Carga atmosférica

El planeta Tierra, tercer planeta desde el Sol y quinto en cuanto a tamaño de los nueve planetas principales.
La distancia media de la Tierra al Sol es de 149.503.000 Km. Es el único planeta conocido que tiene vida,
aunque algunos de los otros planetas tienen atmósferas y contienen agua.
La Tierra no es una esfera perfecta, sino que tiene forma de pera. Cálculos basados en las perturbaciones de
las órbitas de los satélites artificiales revelan que la Tierra es una esfera imperfecta porque el ecuador se
engrosa 21 Km; el polo norte está dilatado 10 m y el polo sur está hundido unos 31 metros.
COMPOSICIÓN
Se puede considerar que la Tierra se divide en cinco partes: la primera, la atmósfera, es gaseosa; la segunda, la
hidrosfera, es líquida; la tercera, cuarta y quinta, la litosfera, el manto y el núcleo son sólidas. La atmósfera es
la cubierta gaseosa que rodea el cuerpo sólido del planeta. Aunque tiene un grosor de más de 1.100 Km,
aproximadamente la mitad de su masa se concentra en los 5,6 Km más bajos. La litosfera, compuesta sobre
todo por la fría, rígida y rocosa corteza terrestre, se extiende a profundidades de 100 Km.. La hidrosfera es la
capa de agua que, en forma de océanos, cubre el 70,8% de la superficie de la Tierra. El manto y el núcleo son
el pesado interior de la Tierra y constituyen la mayor parte de su masa.
La hidrosfera se compone principalmente de océanos, pero en sentido estricto comprende todas las superficies
acuáticas del mundo, como mares interiores, lagos, ríos y aguas subterráneas. La profundidad media de los
océanos es de 3.794 m, más de cinco veces la altura media de los continentes. La masa de los océanos es de
1.350.000.000.000.000.000 (1,35 x 1018) toneladas, o el 1/4.400 de la masa total de la Tierra.
Las rocas de la litosfera tienen una densidad media de 2,7 veces la del agua y se componen casi por completo
de 11 elementos, que juntos forman el 99,5% de su masa. El más abundante es el oxígeno (46,60% del total),
seguido por el silicio (27,72%), aluminio (8,13%), hierro (5,0%), calcio (3,63%), sodio (2,83%), potasio
(2,59%), magnesio (2,09%) y titanio, hidrógeno y fósforo (totalizando menos del 1%). Además, aparecen
otros 11 elementos en cantidades del 0,1 al 0,02%. Estos elementos, por orden de abundancia, son: carbón,
manganeso, azufre, bario, cloro, cromo, flúor, circonio, níquel, estroncio y vanadio. Los elementos están
presentes en la litosfera casi por completo en forma de compuestos más que en su estado libre.
La litosfera comprende dos capas (la corteza y el manto superior) que se dividen en unas doce placas
tectónicas rígidas. La corteza misma se divide en dos partes. La corteza siálica o superior, de la que forman
parte los continentes, está constituida por rocas cuya composición química media es similar a la del granito y
cuya densidad relativa es de 2,7. La corteza simática o inferior, que forma la base de las cuencas oceánicas,
está compuesta por rocas ígneas más oscuras y más pesadas como el gabro y el basalto, con una densidad
relativa media aproximada de 3.
La litosfera también incluye el manto superior. Las rocas a estas profundidades tienen una densidad de 3,3. El
manto superior está separado de la corteza por una discontinuidad sísmica, la discontinuidad de Mohorovicic,
y del manto inferior por una zona débil conocida como astenosfera. Las rocas plásticas y parcialmente
fundidas de la astenosfera, de 100 Km. de grosor, permiten a los continentes trasladarse por la superficie
terrestre y a los océanos abrirse y cerrarse.
El denso y pesado interior de la Tierra se divide en una capa gruesa, el manto, que rodea un núcleo esférico
más profundo. El manto se extiende desde la base de la corteza hasta una profundidad de unos 2.900 Km.
Excepto en la zona conocida como astenosfera, es sólido y su densidad, que aumenta con la profundidad,
oscila de 3,3 a 6. El manto superior se compone de hierro y silicatos de magnesio como el olivino y la parte
inferior de una mezcla de óxidos de magnesio, hierro y silicio.
