Rayo, relampago y trueno?, capacitores y dieléctricos...

Sabías que rayo, relámpago y trueno son cosas distintas?

Seguramente la mayoría pensamos que un relámpago, un rayo y un trueno son lo mismo, pero para la ciencia son cosas distintas.

El rayo es un fenómeno natural que ha fascinado a la humanidad desde siempre. Encontre dos distintas teorías que intentan explicar cómo se forma un relámpago, cómo se forma un rayo y que es un trueno, y así darles una breve introducción al fenómeno.

Para comenzar, debemos separar el relámpago del rayo y del trueno. El rayo se resume brevemente como una descarga electrostática en la atmósfera, que se produce entre dos nubes o una nube y la superficie.

El rayo ocurre cuando la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos supera un límite de aproximadamente 30,000 voltios (se sobrepasa el campo de ruptura de la rigidez dieléctrica del aire seco -30 kV/cm-). Es entonces cuando se produce la ruptura dieléctrica del aire (rigidez dielectrica), convirtiéndolo en conductor eléctrico y produciendo una descarga eléctrica en la forma de rayo.

Los rayos son descargas eléctricas. ¡Una simple descarga de un rayo puede calentar el aire a su alrededor a 30,000 Grados Celsius (54,000 degrees Fahrenheit)!. Este calentamiento extremo provoca que el aire se expanda a una velocidad explosiva. Esta expansión crea una onda de choque que se convierte en una onda sonora, más conocida como trueno.

El relámpago es el resplandor producto de esta descarga que libera tanta energía de manera sumamente repentina, forzándola a manifestarse en parte como luz. Aun así como se produce exactamente un rayo es un proceso que la ciencia no comprende del todo y del que existen varias explicaciones.

Estas explicaciones no se refieren a rayos positivos, ya que estos son una variedad más rara del fenómeno que se produce en las regiones cargadas positivamente de la nube.

Teoría de inducción electrostática. Esta apunta a que cargas eléctricas son movilizadas por procesos aún desconocidos. La separación de cargas requeriría fuertes corrientes ascendentes que llevarían pequeñas gotas de agua hacia arriba, enfriándolas a temperaturas de entre -10 y -20 grados centígrados. Estas chocan con cristales de hielo para formar una mezcla de agua y hielo. Las colisiones también hacen que una ligera carga positiva sea transferida a los cristales de hielo y una ligera carga negativa pase a la mezcla de hielo y agua. Así las corrientes ascendentes llevan los cristales de hielo más ligeros hacia arriba, haciendo que la nube aumente su carga positiva.

La gravedad hace que la mezcla de hielo y agua cargada negativamente caiga en la parte media e inferior de la nube, creando una carga negativa. La separación de cargas y la acumulación continúan hasta que el potencial eléctrico es suficiente como para iniciar una descarga eléctrica, la que ocurre cuando la distribución de las cargas positiva y negativa forma un campo eléctrico lo bastante fuerte.

Esta es la teoría más aceptada y verificada, siendo la ausencia de una explicación completa para el mecanismo de polarización su principal problema.

Una explicación alternativa a la hipótesis de inducción es que las gotas de agua y hielo se polarizan naturalmente mientras caen por el campo eléctrico de la tierra.

El rayo es una de las fuerzas más poderosas y devastadoras del mundo, pero en el 80% de los casos que uno impacta en un ser humano, este sobrevive con heridas relativamente leves. Empleando imágenes por satélite, se ha llegado a estimar que cada segundo caen 44.5 rayos en el mundo. Si esta energía pudiese ser canalizada en forma eficiente se reduciría notablemente la dependencia energética del mundo de los combustibles fósiles. Lamentablemente este tipo de avances aún están lejos de concretarse, pero esperemos que se hagan realidad en un futuro no muy lejano.

Rigidez dieléctrica. Máximo campo eléctrico que puede soportar un dieléctrico sin perder sus propiedades aislantes. Los campos eléctricos moderados son los que no arrancan electrones ligados de los átomos. Por tanto no producen corrientes importantes en los dieléctricos, pues solo mueven los electrones libres que pueda haber en el dieléctrico. Pero si se aumenta el valor del campo, puede llagar a arrancar un gran número de electrones ligados. Entonces la corriente en el dieléctrico crece bruscamente y suele dañarlo por elevación de su temperatura. El mayor valor del campo eléctrico que no produce este incremento brusco de corriente es la rigidez dieléctrica.
La rigidez dieléctrica del aire seco es 30 kV/cm. Por encima de este valor se produce arco eléctrico.

Comentario de salida. Mi amiga la Médico Rosario Díaz Maya me dio una brillantísima idea!; sería posible no esperar a que el rayo acumule los 30,000 voltios para que se dé la ruptura dieléctrica del aire, sino facilitarle el camino, a digamos unos manejables 500 voltios, mediante antenas conductoras y facilitadores para reducir significativamente la rigidez dieléctrica del aire?, yo creo que siiii! =D. La pregunta clave acá es: que material, sustancia o tipo de energía/vibración hace que el aire pase de ser un aislante natural a ser un conductor electrico de bajo voltaje?. Chavitos, a estudiar las propiedades del aire, los dielectricos y la luz, a ver si a alguien se le prende el foco! =D

Constantes dieléctricas (permitividad) de algunos materiales:

Material	(adimensional)
Aceite mineral	19,5
Aceite	2,8
Agua	80,5
Caucho	de 20 a 50
Acetona	191
Aire	1,00058986 ± 0.00000050 (en CNPT, para 0,9 MHz),1
Papel duro	49,5
Agua destilada	88,0 a 0 °C 55,3 a 100 °C2
PVC	de 30 a 40
Baquelita	de 50 a 80
Vidrio	de 40 a 60
Mica	5,4

Nota: El agua tiene un valor de 80.5, se necesitan 600V para superar esta constante de permitividad, busca por el proceso de Voltrólisis.
- https://www.youtube.com/watch?v=I65lQ8l5mjc

Lo cual me recuerda la antenota del genio Nicola Tesla....mmmm dejenme ver...

La Tesla Tower o antena gigante de Tesla. "Asegun dice la Wiki que era parte de una prueba para trasmitir energía sin necesidad de cables, pero la radio y las comunicaciones, a pesar de trasmitir energia mediante las ondas electromagnéticas, no es a lo que precisamente Tesla se referia con Energía Libre para todos, de hecho el proyecto se detuvo por falta de financiamiento, cuando su principal inversionista (G. Westinghouse) le preguntó: Nicola y dónde se emitirá el recibo de cobro al cliente?, a lo que Tesla respondio, no habrá tal recibo, esta energía será gratuita para todos el mundo!..., fin del proyecto. No me digan que se requiere una instalacion tan grande para colocar una par de cabinas con microfono?

REGRESARE...