâmpago ocorrer a uma distância ao redor de 100 metros do observador ou menos, ele escutará um intenso estalo semelhante ao estalo de um chicote (algumas vezes precedido por um estalido, semelhante a um estalido de dedos) o qual é associado a onda de choque que precede a onda sonora. Trovões produzidos por relâmpagos no solo em geral podem ser escutados até distâncias de 20 km. Trovões produzidos por relâmpagos nas nuvens são similares aqueles produzidos por relâmpagos no solo porém, em geral, são mais fracos.

Durante períodos de fortes chuvas e ventos, esta distância será menor enquanto que, em noites calmas, trovões podem ser escutados a distâncias maiores. Parte da energia acústica do trovão esta concentrada em freqüências abaixo daquelas que o ouvido humano pode escutar, em geral umas poucas dezenas de Hz. Esta parte é chamada trovão infrasônico e acredita-se estar associada com mudanças na energia eletrostática dentro da nuvem após a ocorrência de um relâmpago. O trovão pode ser usado para calcular qual a distância de um relâmpago.

Quando você enxergar o clarão, comece a contar os segundos até escutar o trovão. Divida o número de segundos por três (3) e você terá a distância aproximada do relâmpago em quilômetros. O erro médio associado com este método é de 20 %. Em parte, a origem deste erro é devida ao fato de que a maioria dos relâmpagos tem longas ramificações. Assim, um relâmpago a três quilômetros de distância pode produzir um trovão após três segundos, indicando que uma ramificação está somente a um quilômetro de distância. Se você enxergar o clarão e não escutar o trovão, o relâmpago provavelmente esta a mais de 20 quilômetros de você.

Após a corrente da descarga de retorno percorrer o canal, o relâmpago pode terminar. Entretanto, na maioria dos casos, após uma pausa média de 30-60 milissegundos, mais cargas são depositadas no topo do canal por descargas dentro da nuvem, denominadas processos K e J. O processo J é responsável por uma lenta variação do campo elétrico no solo com duração de cerca de dezenas de milissegundos, enquanto que o processo K produz variações de campo do tipo pulsos (chamadas variações K) em intervalos de poucos milissegundos, com pulsos individuais com duração de dezenas a centenas de microssegundos e picos de campo elétrico cerca de dez vezes menor do que aqueles produzidos por descargas de retorno. Estes processos são indicativos de transporte de carga dentro da nuvem.

Desde que existe um caminho já ionizado de ar produzido pelo líder escalonado, outro líder pode propagar-se em direção ao solo pelo canal. Este líder normalmente não é escalonado, mas contínuo e é chamado líder contínuo. Ele aproxima-se do solo em poucos milissegundos, propagando-se com velocidades de cerca de 3000 km/s. Ele não é visível e, normalmente, não possui ramificações. O líder contínuo deposita uns poucos coulombs de carga ao longo do canal em conseqüência de uma corrente de cerca de 1 kA.

Quando o líder contínuo aproxima-se do solo, tem-se novamente uma descarga de retorno, denominada descarga de retorno subsequente, que normalmente não é tão brilhante quanto a primeira descarga de retorno, nem tão pouco, ramificada. O pico de corrente de descargas de retorno subsequentes é normalmente, mas nem sempre, menor do que aquele da primeira descarga de retorno. A corrente de descargas de retorno subsequentes também levam menos tempo para alcançar seu pico (cerca de 1 microsegundo) e para decair a metade deste valor (cerca de 20 microssegundos) do que as primeiras descargas de retorno. Em conseqüência, os campos induzidos são também usualmente menores em amplitude e tem uma menor duração do que os campos associados as primeiras descargas de retorno.

Algumas vezes, quando o tempo após uma descarga de retorno é maior do que 100 milissegundos, parte do canal pode ser dissipado e um novo líder que inicie seu trajeto como um líder contínuo pode, após algum tempo, mudar para líder escalonado. Nestes casos, o líder é chamado líder contínuo-escalonado e alcança o solo em um diferente ponto com relação ao líder anterior. A descarga de retorno subsequente segue então um caminho diferente na atmosfera com relação primeira descarga de retorno e o relâmpago apresenta um canal bifurcado. Cerca de um quarto dos relâmpagos para o solo mostram este efeito.