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La investigación sismológica ha demostrado que el núcleo tiene una capa exterior de unos 2.225 Km. de
grosor con una densidad relativa media de 10. Esta capa es probablemente rígida y los estudios demuestran
que su superficie exterior tiene depresiones y picos, y estos últimos se forman donde surge la materia caliente.
Por el contrario, el núcleo interior, cuyo radio es de unos 1.275 Km, es sólido. Se cree que ambas capas del
núcleo se componen en gran parte de hierro con un pequeño porcentaje de níquel y de otros elementos. Las
temperaturas del núcleo interior pueden llegar a los 6.650 0C y se considera que su densidad media es de 13.
FLUIDO TERMICO INTERNO
El núcleo interno irradia continuamente un calor intenso hacia afuera, a través de las diversas capas
concéntricas que forman la porción sólida del planeta. Se cree que la fuente de este calor es la energía liberada
por la desintegración del uranio y otros elementos radiactivos. Las corrientes de convección dentro del manto
trasladan la mayor parte de su energía térmica desde la profundidad de la Tierra a la superficie y son la fuerza
conductora de la deriva de los continentes. El flujo de convección proporciona las rocas calientes y fundidas al
sistema mundial de cadenas montañosas oceánicas y suministra la lava que sale de los volcanes.
EDAD Y ORIGEN DE LA TIERRA
La datación radio métrica ha permitido a los científicos calcular la edad de la Tierra en 4.650 millones de
años. Aunque las piedras más antiguas de la Tierra datadas de esta forma, no tienen más de 4.000 millones de
años, los meteoritos, que se corresponden geológicamente con el núcleo de la Tierra, dan fechas de unos 4.500
millones de años, y la cristalización del núcleo y de los cuerpos precursores de los meteoritos, se cree que ha
ocurrido al mismo tiempo, unos 150 millones de años después de formarse la Tierra y el Sistema Solar.
Después de condensarse a partir del polvo cósmico y del gas mediante la atracción gravitacional, la Tierra
habría sido casi homogénea y relativamente fría. Pero la continuada contracción de estos materiales hizo que
se calentara, calentamiento al que contribuyó la radiactividad de algunos de los elementos más pesados. En la
etapa siguiente de su formación, cuando la Tierra se hizo más caliente, comenzó a fundirse bajo la influencia
de la gravedad. Esto produjo la diferenciación entre la corteza, el manto y el núcleo, con los silicatos más
ligeros moviéndose hacia arriba para formar la corteza y el manto y los elementos más pesados, sobre todo el
hierro y el níquel, sumergiéndose hacia el centro de la Tierra para formar el núcleo. Al mismo tiempo, la
erupción volcánica, provocó la salida de vapores y gases volátiles y ligeros de manto y corteza. Algunos eran
atrapados por la gravedad de la Tierra y formaron la atmósfera primitiva, mientras que el vapor de agua
condensado formó los primeros océanos del mundo.
MAGNETISMO TERRESTRE
El fenómeno del magnetismo terrestre es el resultado del hecho de que toda la Tierra se comporta como un
enorme imán. El físico y filósofo natural inglés William Gilbert fue el primero que señaló esta similitud en
1600, aunque los efectos del magnetismo terrestre se habían utilizado mucho antes en las brújulas primitivas.
POLOS MAGNÉTICOS
Los polos magnéticos de la Tierra no coinciden con los polos geográficos de su eje. El polo norte magnético
se sitúa hoy cerca de la costa oeste de la isla Bathurst en los Territorios del Noroeste en Canadá, casi a 1.290
Km al noroeste de la bahía de Hudson. El polo sur magnético se sitúa hoy en el extremo del continente
antártico en Tierra Adelia, a unos 1.930 Km al noreste de Little America (Pequeña América).
Las posiciones de los polos magnéticos no son constantes y muestran notables cambios de año en año. Las
variaciones en el campo magnético de la Tierra incluyen una variación secular, el cambio en la dirección del
campo provocado por el desplazamiento de los polos. Esta es una variación periódica que se repite después de
960 años. También existe una variación anual más pequeña, al igual que se da una variación diurna, o diaria,
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que sólo es detectable con instrumentos especiales.
