Fisica de relmpagos

Scholand e seus colegas na frica do Sul foram os pioneiros em realizar medidas simultneas dos processos de um relmpago, ou seja, eles fotografaram e mediram o campo eltrico de um raio em 1934.

No processo inicial de um relmpago, um raio desce em pequenos caminhos e pra, aps um intervalode tempo pequeno (~ < 1 s) um novo raio se propaga para baixo utilizando o mesmo caminho do raio anterior, e assim se estende mais um pouco. Este processo continua at que o raio chegue ao cho. Este tipo de descarga atmosfrica conhecida como stepped leader ou lder escalonado (passos de ~50-100 m, o tamanho ~ V/750, onde V o potencia kV/m ). Sendo que as ramificaes ocorrem, porm no chegam ao cho. Uma vez que o raio lder escalonado est prximo ao cho (~ 5 50 m) um raio se propaga do cho para o raio (raio conectante), formando o raio de retorno que mais luminoso, sendo que ele conhecido como return stroke ou descarga de retorno.

Analisando a Figure 75, observamos que o campo eltrico diminui a medida que o lder escalonado se aproxima do cho, enquanto que o campo eltrico aumenta se estivermos a uma distncia grande. Quando o raio lder se conecta ao cho e temos uma descarga de retorno, o campo eltrico aumenta rapidamente para valores positivos. Esta configurao implica que as cargas negativas so transportadas para o cho atravs do canal do lder escalonado e as cargas positivas so transportadas para cima quando ocorre a descarga de retorno.

a) Caracteristicas de relmpagos ou flashesFlash uma definio utilizada para caracterizar um evento de relmpago formado pelo lder escalonado, descarga de retorno e descargas sub-sequentes (dart-leader). Sendo que em geral uma flahs pode ter vrias multiplicidades (uma descarga de retorno e vrias descargas sub-sequentes).

90253Carga Transportada (C)

20,20,02Durao do Flash (s)

100403Intervalo de tempo entre as descargas

(ms)

3231Nmero de descargas

MximoMdioMnimo

b) Mecanismos de ruptura na atmosfera (breakdown)

Os raios tem comprimentos da ordem de vrios quilmetros. Se houver uma descarga da nuvem para a terra, uma voltagem grande necessria para haver a ruptura.

Teorias sugerem que as descargas do tipo nuvem terra (NS ou CG) inciam com uma descarga local na nuvem entre os centros de cargas positivas e negativas. Esta descarga serviria ento para dar mobilidade para o centro de cargas negativa, como tambm para o movimento para baixo.

A partir de medidas de laboratrio observou-se o seguinte:

i) O campo eltrico para a ruptura da ordem de 300 kV/m para um campo uniforme em condies atmosfricas de T e P de um sala (30C e 1000 mb). Porm para um campo eltrico no uniforme o campo eltrico muito menor.

ii) os eltrons esto sempre presentes no ar devido aos raios csmicos e radioatividade natual. Quando ocorre a ruptura, esse eltronos so acelerados a uma energia suficiente para produzir a ionizao atravs da coliso com as molculas do ar, sendo que estes eltrons produzidos pela ionizao produzem novos eltrons.

iii) quando os eltrons so produzidos por processos primrios um segundo processo ocorre, o qual mais inonizao ocorre atravs da coliso de ons+ e prtons emitidos pelo ar. Portanto este processo provoca uma avalanche de eltrons durante a ruptura do campo de intensidade.

Alm desse processos so necessrios campos de cargas de espao, as quais aumentam a condutividade da regio.

c) Lider Escalonado

Existem 2 tipos: e . dimetro do canal ~ 1-10 metros (estimado por fotografia) corrente de vrios amperes, o que induz uma corona muito luminosa

d) Descarga de retornoQuando a ponta do lder escalonado carregado negativamente chega ao cho, a carga deste raio transferida rapidamente para o cho.

Portanto um campo eltrico grande criado a partir do ponto B, no qual os eltrons livres se propagam na ponta e avanam na descarga positiva.

Os eltronos se momvem a uma velocidade alta e quando eles se movem criam uma avalanche de eltrons que ioniza e aquece o ar no caminho e deixam para trs um canal altamente ionizado.

Como resultado, um fluxo posivitivo se mover para cima a uma alta taxa de velocidade apesar os ons positivos serem relativamente imveis. Desta forma, eles neutralizam as cargas negativas na regio vaporizada e ramificaes do lider escalonado.

Nessa transferncia de cargas uma energia considervel sobre o ncleo adicionada, logo a temperatura aumenta. Anlises espectrais indicam que o ncle chega a Temperatura de ~ 30.000 K.

Portanto a presso aumenta j que a densidade de massa no pode aumentar apreciavelmente e assim a presso cintica do canal excede a presso do ar. Logo, o canal expande com velocidade super-snicas, produzindo ondas de choque cilindricas as quais eventualmente se tornam um trovo.

e) Lider subsequente

Se as cargas negativas no so transferidas inteiramente durante uma descarga de retorno, o lder subsequente tomar lugar e se propagar no canal anterior do relmpago a partir da nuvem para o o solo.