Extracto del libro de Angel Rodriguez Montes. ( Prohibida su reproduccion)

FISICA ELECTRICO ATMOSFERICA DEL RAYO

 

 ULTIMA ACTUALIZACION FEBRERO 2014

(Extracto de mi  libro en curso)

Este nuevo trabajo, es el resultado de mas de 24 años de investigación constante y de dedicación de una pasión que se ha convertido en una profesión por culpa de que un rayo me vino a buscar en casa. Desde entonces el  fenómeno  del rayo  me a  apasionado y directa o indirectamente e podido trabajar con el asta conocer mejor su comportamiento fisco. Os ofrezco mi trabajo para vuestro apoyo didáctico pero no comercial.

El generador de cargas principal para formar un rayo, no nace de la nube como se cree, la nube se desarrolla dentro de una atmósfera ya electrificada naturalmente entre la ionosfera y la tierra inducida por la  radiación electromagnética del sol. El aire tiene una densidad de electrones por metro cúbico que crea la aparición de una tensión en tierra de 120 voltios por metro cuadrado en buen tiempo.  A partir de aquí los cambios de  temperatura y de presiones crean un catálogo de nubes diversas, de entre ellas, las células de tormentas llamadas CUMULONIMBUS .

Dentro del proceso  interno de la nube, aparecen rápidos procesos de intercambio de temperaturas y corrientes de aire que hacen ascender y descender masas de moléculas de agua cargadas eléctricamente, a partir de un complejo sistema de intercambio de iones por cambios de estado de la molécula de agua de sólido, gaseoso y líquido y viceversa, se generan cargas de diferente polaridad que se redistribuyen dentro del propio núcleo de la célula.

Según se forma la nube, ésta, genera una carga progresivamente  dentro de ella, en función de la separación de las cargas de diferente signo, pueden aparecer descargas electrostáticas (RAYOS) dentro de la nube (eso sería el relámpago) o entre nubes, entre nube y suelo o entre suelo y nube.

Cuando las cargas de la nube predominan  dentro de la nube antes de las de tierra, aparecen  relámpagos dentro de la propia nube. estos pueden ser ascendentes o descendentes en función de la redominación de polaridad de cargas. Cuando las cargas de la nube, predominan de otras nubes por carga o por distancias menores, aparecerán relámpagos entre nubes y su trayectoria dependerá de la polaridad de cargas que predomine.

La tierra es normalmente de polaridad negativa, en un 75%, las cargas  predominantes en el suelo y son negativas,  eso se llamaría rayo negativo, y se representara en forma de trayectoria sinuosa que sale de la nube en sentido a la tierra.

Cuando las cargas  positivas de la nube predominan de las negativas de tierra, éstas atraen las negativas de tierra en dirección a la nube. A ese efecto, se le llama rayo positivo en forma de trayectoria sinuosa que sale de la tierra en sentido de la nube en un 20%.

¿Cómo arranca el proceso de la descarga del rayo?
Un rayo, es sólo la reacción final de un proceso eléctrico, por eso es tan o más importante el mismo proceso en sí desde su generación ya que el caos de variables naturales que existen, pueden decidir o no que el rayo aparezca, que su trayectoria cambie ,suba o baje, que las tensiones que aparezcan en el suelo sean de 10 o 45.000 voltios, que su intensidad  de descarga varíe de 5.000 a 450.000 amperios y sobretodo, cuando aparezca la descarga, nunca podremos determinar como y cuando se generen los  efectos electromagnéticos, y si sus efectos tendran niveles de riesgo leves o severos. Todos estamos expuestos al riesgo incluso los monumentos mas religiosos.

Indiferentemente de su tensión, intensidad y polaridad, el rayo  es el resultado de la saturación de cargas dentro de un medio, y se considera  un fenómeno puramente eléctrico. Los puntos de contacto que unen la descarga, son  electrodos polarizados, es decir, que la base de la nube donde se forma la carga de salida, sería un ánodo o un cátodo en función de su polaridad, y la base en tierra expuesta a esa inducción de carga de la nube donde incide el rayo, sería también un ánodo o cátodo en función de la polaridad  que ejerce la nube.

Por último y antes de exponer el proceso de formación del rayo más detallada, gracias a los años de investigación, tenemos que recordar que la base de una nube de  tormenta,  puede alcanzar como minimo los 50 km de largo por otros 30 de ancho y que en Europa,  la base del desarrollo vertical de la misma depende de las  Isotermas que definen la base de la nube entre los 2.000 y 2.500 metros. A partir de aquí, la nube se desarrolla verticalemte superando los 8.000 metros como techo y los 10.000 metros de altura en referencia al suelo. Esta última aclaración, es para explicar que la zona afectada en el suelo por el campo eléctrico según se forme, no será en un solo punto, sino que en una amplia zona afectada por delante de la nube en su sentido de la marcha y en todo su frente de 30 km, siendo indistintamente el riesgo de afectación  a los campo eléctrico de alta tensión presentes  en el suelo, un edificio de 30 metros de altura que una casa de 4 metros de altura referente a 2.500 metros de altura de la presencia de la NUBE, para determinar o no los puntos mas altos son los mas expuestos.