TEORÍA DE LA DINAMO
Las mediciones de la variación muestran que todo el campo magnético tiene tendencia a trasladarse hacia el
Oeste a razón de 19 a 24 Km por año. El magnetismo de la Tierra es el resultado de una dinámica más que una
condición pasiva, que sería el caso si el núcleo de hierro de la Tierra estuviera compuesto por materia sólida
magnetizada. El hierro no retiene un magnetismo permanente a temperaturas por encima de los 540 0C, y la
temperatura en el centro de la Tierra puede ascender a los 6.650 0C. La teoría de la dinamo sugiere que el
núcleo de hierro es líquido (excepto en el mismo centro de la Tierra, donde la presión solidifica el núcleo), y
que Las corrientes de convección dentro del núcleo líquido se comportan como Las láminas individuales en
una dinamo, creando de este modo un gigantesco campo magnético. El núcleo sólido interno gira más
despacio que el núcleo exterior, explicándose así el traslado secular hacia el Oeste. La superficie irregular del
núcleo exterior puede ayudar a explicar algunos de los cambios más irregulares en el campo.
INTENSIDAD DEL CAMPO
El estudio de la intensidad del campo magnético de la Tierra es valioso desde el punto de vista de la ciencia
pura y de la ingeniería y también para la prospección geológica de minerales y de fuentes de energía. Las
mediciones de intensidad se hacen con instrumentos llamados magnetómetros, que determinan la intensidad
total del campo y las intensidades en dirección horizontal y vertical. La intensidad del campo magnético de la
Tierra varía en diferentes puntos de su superficie. En las zonas templadas asciende a unos 48 amperios /
metro, de los cuales un tercio se da en dirección horizontal.
PALEOMAGNETISMO
Estudios de antiguas rocas volcánicas muestran que al enfriarse se congelaban con sus minerales orientados en
el campo magnético existente en aquel tiempo. Mediciones mundiales de estos depósitos minerales muestran
que a través del tiempo geológico la orientación del campo magnético se ha desplazado con respecto a los
continentes, aunque se cree que el eje sobre el que gira la Tierra ha sido siempre el mismo. Por ejemplo, el
polo norte magnético hace 500 millones de años estaba al sur de Hawai y durante los siguientes 300 millones
de años el ecuador magnético atravesaba Los Estados Unidos. Para explicar esto, los geólogos creen que
diferentes partes de la corteza exterior de la Tierra se han desplazado poco a poco en distintas direcciones. Si
esto fuera así, los cinturones climáticos habrían seguido siendo los mismos, pero los continentes se habrían
desplazado lentamente por diferentes `paleolatitudes'.
MODIFICACIONES MAGNÉTICAS
Recientes estudios de magnetismo remanente (residual) en rocas y de las anomalías magnéticas de la cuenca
de los océanos han demostrado que el campo magnético de la Tierra ha invertido su polaridad por lo menos
170 veces en los pasados 100 millones de años. El conocimiento de estas modificaciones, datables a partir de
los isótopos radiactivos de las rocas, ha tenido gran influencia en las teorías de la deriva continental y la
extensión de las cuencas oceánicas.
ELECTRICIDAD TERRESTRE
Se conocen tres sistemas eléctricos generados en la Tierra y en la atmósfera por procesos geofísicos naturales.
Uno de ellos está en la atmósfera y otro está dentro de la Tierra, fluyendo paralelo a la superficie. El tercero,
que traslada carga eléctrica entre la atmósfera y la Tierra, fluye en vertical.
La electricidad atmosférica, excepto aquella que se asocia con cargas dentro de una nube y ocasiona el
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relámpago, es el resultado de la ionización de la atmósfera por la radiación solar y a partir del movimiento de
nubes de iones conducidas por mareas atmosféricas. Las mareas atmosféricas se producen por la atracción
gravitacional del Sol y la Luna sobre la atmósfera de la Tierra y, al igual que las mareas oceánicas, suben y
bajan a diario. La ionización y, por consiguiente, la conductividad eléctrica de la atmósfera cercana a la
superficie de la Tierra es baja, pero crece con rapidez al aumentar la altura. Entre los 40 y los 400 Km por
encima de la Tierra, la ionosfera constituye una capa esférica casi perfectamente conductora. La capa refleja
las señales de radio de ciertas longitudes de onda, ya se originen en la Tierra o lleguen a la Tierra desde el
espacio. La ionización de la atmósfera varía mucho, no sólo con la altura sino también con la hora del día y la
latitud.
