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Como se formam os raios?

Publicada por Thalyta Araújo em 07/10/2022
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Os raios são descargas elétricas fortes, capazes de matar, 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, ocasionando ferimentos graves ou até mesmo podendo levar a óbitos pessoas e animais.

Como se forma um raio?

O processo de formação do raio ainda não é totalmente esclarecido, havendo discordâncias sobre seu mecanismo, mas sabe-se que, em boa parte dos casos, a descarga ocorre após uma concentração de cargas, na qual pode-se falar em centros de concentração, e prossegue em duas fases distintas.


Na primeira liberta-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 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, com duração de frações de segundos.

Esse percurso em zig-zag é chamado de “líder escalonado” devido à abertura de caminho para outros elétrons, e “escalonado”, por ser uma sequência em “degraus”. A velocidade de deslocamento desses elétrons é muito alta (cerca de 100 km/s). Em alguns trechos podem se separar do trajeto principal, formando ramificações.

Quando ocorre um percursor, o mesmo aproxima-se de outro centro de descargas, este induzirá uma formação de um percurso oposto. Ao completar 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 nesta segunda descarga que vemos e ouvimos, que irá contribuir para equilibrar as cargas iônicas dos dois centros de cargas (o ar e o solo, por exemplo).

De modo 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 convertido em ruídos, 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 a corrente é unidirecional, sendo de polaridade negativa em boa parte das ocorrências. A duração total das descargas 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, decorrente 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 um desequilíbrio e concentrações. Observa-se novamente um centro de descargas negativas na parte inferior da nuvem, seguindo por um centro de cargas positivas na parte central, como mostra a ilustração abaixo.

Figura 1: Distribuição de cargas em uma nuvem Cumulonimbus – Fonte: Clima ao Vivo

Quais são os tipos de descargas elétricas?

As descargas elétricas podem ser classificadas de acordo com o seu local de origem e onde terminam. Como, por exemplo, uma descarga elétrica pode ocorrer dentro da própria nuvem, entre nuvens, da nuvem para o solo, do solo para nuvem ou até mesmo da nuvem para um ponto qualquer na atmosfera.

A polaridade desse fenômeno também varia conforme as suas propriedades, ou seja, existem relâmpagos tanto com polaridade negativa, os mais comuns, quanto os de polaridade positiva, os mais raros de acontecer.

As mudanças climáticas influenciam diretamente na incidência das descargas elétricas, pois com o aumento na temperatura médio global, potencializa em cerca de 35% para cada grau célsius acima da média, conforme o INMET. O Brasil é o maior com incidência desse fenômeno no mundo., com quase 80 milhões de casos anualmente.

Descargas nuvem-solo são os mais estudos atualmente, pois são os maiores geradores de danos aos seres humanos. Os relâmpagos nuvem-solo, pode trazer transtornos como incêndios, acidentes de aviões e barcos, danificação de equipamentos elétricos, problemas nos sistemas de telecomunicações, desligamentos de linha de transmissão, distribuição de energia ou até mesmo ocasionar morte de pessoas e animais.


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na imagem mostra uma tempestade de raios em João pessoa na paraíba

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na imagem mostra a tempestade raio em aracaju no estado de sergipe

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na imagem mostra a tempestade de raio em Brasília, no Distrito Federal
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raio e chuva forte na cidade de santo Antônio do descoberto, no estado de goias
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Como ocorre um raio?

O raio é a consequência da existência de cargas elétricas opostas entre dois centros de cargas, como por exemplo:
- Em uma mesma nuvem
- Entre uma nuvem e o solo
- Entre uma nuvem e outra nuvem
- Entre uma nuvem e o céu ao redor

Assim, causa uma atração intensa, rompendo a capacidade de isolamento do ar. Com isso, há um rápido movimento de elétrons do ar de um lugar para outro.

Os elétrons se movimentam rapidamente fazendo o ar o seu redor se iluminar (um clarão, também conhecido como um relâmpago) ao ponto de aquecer, resultando em uma onda de choque sonora (denominado como trovão).

Curiosidade: Desde a antiguidade os raios encantam e assombram a humanidade com seu aspecto ameaçador e, ao mesmo tempo intrigante, que acabou sendo incorporado na mitologia e lendas, como elemento para existência de deuses poderosos como o grego Zeus.

Contudo, Benjamin Franklin, comprovou a hipótese da origem elétrica dos raios concebendo o para-raios, com o intuito de proteger as edificações da ação dos raios. O estudo sistemático da eletricidade só ganhou força no século XVIII, naquela época não se conhecia uma teoria que explicasse o fenômeno das tempestades e os raios que nelas se manifestavam.


Quais os prejuízos para o país?


No Brasil, estima-se que os relâmpagos matem cerca de 110 pessoas por ano, e deixam mais de 200 pessoas feridas e causem um prejuízo anual de aproximadamente R$ 1 bilhão. O setor elétrico é o que mais sofre com as descargas elétricas, e o prejuízo chega aproximadamente R$ 600 milhões. Em seguida, os setores de telecomunicações, seguros, eletrônicos, construção civil, aviação, agricultura e pecuária, que devem ter um prejuízo de aproximadamente R$ 100 milhões.

Quais as formas de prevenção sob risco de tempestade com descargas elétricas?

Prevenção na área Rural

- Abrigar-se um lugar seguro e não caminhar perto de árvores;
- Não ficar próximo a animais ou andar a cavalo;
- Não ficar próximo à cerca de arame;
- Não carregar ou ficar próximo a objetos metálicos pontiagudos, como enxadas, pás e facões;
- Evitar ficar próximo de veículos, como tratores, carros ou dentro de carroceria de caminhão;
- Não se abrigar em áreas cobertas, que protegem da chuva, mas não dos raios, como varandas, barracos e celeiros.

Prevenção ao ar livre

- Parar de jogar futebol ou permanecer no campo;
- Evitar caminhar em áreas descampadas, como terreno baldio, cemitério e canteiro de obra;
- Evitar caminhar ou ficar parado em rodovias, ruas ou estrada;
- Não subir em locais altos, como telhados, terraços e montanhas;
- Não ficar próximo a varal de metal, antena ou portão de ferro;

Prevenção na praia, piscina ou rio

- Sair da água (imediatamente)
- Não caminhar as margens da água na faixa de areia, calçadão, beira de rio ou piscina;
- Sair debaixo de guarda-sol, tendas e quiosques;
- Não ficar próximo a embarcações atracadas;
- Não realizar atividades de pesca navegando em embarcações ou na beira da água;

Prevenção dentro de casa

- Evitar utilizar equipamentos elétricos ligados à rede elétrica ou ficar perto de tomadas;
- Evitar falar ao telefone com fio ou utilizar o celular conectado ao carregador;
- Evitar tomar banho em chuveiro elétrico;
- Não ficar próximo de janela e portas metálicas;
- não ficar próximo à rede hidráulica (torneiras e canos);

Opções seguras de abrigo em qualquer cenário

- Entre em um veículo não conversível e feche as portas e vidros, evitando contato com a lataria;
- Em moradias ou prédios, mantendo distância das redes eletrônicas, telefônicas e hidráulicas, portas e janelas metálicas;
- Entre em abrigos subterrâneos, tais como metrôs ou túneis;
- Afasta-se de qualquer ponto mais alto e de objetos metálicos, mantenha os pés juntos e agacha-se até a tempestade passar. Não fique deitado.


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