Este processo líder/descarga de retorno subsequente pode se repetir várias vezes, fazendo com que o relâmpago pisque no céu a cada nova descarga de retorno.

Todas as descargas de retorno que seguem ao menos parcialmente o mesmo canal constituem um mesmo relâmpago nuvem-solo. Então, um relâmpago pode ser formado por uma a até dezenas de descargas de retorno.

O número médio de descargas de retorno em um relâmpago nuvem-solo negativo é cerca de 3 a 5 e o número máximo já registrado é 42. Freqüentemente, uma corrente da ordem de 100 A percorre o canal por vários millisegundos ou mesmo dezenas ou até centenas de milissegundos após a primeira descarga de retorno ou alguma descarga de retorno subsequente. Esta corrente é chamada de corrente contínua e tipicamente transporta 10 coulombs de carga para o solo. Correntes contínuas produzem lentas e intensas variações de campo em medidas de campo elétrico próximas de relâmpagos e uma contínua não visível luminosidade do canal. Algumas vezes, durante a ocorrência de corrente contínua, a luminosidade do canal aumenta durante cerca de 1 milisegundo seguindo um momentâneo aumento de corrente, um processo denominado de componente M.

O termo variação M é usado para denotar a variação de campo elétrico que acompanha a ocorrência da componente M.

Relâmpagos no solo podem também ser iniciados por lideres positivos descendentes, isto é, líderes positivamente carregados. Na realidade, líderes positivos descendentes correspondem a movimentos ascendentes de cargas negativas (elétrons). A descarga de retorno resultante efetivamente transporta cargas positivas da nuvem para o solo.

Neste caso, o relâmpago é chamado de relâmpago positivo. Em geral, não existem descargas de retorno subsequentes em relâmpagos positivos, isto é, eles são relâmpagos simples. O pico de corrente médio das descargas de retorno de relâmpagos positivos, bem como a carga média depositada no solo, entretanto, são normalmente maiores do que os correspondentes valores para descargas de retorno de relâmpagos negativos, de modo que eles geralmente causam maiores danos do que os relâmpagos negativos. Uma grande parte dos incêndios em florestas e danos às linhas de energia elétrica causados por relâmpagos são devidos a relâmpagos positivos.

Acredita-se que os relâmpagos tem um largo efeito sobre o meio ambiente. Eles provavelmente estavam presentes durante o surgimento da vida na Terra, e podem mesmo ter participado na geração das moléculas as quais deram origem a vida.

Relâmpagos provocam incêndios participando, com isto, na composição de equilíbrio das árvores e plantas. Relâmpagos modificam as características da atmosfera ao redor das regiões onde ocorrem. Eles quebram as moléculas do ar, as quais ao se recombinarem produzem novos elementos.

Estes novos elementos mudam o equilíbrio químico da atmosfera, afetando a concentração de importantes elementos com o ozônio, bem como misturam-se com a chuva e se precipitam como fertilizantes naturais. Relâmpagos exercem um papel em manter o campo elétrico de tempo bom na atmosfera, o qual é uma conseqüência da carga negativa líquida existente na Terra e da carga positiva líquida na atmosfera. Relâmpagos produzem fenômenos transientes na atmosfera superior, conhecidos como sprites, jatos azuis e elves. Estes fenômenos são fracas luzes quase invisíveis ao olho humano que ocorrem na mesosfera, troposfera e na baixa ionosfera, respectivamente.

Observações de sprites e jatos azuis tem sido feitas com câmaras de alta sensibilidade e, mais recentemente, por telescópios no alto de montanhas, apontados na direção de tempestades centenas de quilômetros distantes. Relâmpagos também exercem um papel significativo na manutenção do equilíbrio entre ondas e partículas na ionosfera e magnetosfera, atuando como uma fonte de ondas.