CORRIENTES DE LA TIERRA
Las comentes de la Tierra constituyen un sistema mundial de ocho circuitos cerrados de corriente eléctrica
distribuidos de una forma bastante uniforme a ambos lados del ecuador, además de una serie de circuitos más
pequeños cerca de los polos. Aunque se ha argumentado que este sistema está ocasionado por los cambios
diarios en la electricidad atmosférica (y esto puede ser cierto para variaciones de periodo corto), es probable
que los orígenes del sistema sean más complejos. El núcleo de la Tierra, que está compuesto por hierro
fundido y níquel, puede conducir electricidad y es comparable con el armazón de un generador eléctrico
gigantesco. Se considera que las corrientes de convección mueven el metal fundido en circuitos relacionados
con el campo magnético de la Tierra y se ven reflejados en el sistema de las corrientes de la Tierra que
producen.
LA CARGA DE LA SUPERFICIE DE LA TIERRA
La superficie de la Tierra tiene carga eléctrica negativa. Aunque la conductividad del aire cerca de la Tierra es
pequeña, el aire no es un aislante perfecto y la carga negativa se consumiría con rapidez si no se repusiera de
alguna forma.
Cuando se han realizado mediciones con buen tiempo, se ha observado que un flujo de electricidad positiva se
mueve hacía abajo desde la atmósfera hacia la Tierra. La causa es la carga negativa de la Tierra, que atrae
iones positivos de la atmósfera. Aunque se ha sugerido que este flujo descendente puede ser contrarrestado
por flujos positivos ascendentes en las regiones polares, la hipótesis preferida hoy es que la carga negativa se
traslada a la Tierra durante las tormentas y que el flujo descendente de comente positiva durante el buen
tiempo se contrarresta con un flujo de regreso de la corriente positiva desde zonas de la Tierra que
experimentan tiempo tormentoso. Se ha comprobado que la carga negativa se traslada a la Tierra desde nubes
de tormenta y la relación en la que las tormentas desarrollan energía eléctrica es suficiente para reponer la
carga de la superficie. Además, la frecuencia de tormentas parece ser mayor durante el día, cuando la carga
negativa aumenta con mayor rapidez.
RAYO CÓSMICOS
Son partículas subatómicas procedentes del espacio exterior que tienen una energía elevada debido a su gran
velocidad. Fueron descubiertos cuando se comprobó que la conductividad eléctrica de la atmósfera terrestre se
debía a la ionización causada por radiaciones de alta energía. El físico estadounidense de origen austriaco
Víctor Franz Hess demostró en 1911 que la ionización atmosférica aumenta con la altitud, y sacó la
conclusión de que la radiación debía proceder del espacio exterior. El descubrimiento de que la intensidad de
radiación depende de la latitud, Implica que las partículas que forman la radiación están eléctricamente
cargadas y son desviadas por el campo magnético terrestre.
PROPIEDADES
Las tres propiedades fundamentales de una partícula de rayos cósmicos son: su carga eléctrica, su masa en
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reposo y su energía. La energía depende de la masa en reposo y la velocidad. Los distintos métodos de
detección de rayos cósmicos proporcionan información sobre una combinación determinada de estas
propiedades. Por ejemplo, el trazado que deja un rayo cósmico en una emulsión fotográfica depende de su
carga y su velocidad; un espectrógrafo de ionización determina su energía. Los distintos detectores se montan
en globos de gran altitud o en vehículos espaciales para efectuar medidas fuera de la atmósfera. Para cada tipo
de partícula, con su correspondiente masa y carga, se determina la cantidad de partículas que llegan según las
distintas energías.
Alrededor del 87% de los rayos cósmicos son protones (núcleos de hidrógeno), y aproximadamente el 12%
son partículas alfa (núcleos de helio). También hay elementos más pesados, pero en cantidades mucho
menores. Por comodidad, los científicos dividen los restantes elementos en ligeros (litio, berilio y boro),
medios (carbono, nitrógeno, oxígeno y flúor) y pesados (todos los demás elementos). Los elementos ligeros
constituyen aproximadamente el 0,25% de los rayos cósmicos. Teniendo en cuenta que estos elementos sólo
representan alrededor de una milmillonésima parte de toda la materia del Universo, se cree que los rayos
cósmicos de elementos ligeros se deben en parte a la fragmentación de rayos cósmicos más pesados al
colisionar con protones, algo que sucede necesariamente al atravesar el espacio interestelar. La abundancia de
elementos ligeros en los rayos cósmicos permite deducir que los rayos atraviesan antes de llegar a la Tierra
una cantidad de materia equivalente a una capa de agua de 4 cm de espesor. Los elementos medios están
presentes en los rayos cósmicos en una proporción aproximadamente 10 veces mayor a la del resto de la
materia del Universo, y en el caso de los elementos pesados el factor es del orden de 100,10 que sugiere que al
menos las fases iniciales de aceleración de los rayos cósmicos hasta las energías observadas se producen en
regiones ricas en elementos pesados.
