A Física do cotidiano: O que são raios, relâmpagos e trovões?

Thiago M. Guimarães 

Ghiovani Z. Raniero 

Licenciatura em Física 

Quando vemos uma tempestade quase sempre nos encantamos e nos assustamos com seus belos e perigosos relâmpagos, e isso intrigou a humanidade desde que temos registros históricos. Mas afinal, o que são eles? 

Hoje sabemos que os relâmpagos são descargas de energia elétrica que acontecem na atmosfera e elas ocorrem devido ao acúmulo de cargas elétricas em determinadas regiões, que geralmente são nuvens de tempestade. 

Imagem 01 - Divulgação

Dentro de uma nuvem existe um número gigantesco de gotículas de água e elas estão em constante atrito umas com as outras e com isso trocando cargas elétricas até que uma região da nuvem fique com mais carga elétrica que outra região, então acontece um relâmpago que é o fluxo de cargas elétricas da região com maior concentração de cargas para a região de menor concentração. 

Esse relâmpago pode ter 30.000 ampères de corrente elétrica que é mais que o suficiente para matar uma pessoa, a título de comparação, nossas tomadas tem entre 10 e 20 ampères. Ampère é a unidade de medida que nos diz quanto de carga flui por segundo em um fio ou condutor qualquer. 

Um relâmpago dura em média 160 milisegundos que é mais ou menos o tempo de um piscar de olhos e sua temperatura é de milhares de graus Celsius. Essa alta temperatura, que algumas vezes é maior que a temperatura da superfície do sol, faz o ar se expandir muito rapidamente ao seu redor causando um grande estrondo conhecido como trovão. 

Os relâmpagos possuem várias classificações que servem para especificar onde começam e onde acabam. Temos os que vão de uma parte que está mais carregada que outra da nuvem e são chamados de Intranuvem. Existem aqueles que vão de uma nuvem a outra e são chamados de nuvem-nuvem, outros vão da nuvem para o ar e são chamados de nuvem-ar, existem aqueles que vão da nuvem para o chão e são chamados de nuvem-solo ou solo-nuvem caso façam o caminho contrário, esses dois últimos são conhecidos também como raio. 

Imagem 2:  imagem cedida pelo Dr. M. Sabá (CPTEC-INPE)

Os raios são os tipos de relâmpagos menos recorrentes e correspondem a cerca de 10 a 20% das descargas elétricas numa tempestade. 

As descargas nuvem-solo são divididas em dois grupos: os raios negativos e raios positivos. Como as cargas negativas geralmente se acumulam na base das nuvens, elas estão mais próximas do solo e isso facilita a ocorrência de raios negativos, os quais correspondem a 90% das descargas. Já os raios positivos são menos recorrentes, pois as cargas positivas se encontram na parte superior das nuvens o que dificulta um raio que vá do topo ao solo e por isso correspondem a cerca de 10% das descargas elétricas. 

   

Os raios são necessariamente a passagem de cargas negativas da nuvem para solo, no caso do raio negativo, e do solo para a nuvem no raio positivo. Abaixo temos uma imagem que mostra passo a passo um raio em direção a terra: 

Imagem 03 - Raio passo a passo em direção a terra. Imagem cedida pelo Dr. M Sabá (CPTEC-INP)