Como surgem os raios?

 Curiosidades

 

Os raios são um fenômeno intenso, que assusta e intriga. Como uma das mais violentas manifestações da natureza, podem produzir uma carga de energia com parâmetros de até:

 

• 125.000.000 V.

• 200.000 A.

• 25.000°C.

 

Como tudo acontece? Estivemos falando de maneira mais simplificada em posts anteriores, mas vamos explicar melhor ao longo deste post!

 

[Uma ocorrência de raio. Imagem: Max LaRochelle / Unsplash | Reprodução]

 

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O RAIO É ALGO MÁGICO?

 

Temos muitas explicações lógicas e científicas sobre o que é um raio, mas nem sempre foi assim. O olhar de um adulto já foi igual ao de uma criança para tamanha imponência do fenômeno, considerando-o mágico. Há impactos em seres vivos, edificações, florestas e meio ambiente.

 

Algumas civilizações consideravam o raio como uma dádiva divina, visto que acompanhava as chuvas (em geral) e isso levava à abundância na lavoura. Em contraponto, havia povos que consideravam os mortos após a incidência de raios como vítimas da fúria divina, tendo sido castigados. O mais forte e famoso ser mitológico a agir assim seria Zeus.

 

Também existiu a visão de que os mortos por raios deveriam ser glorificados. Nessa terceira visão de mundo, os povos primitivos consideravam que era uma morte que seria digna dos deuses, e aquela pessoa havia sido escolhida, merecendo funeral e honras especiais.

 

PROTEÇÃO

 

Com o passar do tempo, muito mais do que crenças, o homem passou a entender que o raio é um fenômeno elétrico, e a se proteger. Alguns parâmetros do raio são imprevisíveis, sendo o melhor caminho conduzir a descarga elétrica ao solo assim que possível.

 

O pioneiro na ciência a perceber a natureza elétrica do raio foi Benjamin Franklin (1706-1790). Ele fez alguns experimentos com raios, como o famoso experimento pipa, em que provou que o raio nada mais era do que uma corrente elétrica de grandes proporções.

 

Franklin chegou a afirmar que colocar uma ponta metálica sobre uma casa faria com que os raios fossem atraídos e a edificação estaria protegida. Isso seria a primeira forma de sistema de proteção contra descargas atmosféricas (SPDA) conhecidas.

 

Depois se descobriu que não necessariamente um raio seria atraído pelo SPDA, atingindo outros pontos. Benjamin reviu suas ideias, indicando que a ponta metálica seria, na verdade, o caminho mais seguro para conduzir as cargas até o solo. Muita coisa foi sendo aprimorada nos anos seguintes, até os dias atuais.

 

Além dos SPDAs, há medidas preventivas para evitar acidentes em tempestades. Uma delas é evitar o contato com materiais condutores, tais como: antenas, água, materiais elétricos, etc.

Durante uma tempestade, melhor não permanecer em lugares abertos, ou sob árvores, e elevações. Ideal é buscar abrigo seguro. Como a água é condutora, sugere-se também não tomar banho, pois no caso de uma descarga de alto potencial, pode ocasionar efeitos graves.

 

COMO SE FORMA O RAIO?

 

Além de saber que é um fenômeno de natureza elétrica, também é importante pensar que transformações ocorridas no ambiente propiciam que um raio se forme. Tanto nuvens quanto solo possuem cargas elétricas positivas e negativas. Em situação normal, são cargas dispersas de forma aleatória na superfície terrestre e na atmosfera.

 

Para que um raio ocorra, é necessário que existam cargas de sinais opostos entre nuvens, ou entre uma nuvem e o solo. Nisso, a atração entre as cargas é tão grande que gera a descarga elétrica. O nome e a natureza das cargas foram definidos por Franklin em torno do ano 1750.

 

Essa condição de cargas de sinais opostos se acentua quando é quebrada aquela condição original de cargas aleatórias e distribuídas. Nas nuvens de tempestade, a movimentação entre as moléculas de água – mais precisamente o atrito entre partículas de gelo – promove a separação das cargas, com um acúmulo negativo ou positivo na parte de baixo da nuvem. No solo, ocorre uma indução eletrostática com cargas opostas. No ar, ocorre ionização e ele se torna condutor.

 

Com a expansão da nuvem e o mecanismo de formação das cargas elétricas se intensificando, ocorre uma primeira onda elétrica, da base da nuvem em direção ao solo. Tudo vai ocorrer nos locais de menor potencial elétrico, e fatores como pressão e temperatura geram uma trajetória ramificada e aleatória.

 

Essa primeira onda, a "líder descendente" ou "condutora de passos" tem sua posição de queda entre 20 e 100 m do solo. Formado um canal ionizado nuvem-solo, segue a avalanche de cargas com valor médio de corrente de pico de cerca de 20 kA.

 

Os próximos choques de cargas levarão ao aquecimento do ar em até 30.000°C, gerando uma forte expansão, gerando o ruído (chamado de trovão). Os elétrons retirados de moléculas de ar retornam, fazendo com que a energia seja devolvida na forma de luz (relâmpago). O mecanismo se repete várias vezes na mesma descarga elétrica.

 

A grande diferença de potencial entre as cargas pode ser entre nuvens e solo, como indicado, mas ainda pode ser entre duas nuvens quando o campo elétrico de uma delas supera o limite de capacidade dielétrica do ar atmosférico, geralmente em torno de 10000 V/cm e 30000 V/cm, dependendo das condições locais. 

 

A descarga solo-nuvem é a mais rara. Ela ocorre, normalmente no topo de montanhas, edifícios muito altos ou geradores.

 

SISTEMAS DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS

 

Nas edificações, visando abrigar e proteger as pessoas, devem existir sistemas de proteção contra descargas atmosféricas (SPDA). A Norma Regulamentadora (NR) 10 indica que deve ser feito projeto de SPDA quando a carga instalada for acima de 75 kW (o que equivale, geralmente, a uma pequena residência ou comércio). 

 

Tanto no Brasil como no exterior, muito se estudou para entender os parâmetros de um raio e a probabilidade de ocorrência. Sabe-se que a corrente máxima esperada é de 200 kA, mas a probabilidade de ocorrer é bem menor. Corrente maior do que isso, a probabilidade não chega a 1 %.

 

A faixa típica mais frequente de ocorrer é de 30 a 40 kA. A proteção, portanto, poderia ser mais econômica nessa faixa mais provável. As normas técnicas fazem cruzamentos entre riscos e os danos em caso de acidentes com raios, para se definir a melhor relação custo-benefício.

 

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