Las energías de las partículas de los rayos cósmicos se miden en giga electronvoltios (un giga electronvoltio, o
GeV, equivale a mil millones de electronvoltios) por cada protón o neutrón del núcleo. La distribución de las
energías nucleónicas de los rayos cósmicos tiene su máximo en 0,3 GeV, valor que corresponde a una
velocidad de dos tercios de la velocidad de la luz; a energías mayores, la proporción de partículas es menor,
aunque se han detectado indirectamente partículas de hasta 1011 GeV a través de la lluvia de partículas
secundarias que se crea cuando colisionan con núcleos de la atmósfera. En nuestra galaxia, los rayos cósmicos
suponen un promedio de 1 electronvoltio de energía por cada centímetro cúbico de espacio.
Basta un campo magnético extremadamente débil para desviar los rayos cósmicos de una trayectoria
rectilínea; un campo de 3 x 10−6 gauss, como el que se cree que existe en el espacio interestelar, basta para
obligar a un protón de 1 GeV a describir una trayectoria curva con un radio de 10−6 años luz (10 millones de
Km.. Una partícula de 1011 GeV gira con un radio de 105 años luz, aproximadamente el tamaño de la galaxia.
Por tanto, el campo magnético interestelar impide que los rayos cósmicos lleguen a la Tierra directamente
desde su origen, y las direcciones de llegada tienen una distribución isotrópica (independiente de la dirección)
incluso para las energías más altas.
En la década de 1950 se descubrieron ondas de radio procedentes del disco de la Vía Láctea y se interpretaron
como radiación de sincrotrón debida a electrones de alta energía que giran en campos magnéticos
interestelares. La intensidad del componente electrónico de los rayos cósmicos, aproximadamente el 1% de la
intensidad de los protones de la misma energía, coincide con el valor deducido para el espacio interestelar en
general a partir de las ondas de radio antes citadas.
ORIGEN
El origen de los rayos cósmicos sigue sin estar claro. El Sol emite rayos cósmicos de baja energía en los
períodos en que se producen grandes erupciones solares, pero estos fenómenos son demasiado infrecuentes
para explicar la mayor parte de los rayos cósmicos. Tampoco las erupciones de otras estrellas semejantes al
Sol pueden explicar estos rayos. Las explosiones de supernovas son responsables al menos de la aceleración
inicial de gran parte de los rayos cósmicos, ya que los restos de dichas explosiones son potentes fuentes de
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radio, que implican la presencia de electrones de alta energía. A partir de estas observaciones y de la
frecuencia conocida de las supernovas, podría deducirse que estas fuentes proporcionan suficiente energía
para compensar la que nuestra galaxia pierde a través de los rayos cósmicos, aproximadamente 1034 julios
cada segundo. Se cree que los núcleos de los elementos pesados se forman precisamente en las supernovas,
por lo que es comprensible que los rayos cósmicos sean ricos en estos elementos si proceden de ellas.
También se cree que en el espacio interestelar se produce una aceleración adicional como resultado de las
ondas de choque procedentes de las supernovas que se propagan hasta allí. No existen pruebas directas de que
las supernovas contribuyan de forma significativa a los rayos cósmicos. Sin embargo, la teoría sugiere que las
estrellas binarias de rayos X, como Cygnus X−3, pueden ser fuentes de rayos cósmicos. En esos sistemas, una
estrella normal cede masa a su compañera, una estrella de neutrones o un agujero negro.
Los estudios radioastronómicos de otras galaxias muestran que también contienen electrones de alta energía.
Los centros de algunas galaxias emiten ondas de radio con mucha mayor intensidad que la Vía Láctea, lo que
indica que contienen fuentes de partículas de alta energía. No se conoce el mecanismo físico que produce esas
partículas.
DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
Truenos y rayos son impresionantes manifestaciones de la naturaleza. Las civilizaciones ancestrales crearon
diversas leyendas para explicarlos. Los escritos más antiguos los mencionan y las pictografías muestran
imágenes de rayos. El mito más famoso, el de Zeus, padre de los dioses griegos, menciona a los truenos y
relámpagos como herramientas utilizadas para castigar a los seres humanos.
Hasta hace 100 años, sobrevivir a una tormenta eléctrica no ocasionaba mayores daños materiales. Al final del
siglo pasado, ya existía la idea de que los rayos podían damnificar los equipos eléctricos. A partir de la mitad
de este siglo, con la aparición de los semiconductores, los equipos electrónicos se han transformado en piezas
más complejas y delicadas, y extremadamente vulnerables a las consecuencias provocadas por descargas
atmosféricas. Hoy, la descripción de una tormenta puede concluir de la siguiente manera: "Y mi computadora,
el sistema telefónico de mi casa, y los aparatos de televisión y sonido se transformaron en ruinas".
Los eliminadores de sobre tensiones, aparatos destinados a proteger los equipos electrónicos contra daños,
están disponibles en el mercado. Los confiables pueden llegar a ser cien por cien efectivos en la prevención de
daños provocados por descargas de rayos y alteraciones de voltaje de la corriente alternada.
LOS RAYOS
Un rayo es una gigantesca chispa proveniente de la electricidad estática acumulada en las nubes. Complicados
procesos provocan la separación de las cargas eléctricas dentro de las nubes de tormenta. En general, las
cargas eléctricas (los electrones) se acumulan en la parte inferior mientras que− y correlativamente− las cargas
positivas (los protones) se encuentran en la parte superior. El aire del interior de las nubes tiene características
aislantes, con lo cual retiene las cargas eléctricas. Cuando la carga acumulada llega a sobrepasar la capacidad
aislante del aire, salta la chispa bajo la forma de arco voltaico gigantesco, es decir lo que conocemos como
rayo.
Las frecuencias con que aparecen los rayos en las diferentes regiones del mundo son enormes. En los climas
muy fríos hay pocas tormentas, el aire no tiene suficiente humedad para formar nubes. Un parámetro de
medida esta expresado en "días de tormenta por año". En los polos hay menos de un día por año, en los
trópicos llegan a ser de 200 días anuales. Gran parte de América Central y Sud América tienen rayos en más
de cien días al año. En estas áreas los daños provocados por descargas atmosféricas son mucho menores que
en el norte de Europa, con sus 5 a 20 días anuales.
La chispa de un rayo que cae encima de un objeto apoyado en el suelo es muy destructiva debido a su voltaje
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y amperaje. Suele ser superior a los 10 millones de voltios. Para tener una idea de la importancia, en las redes
eléctricas domiciliarias se dispone de 110 y 220 voltios, con una corriente de 15 amperes. En el caso de un
rayo, ésta alcanza de 20 a 100.000 amperes.
En menos de 1/10.000 de segundo se descarga la corriente. En ese tiempo, un automóvil desplazándose a gran
velocidad se movió apenas 3 milímetros. Como el impulso tiene poca duración, los objetos metálicos pesados,
tales como puentes, rieles, cables de potencia, no son damnificados. Sin embargo, los aisladores que impiden
el paso de la electricidad y los cables finos, entre otras cosas, son destruidos por cualquier descarga
atmosférica. Si se tienen en cuenta que basta una tensión eléctrica de 5 a 30 voltios para que ciertos
transistores o circuitos integrados se estropeen y que normalmente ellos son los componentes más vulnerables
de un equipo electrónico, no queda duda alguna del potencial destructivo del rayo.
Los cables de potencia están dimensionados para transportar eficientemente la electricidad a lo largo de
centenares de kilómetros. Un rayo que caiga cerca o encima de un conductor de este tipo o de una línea
telefónica, hará que la corriente estática circule a través de ellos. Debido a la cantidad de electricidad en un
relámpago, aún a 10 kilómetros de distancia puede haber energía suficiente como para arruinar un equipo. Los
cables actúan como si fuesen "colectores de rayos" y luego "transmisores".