Una vez que consideramos que  el rayo no nace porque si, y depende para su trayectoria de esos puntos criticos para determnar el impacto y por  donde  circula el rayo por el aire, veremos como se desarolla paso a paso.

Según los electrodos aumentan de carga ( nube tierra) , se crea entre ellos una diferencia de potencial en el suelo en función de muchas variables, que pasa de la tensión normal de 120 v/m a valores  superiores a los 45.000 v/m. CUIDADO , estos valores son de referencia ya que en la naturaleza varían en función de multiples factores caoticos, como es el del gas (aire) , es decir, que el proceso de carga será más lento o más rápido, ya que durante el proceso, la temperatura, presión y  contaminación del aire cambian y varían completamente la resistencia dieléctrica y por efecto la ruptura del aire, así mismo pasa con la resistencia del valor de  la tierra fisica, en función de su composición, humedad y morfología la resistencia eléctrica interactua con  la del aire, creando un circuito resistivo en serie entre el suelo, el aire y la nube. Además, tenemos otras variables que modifican ese conjunto de resistencias, que son los cambios de altura de las placas, a más distancia, más tensión, más carga. Es decir, que según viaja la nube en formación de borrasca, ésta pasa por valles, montañas y hace que su altura referente al suelo cambie, creando al mismo tiempo una variación completa del valor de resistencia del circuito electrónico entre nube, aire y suelo.  Eso es importante para valorar que el proceso  de formación del rayo, no es un proceso con parámetros fijos, sí con protocolos de trabajo pero no con valores estables, ya que a estas variables que acabo de resumir hay que contemplarles  el factor exposición de los elementos ya que la nube viaja a una velocidad variable y ésta crea que los valores de trabajo se modifiquen constantemente al modificarse el tiempo de exposición a cada uno de ellos.

A partir de aquí, sabemos que tenemos una carga en aumento, que genera una diferencia de potencial entre placas. Según aparece la diferencia de potencial en el suelo, y  la tensión de trabajo aumenta creando la ionización del aire de los elementos mas altos ( efecto punta). Los puntos afectados por este campo eléctrico  de alta tensión pueden estar expuestos a una transferencia importante de cargas que salen del suelo en dirección nube o en función de la polaridad en sentido tierra. Este efecto al empezar te puede poner los pelos de punta fisicamente y si sigue, puede pararte el corazón. En función de su resistencia y forma, en los elementos  terminados en punta pueden aparecer el efecto punta   o efecto corona si está  terminado en forma de plato  o corona redondo. Otros efectos como el  fuego de SAN TELMO, pueden aparecer, pero no deja de ser el mismo efecto de la ionización del aire en una punta, la diferencia es que en este caso el efecto corona o punta forma como un fuego por el efcto visual del  movimiento oscilante, como  puede ser el balanceo de un mastil de los barcos .

Si el proceso de la ionización es estable , entre los electrodos se crea un intercambio intenso de cargas,  repartido por su superficie. Si la superficie tiene protuberancia, el efecto de intercambio se efectuará en el punto más saliente y caliente, este efecto crea el recalentamiento del gas o aire, ya que las moléculas son excitadas dentro de un campo eléctrico de alta tensión (diferencia de potencial) y crean la electrificación del aire,  y en función de la polaridad el gas ionizado tiene una trayectoria y carga   (PLASMA). 

Los puntos calientes de intercambio de cargas, son los puntos de los electrodos expuestos a este intercambio por donde se transfiere parte de la masa potencial referente al resto de la zona expuesta al mismo potencial, si su intensidad es pequeña, se podría ver como la fuerza de trabajo, hace que elementos ligeros se muevan  en el suelo, en el agua podríamos llegar a ver  hervir el agua. Si su intensidad aumenta, en el punto de intercambio podremos ver  y oir chispas que salen y desaparecen con fuerte olor a ozono (IONIZACIÓN), a este fenómeno alguien le puso el nombre de líder o efecto punta. Si el fenómeno sigue, se generará una especie de semiconductor en el propio aire, gracias al plasma que se está creando, a este proceso  se le llama trazador o camino ionizado . En algunos metales como es el aluminio expuesto a este fenomeno, pueden aparcer emulsiones del aluminio , resultado del efecto de intercambio de cargas que a superado la temperatura de fusion del metal, creando como verugas de descomposicion del aluminio sin perforacion.

Un vez abierto el camino y bajado su resistencia referente al gas que lo rodea (aire ), se produce la transferencia de cargas instantánea en forma de descarga de energ.
El punto de contacto del rayo en el suelo, está preparado y abierto y no es aleatorio como se dicen. La energía al circular por el camino trazador, quema y volatiliza a su paso todas las moléculas del gas, creando un vacío por el interior del conductor y una sobrepresión por el exterior del mismo en la atmósfera y la luminiscencia de la misma por radiación ( luz que emite el rayo), el proceso de carga es más lento que el de descarga que es instantáneo  y el trueno es el resultado del cierre instantaneo del camino  trazado, creado por la recuperacion del vacio  del gas para compensar las presiones.

