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Rayos

Una de las consecuencias de las muy altas temperaturas que hemos soportado en España este verano es la formación de tormentas y lo más espectacular de ellas son los rayos. Así que aliviemos la sofocante sensación de derretirnos merced a esta desacostumbradamente larga ola de calor estudiando en detalle estos espectáculos de la naturaleza.

Una primera duda que puede asaltarnos es la de rayo o relámpago. En realidad la diferencia es semántica y no física. En el caso del relámpago la corriente no llega a tocar tierra, mientras que en el rayo sí. En ambos casos la ciencia tras el fenómeno es la misma.

Un rayo no es sino una enorme corriente eléctrica. Para hacernos una idea las diferencias de potencial que los mueven son del orden de los miles de millones de voltios, duran de media 30 microsegundos durante los que recorre unos seis kilómetros (aunque debido a cómo se propaga la distancia efectiva que recorre es de una milla de media). La potencia liberada puede en algunos casos ser comparable a una explosión nuclear (gracias a su corta duración, la energía es mucho menor y por ello queman árboles pero no arrasan ciudades).

tormenta de rayos

Como cualquier corriente eléctrica, el rayo se mueve por una diferencia de potencial. Cómo se establecen estas enormes diferencias de voltaje es todavía un tema de debate entre los científicos, pero todas ellas redundan en que la interacción de las distintas partes de una nube, que puede tener en su parte superior cristales de hielo a decenas de grados centígrados bajo cero y en su parte inferior aire saturado de agua a varias decenas de grados positivos. Sea como fuere, en distintos puntos de una nube se acumulan cargas de signo contrario. Las cargas tienden naturalmente a aniquilarse, pero las distancias en la nube se lo impiden. Llega finalmente un punto en que tal es su deseo de recombinarse (los físicos tienen la manía de llamar a esto diferencia de potencial eléctrico) que ionizan el aire con tal de ir las unas al encuentro de las otras. Efectivamente, un rayo está en estado de plasma.

¿Por qué un rayo y no un relámpago? ¿Por qué ir a tierra y no a otra nube? La respuesta a todas estas preguntas es la misma: porque supone el menor esfuerzo. Si pensamos en un electrón como en un carretillero lo entenderemos fácilmente. El pequeño electrón tiene una carretilla que algún desaprensivo ha cargado (negativamente para mayor escarnio) y para deshacerse de esa carga tiene que encontrar dónde entregarla (léase recombinarse con una carga positiva). Los carretilleros tienen ganas de quitarse de cargas y existen varios sitios donde conseguirlo y varios caminos por donde llegar a ellos, midiéndose la dificultad de los mismos como una resistencia. Puede darse el caso que los caminos posibles requieran demasiado esfuerzo y sea preferible quedarse como está uno, pero si al final son muchos y todos están hartos de estar cargados hasta los caminos tremendamente difíciles parecen buenos y si hay que ionizar aire para llegar se ioniza. Pero estos carretilleros no son tontos y no van a subir el Everest si les vale con subir el Aneto, por ello si el esfuerzo es menor para ir a tierra allá irán. Para cerrar esta analogía, las ganas de moverse es el voltaje y el movimiento de los carretilleros la corriente.

diferencias entre rayos y relámpagos

Si los conductores eléctricos (plata, cobre, etc) fueran autopistas, el aire es parecido a un camino sin asfaltar atravesando los Pirineos de punta  apunta. Hay que tener muchas ganas (voltaje) para recorrerlo, entre otras cosas porque antes hay que hacer el camino practicable (ionizarlo). Lógicamente que hacer esto tiene consecuencias, la primera es que los saltos de los electrones generan luz, y la segunda es que tanta brusquedad hace que el aire se caliente y expanda tan rápidamente que se genere una onda de choque, también conocido como trueno. Un último apunte sobre esto, la distancia a la que ha impactado un rayo en el suelo (o ha ocurrido un relámpago) puede estimarse como un kilómetro por cada tres segundos entre la luz y el sonido. Pero es una estimación, ya tuve una discusión interesante, físicamente muy correcta y tremendamente improductiva sobre la exactitud de este método, aunque para andar por casa vale.

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