FENOMENOS DA NATUREZA: RELÂMPAGO

O relâmpago é um dos fenômenos mais bonitos da natureza e também um dos mais mortais. Com as temperaturas dos raios sendo maiores do que a da superfície do Sol e com as ondas de choque se propagando em todas as direções, o relâmpago é uma aula de física.

Além de sua poderosa beleza, o relâmpago apresenta à ciência um de seus maiores mistérios: como ele funciona? Todos sabem que o relâmpago é gerado em sistemas de tempestades eletricamente carregados, mas a maneira como se dá essa carga ainda permanece obscura.

Neste artigo, veremos o relâmpago de dentro para fora, para que você possa entender o fenômeno.

O ciclo da água

Um aspecto do relâmpago que não é um mistério é o ciclo da água. Para compreender como funciona o ciclo da água, precisamos primeiro entender os princípios da evaporação e condensação.

A evaporação é o processo pelo qual um líquido absorve calor e o transforma em vapor. Um bom exemplo é uma poça d'água depois de uma chuva. Por que a poça seca? A água da poça absorve o calor do sol e do ambiente e escapa como vapor. "Escapar" é um bom termo para se usar quando se fala sobre evaporação. Quando o líquido está sujeito ao calor, suas moléculas se movem mais rapidamente. Algumas das moléculas podem se mover rápido o bastante para saírem da superfície do líquido e carregarem o calor na forma de vapor ou gás. Uma vez que deixa de ser líquido, o vapor começa a subir na atmosfera.

A condensação é o processo pelo qual o vapor ou gás perde calor e se transforma em líquido. Sempre que o calor é transferido, o vapor ou gás vai de uma temperatura maior para uma menor. Uma geladeira usa esse conceito para resfriar suas bebidas e comidas. Ela fornece um ambiente de baixa temperatura que absorve o calor de suas bebidas e comidas e leva esse calor embora, no que conhecemos como ciclo de refrigeração. A atmosfera age como uma imensa geladeira para gases ou vapores. Enquanto os vapores ou gases sobem, as temperaturas do ar ao redor deles diminuem cada vez mais. Logo, o vapor que levou embora o calor do líquido começa a perdê-lo para a atmosfera até condensar-se e transformar-se novamente em líquido.

Agora vamos aplicar esses conceitos ao ciclo da água.

A água ou a umidade da terra absorve o calor do sol e dos arredores. Quando já foi absorvido calor suficiente, algumas das moléculas do líquido podem ter energia o bastante para escapar do líquido e começar a subir para a atmosfera como vapor. Conforme o vapor vai subindo, a temperatura do ar ao redor vai diminuindo. O vapor, então, perde suficiente calor para voltar a ficar no estado líquido. A tração gravitacional da Terra faz com que o líquido "caia", completando, assim, o ciclo. É preciso observar que, se a temperatura do ar ao redor estiver baixa o bastante, o vapor pode se condensar e congelar em forma de neve ou de chuva com neve. Mais uma vez, a gravidade fará com que as partículas congeladas retornem à Terra.

As tempestades elétricas

Numa tempestade elétrica, as nuvens de tempestade estão carregadas como capacitores gigantes no céu. A parte superior da nuvem é positiva e a inferior negativa. Ainda não se entrou num acordo na comunidade científica sobre como a nuvem adquire essa carga, mas a descrição seguinte oferece uma explicação plausível.

No processo do ciclo da água, a umidade pode se acumular na atmosfera. Esse acúmulo é o que vemos como nuvem. As nuvens podem conter milhões e milhões de gotículas d'água e gelo suspensos no ar. Como o processo de evaporação e condensação continua, essas gotículas enfrentam muitas colisões com a umidade que está no processo de condensação, enquanto sobe. Além disso, a umidade que sobe pode se chocar com o gelo ou com a neve que está caindo em direção à terra ou que está na parte inferior da nuvem. A importância desses choques é que eles retiram os elétrons da umidade que está subindo, criando, assim, uma separação de carga.

Os elétrons recém arrancados se unem na parte inferior da nuvem, dando a ela a carga negativa. A umidade que está subindo e que acabou de perder um elétron carrega uma carga positiva para a parte superior da nuvem. Além dos choques, o resfriamento tem um papel importante. Quando a umidade que está subindo depara com temperaturas mais baixas na parte superior da nuvem e começa a gelar, a parte resfriada fica negativamente carregada e as gotículas que não estão congeladas se tornam positivamente carregadas. Nesse ponto, as correntes de ar ascendentes têm a capacidade de remover as gotículas positivamente carregadas do gelo e carregá-las para a parte superior da nuvem. A parte congelada restante normalmente desceria para a parte inferior da nuvem ou continuaria descendo até o chão. Combinando os choques com o resfriamento, podemos começar a entender como uma nuvem pode adquirir a separação extrema de carga que é necessária para que um relâmpago ocorra.

Verdadeiro x falso

Ben Franklin foi atingido por um raio

De jeito nenhum! Ao contrário do que às vezes dizem os livros escolares, o Sr. Franklin foi muito sortudo de ter sobrevivido a sua experiência. A faísca que ele viu ocorreu pelo fato do sistema pipa/chave estar em um forte campo elétrico. Se o sistema tivesse sido atingido, o Sr. Franklin certamente teria morrido. Como todos sabemos, sua experiência foi extremamente perigosa e não pode ser repetida.

A borracha dos pneus o mantêm seguro dentro do carro porque ela não conduz eletricidade

Não! Em fortes campos elétricos, os pneus de borracha na realidade se tornam mais condutivos do que isolantes. O motivo pelo qual você está seguro num carro é que o raio viajará pela superfície do veículo e então irá para o solo, pois o veículo age como uma gaiola de Faraday (em inglês). Michael Faraday, físico britânico, descobriu que uma gaiola de metal protegeria os objetos que estivessem dentro dela se fosse atingida por uma descarga de alta voltagem. O metal, sendo um bom condutor, direcionaria a corrente ao redor dos objetos e a descarregaria seguramente no solo. Esse processo de proteção é amplamente usado atualmente para proteger os circuitos integrados eletrostaticamente sensíveis do mundo eletrônico.

Os objetos mais altos sempre são os atingidos pelos raios

É verdade que os objetos mais altos estão mais perto das nuvens, mas, como já foi apresentado, o raio pode atingir o solo perto de um objeto alto. Objetos altos podem ter maior probabilidade de serem atingidos, mas, quando o assunto é relâmpago, não podemos prever nada.

Protetores de oscilação de voltagem irão salvar seus produtos eletrônicos (TV, VCR, PC) se um raio atingir sua linha de força

De jeito nenhum! Os protetores de oscilação de voltagem atuam contra oscilações de voltagem na linha da companhia de eletricidade, mas não contra raios. Para realmente se proteger contra danos causados por raios, você precisa de um descarregador. Ele usa um espaço cheio de gás, que funciona como um circuito aberto para baixas voltagens, mas o gás fica ionizado e conduz em altas voltagens. Se o raio atingir a linha que você estiver protegendo, o buraco cheio de gás conduzirá a corrente de forma segura para o solo.

Tipos de descargas e relâmpagos

Da nuvem para o solo: já apresentado