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En la atmósfera terrestre se desarrollan una gran cantidad de fenómenos meteorológicos diferentes. Algunos son placenteros, otros pueden causar curiosidad, otros ser incómodos para la población y otros pueden llegar a ser devastadores.

Las tormentas son un fenómeno meteorológico de cierta violencia que aparece cuando se encuentran varias masas de aire a diferentes temperaturas. Se suelen asociar con precipitaciones intensas de lluvia, nieve o granizo, fuertes vientos y descargas de electricidad entre otros posibles fenómenos.

Las descargas eléctricas que se producen en el interior de las tormentas son las responsables de que se produzcan los rayos, los truenos y los relámpagos. Los tres son consecuencias diferentes de un mismo fenómeno. El rayo es la corriente eléctrica en sí misma, el relámpago es la luz que produce la corriente eléctrica al inonizar el aire y el trueno es el sonido que produce la expansión repentina del aire alrededor del rayo.

Rayos y relámpagos

Las tormentas con componente eléctrico se forman con la mayor frecuencia cuando hay un movimiento ascendente de aire cálido y húmedo que se encuentra con masas frías superiores. Al subir, el aire ascendente pierde calor y la humedad se comprime formando nubes de tipo cumulonimbus que tienen un gran desarrollo vertical (algunas pueden alcanzar una altura de decenas de km).

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No se conoce exactamente como se inicia la descarga eléctrica pero hay varias hipótesis. Una de las más extendidas es la hipótesis de la inducción electrostática. De acuerdo con esta hipótesis, en el interior de las nubes cumulonimbus se forman cristales de hielo, gotas de aguas superenfriadas y granizo. Estas partículas colisionan entre sí arrastradas por fuertes corrientes de viento y con las colisiones van desarrollando electricidad estática.

Los cristales de hielo se cargan positivamente y, al ser relativamente más ligeros, se acumulan en la parte superior de la nube. Las partículas de granizo (mezcla de hielo y agua) se cargan negativamente y, al ser más pesadas, se acumulan en la parte inferior de la nube. Así, se va creando un potencial eléctrico hasta que es suficiente para iniciar una descarga eléctrica.

La descarga eléctrica se puede dar entre diferentes nubes, entre diferentes partes de la misma nube y entre la nube y la superficie terrestre, la cuál suele presentar mayor densidad de cargas positivas (en la parte inferior de la nube se acumulan cargas negativas).

La hipótesis de la inducción electrostática también sería aplicable a los descargas eléctricas que se dan en nubes de cenizas volcánicas, nubes de polvo que se forman después de los incendios y otros fenómenos que lanzan partículas a la atmósfera susceptibles de cargarse eléctricamente.

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Las descargas eléctricas producidas en las tormentas son muy fuertes, pueden llegar a generar 1 gigavatio en un instante (1 millón de vatios). Esta descarga eléctrica es el rayo. La corriente eléctrica viaja desde la zona positiva a la negativa y a su paso ioniza las moléculas gaseosas del aire. El gas ionizado pasa a estado de plasma y emite la luz que se conoce como relámpago.

Es decir, el rayo es una corriente eléctrica desplazándose a través del aire y el relámpago es la luz emitida por el plasma que crea esa corriente eléctrica, aunque es habitual que rayo y relámpago se utilicen como sinónimos de forma coloquial.

Trueno

El trueno es el sonido que suele acompañar a los rayos y las tormentas eléctricas. Es un estruendo fuerte que se produce por la onda de choque generada cuando el aire alrededor del rayo se expande bruscamente.

Aunque los rayos, los relámpagos y los truenos ocurren casi de forma simultánea, los truenos se oyen con retraso. Primero se ven los rayos y al cabo de unos segundos se oye el trueno. Esto se debe a que la velocidad de propagación del sonido a través del aire es mucho menor que la velocidad de la luz. Mientras la luz alcanza los 300 mil metros por segundo, el sonido solo llega a los 343 m/s,

Resumen

  1. El rayo es energía eléctrica, el relámpago es luz y el trueno es sonido.
  2. Los tres ocurren de forma prácticamente simultánea, pero el sonido viaja mucho más lento que la luz y por eso los truenos se oyen con retraso después de ver los rayos y los relámpagos.
  3. Entre otros posibles mecanismos, el rayo se forma mediante inducción electrostática en las partículas de algunos tipos de nubes, sobre todo de tipo cumulonimbus, acumulándose las cargas positivas en la parte superior de la nube y las negativas en la parte inferior hasta que el potencial eléctrico es suficiente para producir una descarga eléctrica.
  4. La luz del relámpago se produce por ionización de las moléculas gaseosas del aire al pasar la corriente eléctrica (el aire pasa a estado de plasma).
  5. El sonido del trueno se debe a la onda de choque producida por la expansión brusca del aire alrededor del rayo.

Referencias

  1. A Lightning Primer. Lightning and atmospheric electricity research, NASA MSFC.

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