Responda as seguintes perguntas:
Como a teoria eletrostática explica o acúmulo de cargas nas nuvens e sua descarga em forma de raio?
Como a teoria eletrostática explica o acúmulo de cargas nas nuvens e sua descarga em forma de raio?
Passo 1
O enunciado pede para explicar, à luz da teoria eletrostática, por que as nuvens acumulam cargas elétricas e como essa carga se descarrega em forma de raio. Vamos usar conceitos de separação de cargas por colisões e convecção, campo elétrico gerado, e ruptura dielétrica do ar.
Passo 2
Dentro de nuvens de tempestade há gotículas de água e cristais de gelo em movimento turbulento. Quando essas partículas colidem, ocorre transferência de elétrons: as partículas mais leves (geralmente cristais de gelo) tendem a receber cargas negativas, e as mais pesadas (gotículas maiores) ficam com cargas positivas. Esse processo de “fricção” por colisão e o transporte vertical por correntes convectivas separam sistematicamente as cargas.
Passo 3
Como resultado, a base da nuvem fica carregada negativamente e o topo carregado positivamente, criando um forte campo elétrico
no espaço entre nuvem e solo (ou entre diferentes regiões da própria nuvem). Quanto maior a separação de carga, maior o potencial elétrico
entre esses pontos, seguindo aproximadamente
.
Passo 4
O ar é, normalmente, um isolante até que o módulo do campo elétrico ultrapasse um valor crítico de ruptura dielétrica, da ordem de
V/m. Quando
excede esse limiar localmente, moléculas de ar começam a se ionizar, formando um canal condutor de íons.
Passo 5
A ionização inicial cria um líder escalonado (leader) que se propaga em saltos ionizantes em direção ao solo (ou entre nuvens). Quando esse líder se aproxima de uma região com campo forte, ocorre o retorno rápido de carga (return stroke), produzindo o brilho intenso e o estrondo associado ao raio. Nesse pulso, grande quantidade de carga se desloca em frações de segundo, equalizando temporariamente o potencial e liberando energia eletrostática armazenada.
Resposta
As nuvens se comportam como grandes condensadores onde colisões e correntes de ar separam cargas positivas e negativas. O forte campo elétrico gerado atinge a ruptura dielétrica do ar, promove ionização e forma um canal condutor (líder), seguido por um pulso de retorno que é percebido como o raio.