Durante as duas últimas décadas, relâmpagos nuvem-solo tem sido detectados e mapeados em tempo real em largas regiões por vários sistema de detecção de relâmpagos. Alguns países, como os Estados Unidos, o Japão e o Canadá, estão inteiramente cobertos por tais sistemas. Sobre os Estados Unidos, uma média de 20-30 milhões de relâmpagos nuvem-solo tem sido detectados todo ano, desde 1989, ano em que tais sistemas começaram a cobrir integralmente todo o país.

Outros países como o Brasil, estão parcialmente cobertos.

Estimativas aproximadas indicam que cerca de 100 milhões de relâmpagos nuvem-solo ocorrem no Brasil todo ano. Relâmpagos tem sido gerados por pequenos foguetes conectados a longos fios de cobre lançados na direção das tempestades. Quando o foguete é lançado, o fio preso a ele é desenrolado criando um caminho condutor por onde o relâmpago, após iniciado, se propaga. Esta técnica tem permitido a medida de campos elétricos e magnéticos bem próximos ao canal do relâmpago. Relâmpagos têm sido detectados também do espaço, durante as duas últimas décadas, através de sensores óticos a bordo de satélites e naves espaciais. Os satélites não conseguem distinguir entre relâmpagos no solo e nas nuvens.

Eles tem mostrado que cerca de 50-100 relâmpagos ocorrem a cada segundo em nosso planeta, a maior parte na região tropical (cerca de 70 %). Finalmente, naves espaciais tem mostrado que a Terra não é o único planeta onde relâmpagos ocorrem. Relâmpagos tem também sido detectados em Vênus, Júpiter e Saturno e, provavelmente, ocorrem em Urano e Netuno.

SISTEMAS DE SEGURANÇA

O tema proteção contra relâmpagos pode ser dividido em duas partes: sistemas de proteção contra relâmpagos e regras de proteção pessoal.

Um sistema de proteção contra relâmpagos tem como objetivo blindar uma estrutura, seus ocupantes e seus conteúdos, dos efeitos térmicos, mecânicos e elétricos associados com os relâmpagos. O sistema atua de modo que a descarga atmosférica possa entrar ou sair do solo sem passar através das partes condutoras da estrutura ou através de seus ocupantes danificando-os ou causando acidentes. Um sistema de proteção contra relâmpagos não impede que o relâmpago atinja a estrutura; ele promove um meio para controlar e impedir danos através da criação de um caminho de baixa resistência elétrica para a corrente elétrica fluir para o solo.

A idéia de proteger prédios e outras estruturas dos efeitos diretos dos relâmpagos através do uso de condutores foi pela primeira vez sugerida cerca de dois séculos atras por Benjamin Franklin.

Os principais componentes de um sistema de proteção contra relâmpagos são:

Terminais Aéreos

Conhecidos como pára-raios, eles são hastes condutoras rígidas montadas em uma base com o objetivo de capturar o relâmpago. Eles devem ser instaladas nos pontos mais altos da estrutura. Algumas vezes, estas hastes são interligadas através de condutores horizontais.

Condutores de Descida – Cabos que conectam os terminais aéreos aos terminais de aterramento.

Terminais de Aterramento

Condutores que servem para conectar os condutores de descida ao solo. Eles são tipicamente condutores de cobre ou revestidos com cobre enterrados no solo. O nível de aterramento é bastante dependente sobre as características do solo.

Condutores de Ligação Equipotencial

São condutores que visam igualar o potencial entra os diferentes condutores de modo a impedir descargas laterais. Descargas laterais, também conhecidas como correntes de sobretensão, são causadas por diferenças de potencial entre a corrente percorrendo o condutor e objetos próximos. Elas são o resultado da resistência finita dos condutores a passagem de corrente elétrica e a indução magnética.

