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Raios, Trovões e Relâmpagos: A Física explica!

Confira aqui a Física por trás de fenômenos naturais como raios, trovões e relâmpagos. Entenda a diferença entre eles e as suas causas.

Autor Representação de uma pessoa Denis Data Representação de um calendário 06/06/2019 Tempo Representação de um relógio 6min  de leitura

Se você já presenciou uma tempestade, muito provavelmente notou alguns dos fenômenos mais interessantes da natureza: Raios, Trovões e Relâmpagos.

Primeiramente, vamos esclarecer a diferença entre esses três fenômenos:

Raios e Relâmpagos no céu.

Os raios são grandes descargas elétricas que ocorrem entre uma nuvem e o solo, entre nuvens ou até mesmo dentro de uma mesma nuvem.

Chamamos de trovões os sons gerados por essas descargas elétricas.

Além de som, esses eventos geram também clarões, e são esses que definimos como relâmpagos.

Tá, mas o que está por trás desses fenômenos?

Eletrização

Tudo começa nas nuvens! O movimento de massas dentro delas pode muitas vezes separar cargas positivas e negativas.

É bem comum, durante tempestades, que a parte inferior das nuvens concentre uma grande quantidade de cargas negativas. Consequentemente, no seu topo estariam concentradas cargas positivas.

Se você prestou atenção em suas aulas de eletrostática no ensino médio, deve se lembrar que cargas elétricas de sinais iguais se repelem.

Portanto, o excesso de cargas negativas na parte inferior das nuvens acaba repelindo as cargas negativas da superfície terrestre, “empurrando-as” para o interior do planeta. Esse efeito ocorre não apenas sobre o solo, mas sobre tudo que está sobre ele: oceanos, casas, árvores e até mesmo pessoas.

Por fim, o que sobra é um excesso de cargas positivas:

As nuvens eletrizam a superfície por indução eletrostática.

Quando um corpo eletricamente carregado, como as nuvens durante uma tempestade, induz a eletrização de um corpo neutro, dizemos que ocorreu uma eletrização por indução.

Formação de Raios

Tá, mas o que isso tudo tem a ver com os raios?

Bom, da mesma forma que cargas elétricas de mesmo sinal se repelem, cargas elétricas de sinais opostos se atraem. Logo, as cargas negativas das nuvens tenderiam a se aproximar das cargas positivas da superfície terrestre.

Porém, o ar não permite que isso ocorra. Ele é considerado um isolante elétrico, ou seja, um material cujas cargas elétricas não conseguem se mover livremente.

No entanto, a medida que as concentrações de cargas iguais aumentam, o campo elétrico próximo delas fica mais intenso.

Uma coisa que muitos não sabem é que todo isolante pode se tornar condutor. Para isso, basta que um campo elétrico intenso o suficiente atue sobre ele.

Isso é possível, pois campos elétricos de alta intensidade são capazes de desprender alguns elétrons dos átomos que compõe o material isolante. E, são esses elétrons livres que passam a ajudar na condução de corrente elétrica.

Quando esse fenômeno ocorre com o ar, as cargas elétricas opostas da superfície terrestre e das partes inferiores das nuvens podem finalmente se encontrar.

Raios: descargas elétricas entre nuvens e a superfície terrestre.

Esse encontro é chamado de descarga elétrica atmosférica, ou mais comumente de raio.

Formação de Relâmpagos e Trovões

Esse tipo de descarga elétrica aquece muito o ar por onde passa. A temperatura desse pode chegar a 25.000º C. Para você ter uma ideia, isso é 5 vezes mais quente que a superfície do nosso Sol.

Essa alta temperatura tem duas consequências:

  • O ar, quando superaquecido, emite radiação luminosa na faixa visível do espectro magnético. É essa luz que causa os clarões no céu, ou seja, os relâmpagos.

  • Além disso, sabemos que quando um gás é aquecido ele expande, aumentando o seu volume. Na ocorrência de raios, a expansão do ar é extremamente violenta, gerando as ondas de som que chamamos de trovões.

Velocidade: Relâmpagos x Trovões

Durante uma tempestade, o que você nota primeiro: Relâmpagos ou Trovões?

Apesar de ambos serem gerados a uma mesma distância de você, um deles é uma onda eletromagnética (luz) e o outro é uma onda mecânica (som).

A velocidade do som no ar é de aproximadamente 343 m/s, já a velocidade da luz está próxima de 300.000.000 m/s. Logo, você sempre observará o relâmpago antes de poder escutar o trovão.

Funcionamento dos Para-raios

Tá, mas como um raio escolhe o que ele vai atingir?

Essa é uma pergunta complicada. Vários fatores estão envolvidos nessa escolha, dentre eles:

  • Altitude: Quanto mais elevado um corpo está, mais próximo o seu acúmulo de cargas positivas estará das cargas negativas das nuvens, facilitando assim a descarga.

  • Condutividade: Cargas elétricas preferem se movimentar em materiais mais condutores. Portanto, quanto maior a condutividade elétrica do material, maior as chances dele ser acometido por um raio.

  • Objetos Pontiagudos: Objetos pontiagudos tendem a reunir uma quantidade enorme de carga em suas pontas, atraindo muito descargas elétricas.

Um para-raios utiliza-se dessas três caraterísticas para proteger nossas casas desses eventos destrutivos.

Eles são geralmente colocados em lugares altos, são metálicos, ou seja, extremamente condutores, além de serem pontiagudos. Logo, eles tendem a atrair todos os raios para si!

Funcionamento dos Para-raios: Eles atraem as descargas elétricas para si.

Tá, mas não é uma péssima ideia atrair raios para nossas casas? Sim! No entanto, para-raios estão sempre conectados com o solo através de cabos metálicos extremamente condutores.

Sendo assim, toda a descarga elétrica vai diretamente para o solo, sem danificar nossas casas.

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