Ahora vienen los problemas, el rayo ya está formado y conoce su punto de impacto, ¿cómo gestionas esta energía?

La carga del rayo, entra por un elemento y a partir de aquí, esa energía se puede transformar en efectos térmicos, eléctricos, electromagnéticos y electroquímicos y todo depende de la resistencia  eléctrica del elemento que se encuentra como materia y cientos de parametros mas.  Si aplicamos la ley de OHM, en función de la intensidad de la corriente del rayo, éste generará diferentes efectos en función del tiempo de trasferencia de la carga a tierra, eso implica que los elementos de transporte de la energía del rayo, no tendrían que ejercer ninguna resistencia para no retardar el paso de corriente y generar la aparición de tensiones peligrosas. Y ahí radica  precisamente el problema de excitar y llamar al rayo. Cómo ejemplo, vamos a ver como afecta a los elementos en función de su resistencia y capacidad de disipación a tierra. Para ello tomaremos un rayo de 50.000 amperios como valor medio 

Un árbol se puede ver expuesto al proceso de la ionización al igual que una casa, una vaca o nosotros mismos, pero los efectos de contacto y trasferencia serán completamente diferentes uno de otros.
En el caso del árbol, éste  se puede quemarse sin que aparezca la descarga del rayo, sólo con el efecto de la ionización en su primera fase, creará que la madera se encienda y el árbol arda sólo sin ver ni oir el rayo, esto mismo puede pasar en el suelo con hiervas secas. En caso de que el rayo entre por una rama del árbol, las cargas encontrarán un freno muy alto para transferirse a tierra su potencial, dado que la madera  es muy resistente al paso de la corriente al no ser conductora, es entonces cuando las cargas pasan o por fuera o por dentro en función de la intensidad de carga y humedad del entorno. Si la descarga es de poca intensidad y la corteza del árbol tiene humedad, la descarga se contorneará por fuera del árbol utilizando el camino previo que dejó en su proceso de formación dejando como marca la corteza saltada o quemada, dejando incluso marcas de contorneo alredeor del tronco,  si la intensidad de la descarga es alta, utilizará los minerales de la sabia para circular  por dentro rápidamente a tierra como un conductor, es ese proceso, el estado líquido de la sabia, pasará a estado gaseoso y aumentará la temperatura de trabajo y presión, reventando  el árbol como una explosión de dentro hacia fuera. En función de la intensidad el árbol quedará sólo abierto limpio, sin quemar, o quemado de arriba abajo, o simplemente desaparecerá. Los efectos de radiación o electromagnéticos serán mínimos ya que no pasa corriente por la madera, en cambio si estamos cerca del árbol, se puede generar un arco eléctrico que salte desde el árbol a nosotros por diferencia de potencial y dejarnos achicharrados.

Cuando la energía llega a tierra, busca los caminos más bajos de resistencia para disiparse, durante este proceso, aparecen efectos de evaporación de la humedad del suelo y transformación electroquímica del compuesto mineral, a su paso la energía del rayo se disipada,  deja un hueco vacío en la tierra con paredes cristalizadas a su alrededor, llamado FULGURITA; un mineral  formado por la energía del rayo con diferentes compuestos minerales, tiene forma de macarrón o raiz   cuando la descarga se produce en terrenos compacto, en arenas silicias, la fulgurita se cristaliza, creanso preciosas formaciones cristalinas a su paso .

Varios tipos de FULGURITAS

En el mar el comportamiento de la descarga del rayo, es completamente diferente, la formación de carga y trazador del camino es igual en su protocolo del proceso, llegando incluso a hervir el agua del mar donde se apreciaran burbujas que salen a la superficie y viajan a la velocidad y sentdo de la nube . La descarga  en el mar, es completamente diferente,
cuando el rayo entra en el agua, genera una evaporación instantánea de un volumen determinado de agua de mar que es proporcional a la intensidad de la descarga, el resultado es la solidificación de las sales minerales instantanea que crea  forma de tubos blancos precios que se precipitan al fondo del mar y se depositan en forma de macarrones, es otra forma de fulgurita que recoge  y fusiona en un instante las más de 33.000.0000  partículas minerales que contiene el agua de mar. El efecto de radiación electromagnética  y diferencia de potencial de este fenómeno es inapreciable ya que la descarga entra en el agua y desaparece todo efecto de radiación, puede caer un rayo a 20 metros de un barco y no afectarle eléctricamente a ningun equipo electrónico. Ahora bien, si el rayo cae en el barco, no quedará electrónica viva y tendrán suerte si no se hunde el barco por vías de agua generadas por la salida del rayo al mar .

impacto de rayo en edificio alto
rayo fulmina un edificio
fulgurita un mineral precioso creado por el rayo
Fulgurita