A zona de proteção de um sistema de proteção contra relâmpagos formado por um terminal aéreo é a região adjacente, a qual é substancialmente imune a incidência direta de relâmpagos. Como uma regra simples, esta região pode ser considerada como representada por um cone ao redor do terminal aéreo tendo um raio no solo equivalente a altura do terminal aéreo em relação ao solo. Aplicação desta “teoria do cone de proteção”, entretanto, tem muitas exceções e deve ser considerada somente como uma primeira aproximação. Em particular, tem-se mostrado que o raio do cone de proteção no solo depende sobre o nível de proteção esperado, bem como sobre a altura da estrutura. Para estruturas com alturas superiores a 20 m, esta teoria não é aplicável. Nestes casos, aplica-se a teoria conhecida como “teoria da esfera rolante”.

Esta teoria é baseada no conceito de distância de atração, que é a distância entre a ponta do líder escalonado e o ponto de queda do relâmpago no solo no instante da quebra de rigidez dielétrica do ar próximo ao solo. A zona de proteção calculada por esta teoria é em geral menor que aquela obtida pela “teoria do cone de proteção”. Para estruturas com alturas superiores a 60 m, outro tipo de sistema de proteção que utiliza condutores horizontais conectando os terminais aéreos de modo a formar uma gaiola é recomendado pelas Normas Brasileiras de Proteção ABNT NBR-5419.

Um sistema de proteção contra relâmpagos pode também incluir componentes para prevenir danos causados por efeitos indiretos dos relâmpagos, tais como supressores de surtos.

A atividade de relâmpagos próximos a um local, incluindo relâmpagos dentro das nuvens e entre nuvens, pode causar surtos de tensão, conhecidos como sobretensões ou transientes, que podem afetar linhas de tensão, cabos telefônicos ou de dados, e instrumentação em geral. Os surtos de tensão são aumentos momentâneos na tensão normal de um sistema, causados pêlos efeitos eletromagnéticos associados aos relâmpagos. Os supressores de surtos podem ser adicionados a um sistema de proteção contra relâmpagos para proteger os equipamentos eletrônicos contra sobretensões. Existem diversos tipos de supressores, entre eles centelhadores ar, centelhadores à gas, varistores e diodos zener. Em várias aplicações é necessário o uso combinado de mais de um tipo de supressor, formando um circuito de proteção.

Vários resultados recentes da pesquisa sobre relâmpagos não tem sido incorporados as atuais normas de proteção contra relâmpagos:

A multiplicidade dos relâmpagos é ao menos o dobro dos valores normalmente considerados nas atuais normas de proteção; 
Em cerca da metade dos relâmpagos nuvem-solo, a terminação no solo é diferente para diferentes descargas de retorno; 
Em ao menos um terço dos relâmpagos nuvem-solo, a intensidade de corrente de ao menos uma descarga de retorno subsequente é maior do que a da primeira descarga de retorno; 
As correntes de pico, polaridades e intervalos entre descargas de retorno são diferentes em diferentes locais geográficos.

Estes resultados podem ter importantes implicações sobre os atuais conceitos de proteção contra relâmpagos e devem ser incorporados as futuras normas de proteção.

Fonte: earaios.vilabol.uol.com.br

Raios

Anatomia de um Raio

Na linguagem popular, relâmpago é o clarão intenso e raio é a descarga elétrica que causa o clarão. Adotaremos essa terminologia para descrever como é um raio. A maioria dos raios ocorre dentro da própria nuvem ou de uma nuvem para outra. Mas, vamos nos limitar a descrever um raio entre uma nuvem e o solo. E, já avisamos que esse, também, é um assunto de pesquisa em progresso, portanto, inacabado.

No final da página anterior tínhamos uma nuvem enorme com cargas separadas, negativas na base e positivas no topo. A presença dessas cargas negativas na base da nuvem induz uma carga positiva no solo, resultando em diferenças de potencial de milhões de volts entre a nuvem e a terra. Uma voltagem tão alta pode romper a capacidade de isolamento do ar (chamada de “rigidez dielétrica”) fazendo com que elétrons, cargas negativas, comecem a se mover da nuvem para a terra. A figura abaixo mostra uma seqüência do que acontece nesse momento.

