Raios

Página inicial > Raios

Raios são descargas elétricas muito fortes, capazes de matar, ferir, incendiar, quebrar estruturas, derrubar árvores e abrir buracos ou valas no chão. Eles ocorrem em nuvens do tipo Cumulonimbus e em nuvens de grandes erupções vulcânicas, e podem atingir o solo, causando prejuízos e ferindo ou matando animais e pessoas.

O raio é consequência da existência de cargas elétricas opostas entre dois centros de cargas (dentro de uma mesma nuvem, entre uma nuvem e o solo, entre uma nuvem e outra ou entre uma nuvem e o céu ao redor), causando uma atração muito forte, rompendo a capacidade de isolamento do ar.

Com isso, há um rápido movimento de elétrons do ar de um lugar para outro. Os elétrons movem-se tão rapidamente que fazem o ar ao seu redor se iluminar (um clarão conhecido como relâmpago) e aquecer, resultando em uma onda de choque sonora (o trovão).

A descarga é visível a olho nu, a centenas de quilômetros de distância, com trajetórias sinuosas e de ramificações irregulares, às vezes com muitos quilômetros de comprimento. Ao ser observado à distância, sua luminosidade propaga-se por toda a nuvem e através do céu, embora não possam ser ouvidos trovões.

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 antiguidade os raios encantam e assombram a humanidade com seu aspecto ameaçador e ao mesmo tempo intrigante, que acabou por ser incorporado 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 o para-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.

O processo da formação do raio ainda não se encontra totalmente esclarecido, havendo controvérsias sobre seu mecanismo de formação, mas sabe-se que, na maioria dos casos, a descarga ocorre após uma concentração de cargas, no qual pode-se falar em centros de concentração, e prossegue em duas fases distintas.

Na primeira libertam-se da nuvem várias descargas menores a partir do ar ionizado, criando o precursor da descarga. Uma corrente iônica fica maior quanto mais se aproxima do solo, favorecendo assim o trajeto do raio em formação. Os elétrons se movem na direção do centro de cargas em uma sucessão de passos, cada um com cerca de 50 metros. Isso tudo dura somente frações de segundo.

Esse percurso em zig-zag é chamado de "líder escalonado". "Líder" porque abre caminho para outros elétrons, e "escalonado" porque é uma sequência de "degraus". A velocidade de deslocamento desses elétrons é muito alta (cerca de 100 km/s). Alguns trechos podem se separar do trajeto principal, formando ramificações. O precursor pode ser ascendente ou descendente, pois depende da natureza dos íons que formaram a corrente iônica.

Ao ocorrer de um precursor aproximar-se do outro centro de cargas, este induzirá uma formação de um precursor oposto. Quando o precursor completa o contato entre os centros de cargas, ocorre no sentido inverso ao longo daquele trajeto uma corrente aniônica (negativa), ou catiônica (positiva), dependendo da carga. É esta segunda descarga que vemos e ouvimos, e que irá contribuir para equilibrar as cargas iônicas dos dois centros de cargas (o ar e o solo, por exemplo).

É comum ocorrer mais de uma descarga através de um mesmo canal, no qual o ar ainda encontra-se parcialmente ionizado. Estas descargas subsequentes são normalmente mais fracas que a primeira descarga.

Vídeo em câmera lenta mostrando um líder escalonado indo em direção ao solo. Note que, quando o contato é feito, a luminosidade mais intensa surge de baixo para cima.

Em geral, as descargas verticais normalmente predominam na frente de uma tempestade, tomando-se por base o sentido de seu deslocamento, e os raios horizontais se formam na parte de trás. Os raios horizontais estão sempre presentes em qualquer trovoada. Uma Cumulonimbus típica produz três ou quatro descargas por minuto, em média.

O canal de descarga possui um diâmetro estimado de 2 a 5 cm e é capaz de aquecer o ar até 30 mil graus Celsius em milissegundos. Apenas 1% da energia do raio é convertida em ruído (trovão), sendo o resto libertado sob a forma de luz. O raio é uma manifestação de plasma, no qual sua condutividade permite o escoamento da eletricidade entre os centros de carga.

Um raio completamente formado pode conduzir correntes em torno de 10 a 80 kA (quiloampères), mas existem registros em torno de 250 kA. A forma da corrente é unidirecional, sendo de polaridade negativa na maioria das ocorrências. A duração total da descarga varia entre 0,1 milissegundo e 1 segundo.

A etapa de acúmulo de cargas que alimentam a descarga é pouco conhecida e de difícil medição, devido ao próprio fenômeno interferir violentamente em qualquer instrumento. Mas o princípio básico é relativamente conhecido:

Na formação da nuvem, ocorrem ciclos de estado da água, que sobe até o topo da nuvem, passa para forma de gelo (incluindo neve e granizo), caindo e voltando para o estado líquido. Neste ciclo ocorre a troca de cargas entre as partículas de água, havendo desequilíbrio e concentrações. Notavelmente observa-se um centro de cargas negativas na parte inferior da nuvem, seguido por um centro de cargas positivas na parte central, como mostra a ilustração abaixo. Clique para ampliar.

