REVISTA MECATRÔNICA EXEMPLO

energia
F2. Indução de cargas positivas no solo F3. Túneis Ionizados
F4. Nuvem em curto-circuito com a terra.
F1. Perfil de carga eletrostática em uma
nuvem.
F5. Anatomia do raio.
Como ocorrem os raios
O raio é uma descarga elétrica que ocorre
entre a nuvem e o solo, ou entre nuvens.
A nuvem carrega-se em duas metades, a
inferior com carga negativa e a superior
com positiva (veja a figura 1). Através da
indução, a área projetada pela nuvem sobre
o solo (sombra) torna-se positiva (conforme
mostra a figura 2).
Isso quer dizer que, embora a Terra seja
uma grande “esfera” negativa, por indução
a região abaixo da nuvem é positiva. Como
a nuvem é arrastada pelo vento, a região de
cargas positivas no solo acompanha a nuvem
como se fosse sua sombra.
A diferença de potencial (tensão) formada
entre a nuvem e o solo pode variar de 100
V a 1.000.000.000 V (1000 megavolts !).
Uma vez que a rigidez dielétrica entre a
nuvem e a terra seja vencida, o ar ioniza-se
(baixa a resistência elétrica), criando assim
um túnel ionizado de baixa resistência, que
é o caminho por onde a descarga elétrica
transita, observe a figura 3.
Anatomia do Raio
Um fato curioso sobre o raio é o modo
como ele ocorre. Quando a rigidez dielétrica
do ar é vencida, forma-se o que chamamos
de “raio piloto”.
O raio piloto é uma descarga que vai
da nuvem para a terra, a uma velocidade
aproximada de 1500 km/s. Então, como o
ar está ionizado, a nuvem entra em curtocircuito
com o solo. Uma vez em curtocircuito,
a nuvem assume uma polaridade
inversa, visto que a terra tem maior massa
(figura 4). Com a polaridade invertida,
uma segunda descarga acontece, porém,
agora da terra (solo) para a nuvem.
Resumindo, o raio ocorre em duas etapas:
primeira descarga (nuvem para a terra) e
segunda descarga (terra para nuvem).
A descarga de retorno é mais rápida que
a primeira e propaga-se com uma velocidade
aproximada de 30 000 km/seg, e pode atingir
mais de 1.000.000 ampères.
Como veremos mais adiante, o fenômeno
é tão rápido que não podemos perceber
visualmente quando termina uma descarga e
começa a outra, o que nos causa a impressão
de existir apenas uma delas.
Vale a pena lembrar que quando falamos
no sentido de propagação do raio, analisamos
o sentido real da corrente elétrica, que é do
polo negativo para o positivo.
Quando falamos que a corrente circula
do polo positivo para o negativo, estamos
nos referindo ao sentido convencional, que
não se aplica aos raios.
A figura 5 ilustra a forma de onda de um
raio. O intervalo destacado como “frente de
onda” é o responsável pela ação fulminante
do raio, pois além de ocorrer muito rapidamente,
o fenômeno atinge seu valor máximo.
Até a extinção completa do raio (término da
cauda) teremos aproximadamente 200 µs,
que corresponde à duração do raio. Apenas
como comparativo, uma piscada do olho
humano dura em média 100 ms, portanto,
quando damos uma única piscada, há tempo
suficiente para a ocorrência de 500 raios: 1
piscada = 100m/s / 200 µs = 500 raios.
2011 :: Mecatrônica Atual
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