Os elétrons se movem na direção do solo em uma sucessão de passos, cada um com cerca de 50 metros. Esse percurso em zig-zag é chamado de “líder escalonado”. “Líder” porque abre caminho para outros elétrons e “escalonado” porque é uma seqüência de degraus. A velocidade de deslocamento desses elétrons é muito alta, da ordem de 100 km/s. Alguns trechos podem se separar do trajeto principal, formando ramificações. Todo esse processo é extremamente rápido e praticamente invisível, pois a luminosidade do líder é baixa.

Quando a ponta do líder chega a uns 20 metros do solo, uma descarga, chamada “descarga de conexão”, inicia-se de algum local pontudo no solo e fecha o circuito, formando um “fio condutor” que liga a terra à nuvem. As cargas negativas presentes no líder movem-se, então, em grande velocidade para o solo. As mais próximas do solo dão início à descarga e o processo todo se propaga às partes superiores com uma velocidade incrível. Um belo e apavorante risco luminoso corre do chão para a nuvem, mas, o processo é tão rápido que vemos todo o raio de uma vez. Observe que os elétrons movem-se de cima para baixo no canal aberto pelo líder enquanto a região de alta corrente e luminosidade sobe pelo canal. O ar em redor do canal luminoso é subitamente aquecido e se expande com violência. O som dessa expansão é o que chamamos de trovão.

Depois dessa descarga inicial, outras descargas secundárias costumam ocorrer, aproveitando o mesmo caminho aberto pelo líder. São de menor intensidade e ocorrem depois de um tempo tão curto que parecem ser um único raio. Só com câmeras de alta velocidade é possível distinguir as várias descargas.

Fonte: www.fisica.ufc.br

Raios

Fatos e mitos sobre raios e tempestades

Raios nunca caem duas vezes no mesmo lugar.

Grande mentira. Pelo contrário, raios adoram cair várias vezes no mesmo local. Aquele horrível mastro de bandeira que existe em Brasília, no meio da Praça dos 3 Poderes, já foi atingido por raios inúmeras vezes. Infelizmente, resistiu. Como vimos antes, a “descarga de conexão” costuma se iniciar em algo pontudo que se destaca da planura ao redor, como um prédio, uma árvore ou um peladeiro de campo de várzea. Na Idade Média era costume tocar o sino das igrejas durante as tempestades, para afastar os maus espíritos. Muito monge sineiro morreu por causa desse costume. Se você for surpreendido por uma tempestade no meio do campo aberto, nunca procure abrigo sob uma árvore isolada. Melhor deitar no chão e curtir um banho de chuva e lama.

É perigoso falar no telefone durante uma tempestade.

A verdade é que muito pouca gente morre dentro de casa, atingida por raios. Mas, uns poucos azarados morreram porque estavam no telefone quando um raio atingiu suas casas e propagou-se pela fiação. Portanto, se a tempestade lá fora estiver mesmo braba, use o celular. Seguro morreu de velho.

Contando os segundos entre o relâmpago e o trovão dá para saber a distância do raio.

Dá, mais ou menos. A velocidade do som no ar é cerca de 330 metros por segundo. Portanto, conte os segundos desde o instante do relâmpago até ouvir o trovão, divida por 3 e terá a distância aproximada até o canal do raio, em quilômetros.

Depois da trovoada, sempre vem uma forte chuva.

É verdade, embora possam haver chuvas fortes sem trovoadas. Um modelo do físico atmosférico Bernard Vonnegut, irmão do famoso autor americano Kurt Vonnegut, sugere que grandes gotas de água se formam em torno do canal de descarga elétrica dentro da nuvem. Esse modelo é plausível mas ninguém ainda conseguiu comprová-lo experimentalmente, em razão das óbvias dificuldades de testá-lo.

Fonte: www.fisica.ufc.br