Distribuição de cargas mais comumente observada em uma nuvem Cumulonimbus.

Em um limiar de concentração de cargas, ocorre um efeito dominó, no qual as cargas elétricas são liberadas, chocando-se com outras partículas, realizando um encadeamento do processo que irá ionizar o ar. Juntamente com a "avalanche", o meio é ionizado pela própria radiação que emite (fotoionização), no qual alimentará a formação de núcleos que formarão o canal da descarga.

A ionização propaga-se em direção ao outro centro de cargas, tendo o nome de precursor descendente. Eventualmente, as cargas elétricas do outro centro de cargas serão induzidas, no qual formarão um processo similar de ionização, chamado de precursor ascendente. A formação do canal assume um caminho tortuoso (pois possui pequenas variações de partículas e cargas no ar), além de assumir ramificações.

Eventualmente os precursores se encontrarão, fechando desta forma um circuito elétrico entre os dois centros de cargas. Neste instante ocorre a fase intensa da descarga, no qual o canal é violentamente aquecido, transformando-se em plasma, elevando desta forma sua condutividade elétrica e possibilitando sustentar a corrente elétrica.

Após a condução parcial da carga elétrica da nuvem, na forma de um impulso rápido, o canal conduzirá uma corrente menos intensa, chamada corrente de continuidade. A seguir, canal se resfriará, finalizando o impulso.

A grande maioria dos raios desce. Raios que sobem só acontecem a partir de estruturas elevadas, como por exemplo do alto de um arranha-céu ou de uma montanha ou antena. Parte da energia dos raios é consumida na formação do ozônio, na qual 3 moléculas de oxigênio se unem para formar duas de ozônio.

Basicamente toda a camada de ozônio existente em volta do planeta foi formada utilizando-se a energia dos raios.

O Brasil é o país no qual mais se registra o acontecimento de raios em todo o mundo. A cada 5 segundos, caem cerca de 8 raios no Brasil, e por ano, cerca de 50 milhões, estima o Elat (Grupo de Eletricidade Atmosférica), do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). É o dobro da incidência nos Estados Unidos, por exemplo. Cada descarga representa um prejuízo de R$ 10,00 para o setor de energia. Ao todo, os raios causam um prejuízo de R$ 1 bilhão por ano à economia do Brasil, apurou o Elat.

O setor elétrico é o que acumula mais perdas, com cerca de R$ 600 milhões por ano. Depois seguem os serviços de telecomunicações, com cerca de R$ 100 milhões. Também são atingidos os setores de seguro, eletroeletrônicos, construção civil, aviação, agricultura e pecuária. Os raios também foram responsáveis por 236 mortes no Brasil em 2008 – o recorde da década.

Segundo o Elat, de 2000 a 2009, 1321 pessoas morreram atingidas por raios no Brasil. O estudo aponta para a média de 132 mortes por ano. O Sudeste foi a região onde mais pessoas morreram (29%), seguido pelo Centro-Oeste (19%), Norte (17%), Nordeste (18%) e Sul (17%). A maior parte das mortes ocorre na zona rural (61%), contra 26% na zona urbana, 8% no litoral e 5% em rodovias.

Uma explicação para essa grande quantidade de raios deve-se ao tamanho do território, às condições climáticas e à ausência de grandes elevações no relevo brasileiro.

A maioria das vítimas dos raios é atingida 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. Em 30% dos casos, as vítimas morrem por parada cardíaca ou respiratória. Os 70% restantes costumam sofrer sequelas, como perda de memória e diminuição da capacidade de concentração.

Além de fazer vítimas, os raios destroem bens materiais, causando 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.

Quando uma nuvem fortemente carregada passa por cima de objetos altos que estão em comunicação com a terra como árvores, edifícios ou postes, eles se eletrizam por indução. Depois que se dá o raio, mesmo que ele não atinja os objetos, estes escoam suas cargas rapidamente para a terra. Uma pessoa em contato com esses objetos pode então levar um choque e ferir-se, mesmo sem ter sido atingida pelo raio. Esse fenômeno é chamado de choque de retorno.

Trovão Tipos de raios Lendas e dúvidas Medidas de proteção Casos

--------------------------------------------------------------------------------------------------

Fontes:

http://www.brasilescola.com/fisica/raios.htm

http://pt.wikipedia.org/wiki/Raio_%28meteorologia%29

http://pt.wikipedia.org/wiki/Rel%C3%A2mpago

http://en.wikipedia.org/wiki/Lightning

http://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/carga/raio_relampago/

http://www.igeduca.com.br/artigos/desvendamos-misterios/qual-a-diferenca-entre-raio-relampago-e-trovao.html

http://www.ufpa.br

http://www.ufrrj.br/institutos/it/de/acidentes/raios.htm

http://www.inpe.br/webelat/homepage/menu/relamp/relampagos/definicao.php