Raios, trovões e relâmpagos: qual a diferença? A Física explica!

Se você já presenciou uma tempestade, muito provavelmente notou alguns dos fenômenos mais interessantes da natureza: raios, trovões e relâmpagos.

Primeiramente, vamos esclarecer a diferença entre esses três fenômenos:

Os raios são grandes descargas elétricas que ocorrem entre uma nuvem e o solo, entre nuvens ou até mesmo dentro de uma mesma nuvem.

Chamamos de trovões os sons gerados por essas descargas elétricas. Além de som, esses eventos geram também clarões, e são esses que definimos como relâmpagos.

Mas o que está por trás desses fenômenos?

Entenda a eletrização

Tudo começa nas nuvens! O movimento de massas dentro delas pode muitas vezes separar cargas positivas e negativas.

É bem comum, durante tempestades, que a parte inferior das nuvens concentre uma grande quantidade de cargas negativas. Consequentemente, no seu topo estariam concentradas cargas positivas.

Quando estudamos eletrostática, aprendemos que cargas elétricas de sinais iguais se repelem.

Portanto, o excesso de cargas negativas na parte inferior das nuvens acaba repelindo as cargas negativas da superfície terrestre, "empurrando-as" para o interior do planeta. Esse efeito ocorre não apenas sobre o solo, mas sobre tudo que está sobre ele: oceanos, casas, árvores e até mesmo pessoas.

Por fim, o que sobra é um excesso de cargas positivas, conforme mostra a imagem:

Quando um corpo eletricamente carregado, como as nuvens durante uma tempestade, induz a eletrização de um corpo neutro, dizemos que ocorreu uma eletrização por indução.

Formação de raios

E o que isso tem a ver com os raios?

Da mesma forma que cargas elétricas de mesmo sinal se repelem, cargas elétricas de sinais opostos se atraem. Logo, as cargas negativas das nuvens tenderiam a se aproximar das cargas positivas da superfície terrestre.

Porém, o ar não permite que isso ocorra. Ele é considerado um isolante elétrico, ou seja, um material cujas cargas elétricas não conseguem se mover livremente. Mas à medida que as concentrações de cargas aumentam, o campo elétrico próximo delas fica mais intenso.

Uma coisa que muitos não sabem é que todo isolante pode se tornar condutor. Para isso, basta que um campo elétrico intenso o suficiente atue sobre ele.

Isso é possível, pois campos elétricos de alta intensidade são capazes de desprender alguns elétrons dos átomos que compõem o material isolante, e são esses elétrons livres que passam a ajudar na condução de corrente elétrica.

Quando esse fenômeno ocorre com o ar, há transferência de cargas entre a superfície terrestre e as partes inferiores das nuvens, veja:

Esse encontro é chamado de descarga elétrica atmosférica, ou mais comumente de raio.

Formação de relâmpagos e trovões

Esse tipo de descarga elétrica aquece muito o ar por onde passa, que pode chegar a 30.000 ºC. Para você ter uma ideia, isso é cerca de cinco vezes mais quente do que a superfície do nosso Sol.

A alta temperatura tem duas consequências:

• o ar, quando superaquecido, emite radiação luminosa na faixa visível do espectro eletromagnético. É essa luz que causa os clarões no céu, ou seja, os relâmpagos.

• além disso, sabemos que quando um gás é aquecido ele expande, aumentando o seu volume. Na ocorrência de raios, a expansão do ar é extremamente violenta, gerando as ondas de som que chamamos de trovões.

Velocidade: relâmpagos x trovões

Durante uma tempestade, o que você nota primeiro: relâmpagos ou trovões?

Apesar de ambos serem gerados a uma mesma distância de você, um deles é uma onda eletromagnética (luz) e o outro é uma onda mecânica (som), ou seja, são ondas de naturezas distintas.

A velocidade do som no ar é de aproximadamente 343 m/s, já a velocidade da luz está próxima de 300.000.000 m/s. Logo, você sempre observará o relâmpago antes de poder escutar o trovão.

Funcionamento dos para-raios

Como um raio escolhe o que ele vai atingir?

Essa é uma pergunta complicada, pois vários fatores estão envolvidos nessa escolha, dentre eles

• altitude: quanto mais elevado um corpo está, mais próximo o seu acúmulo de cargas positivas estará das cargas negativas das nuvens, facilitando assim a descarga.

• condutividade: cargas elétricas preferem se movimentar em materiais mais condutores. Portanto, quanto maior a condutividade elétrica do material, maiores as chances de ele ser acometido por um raio.

• objetos pontiagudos: objetos pontiagudos tendem a reunir uma quantidade enorme de carga em suas pontas, atraindo muito descargas elétricas.

Um para-raios utiliza-se dessas três caraterísticas para proteger nossas casas desses eventos destrutivos.

Eles são geralmente colocados em lugares altos, são metálicos, ou seja, extremamente condutores, além de serem pontiagudos. Logo, eles tendem a atrair todos os raios para si, veja:

Mas não é uma péssima ideia atrair raios para nossas casas? Sim! No entanto, para-raios estão sempre conectados com o solo através de cabos metálicos extremamente condutores. Sendo assim, toda a descarga elétrica vai diretamente para o solo, sem danificar nossas casas.

Esta cartilha do Grupo de Eletricidade Atmosférica (ELAT), do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe) demonstra a maneira correta de se proteger do fenômeno.

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