MÉTODOS DE PROTECCIÓN
Una simple envoltura metálica protectora anula eficazmente los efectos de un rayo que cae sobre un objeto.
El aviso de "permanezca dentro de su automóvil cuando hay descargas, es correcto. La corriente de un rayo
que caiga encima del circulara a través de su carrocería de acero y "saltara" al suelo por encima de los
neumáticos. El ruido será ensordecedor, pero las personas estarán a salvo.
Proteger los equipos electrónicos es más complicado, ya que están conectados a cables de corriente alternada
y a cables de alimentación de señal como líneas telefónicas o antenas de televisión, por ejemplo. Las
computadoras y teléfonos pueden dañarse a través de la conexión de un módem a la red telefónica, o a través
de los cables que lo unen a la red eléctrica. Un televisor esta en situación semejante, en este caso debido a su
antena. En estos casos, se necesitan dos dispositivos de protección diferentes, uno para la antena y el otro para
la alimentación eléctrica. Y aún falta cuidar de la conexión a tierra, porque ella puede ser deficiente.
Algunos aparatos protectores contra descargas atmosféricas utilizan la conexión a tierra para desviar hacia el
suelo la corriente del rayo y así disipar la carga eléctrica. Hay que tener en cuenta que el suelo no siempre
tiene una buena conductibilidad por un lado, y por otra parte, que el cable de conexión puede ser muy largo.
En áreas de suelos rocosos o muy secos es difícil obtener una buena conexión a tierra. En este caso, parte de la
corriente del rayo entrará en el equipo que puede ser un televisor− por ejemplo−, dañándolo antes de que la
carga salga por el circuito de alimentación eléctrica. La solución consiste en conectar a tierra todos los
aparatos protectores instalados en las entradas de los circuitos de corriente alternada y de señales, tal como
está indicado en los manuales de los mismos. De este modo, el protector deriva la corriente del rayo que entró
por la antena, impidiendo que penetre en el circuito electrónico.
Un caso extremo parecería ser cuando un avión es alcanzado por un rayo, ya que aquel no tiene conexión a
tierra. De todos modos, todos sus componentes electrónicos sobreviven y la nave llega felizmente a buen
puerto.
Sucede que en una aeronave, todos los circuitos electrónicos y antenas están equipados con protectores.
Cualquier aparato electrónico puede ser resguardado mediante protectores que se encuentran fácilmente en el
mercado, los que son de bajo costo y confiables un cien por cien.
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Cabe finalmente tener en cuenta los siguientes principios:
• Los rayos son enormes chispas eléctricas.
• La electricidad vehiculizada por ellos daña cualquier equipo electrónico.
• Estas circunstancias pueden ser evitadas con el uso de protectores de descargas, que eliminan
cualquier exceso de carga eléctrica proveniente de un rayo en forma directa o a través de las líneas de
alimentación eléctrica y de señales.
La protección completa es obtenida cuando todos los cables de alimentación que están conectados a un equipo
tienen un protector individual.
En el apartado sobre la gravedad se ha hablado sobre la importancia de ésta en la estructura mecánica del
universo. Sin embargo, debemos concitar la atención que se trata de la fuerza más débil que conocemos dentro
de las que operan en el cosmos. Ejemplarizando, podemos señalar que la atracción que mantienen los
electrones cerca del núcleo del átomo es, a una misma distancia, 239 mayor que la fuerza de gravedad. Se
trata de la fuerza eléctrica, ante la cual, en igualdad de condiciones, la gravedad no puede competir. En otras
palabras, si las estrellas de neutrones (partículas sin carga eléctrica) fuesen, en cambio, de protones (que si la
tienen), si el Sol y los planetas no fuesen eléctricamente neutros, el universo sería entonces muy distinto,
como si la gravedad no existiese. Describirlo con esas condiciones, el relato sería como el de una de las
mejores novelas de ficción.
Pero aterrizados señalemos que la fuerza de gravedad, pese a su manifiesta debilidad, se inserta
armoniosamente dentro de la estructura mecánica del universo gracias a que las cargas eléctricas positivas y
negativas que cohabitan en cada uno de sus componentes están cuidadosamente balanceadas: hay tantas de las
unas como de las otras. Bastaría que en la materia que nos circunda hubiera un electrón de más por cada mil
millones de protones, para que la Luna dejara de sentir la atracción gravitatoria de la Tierra y se nos escapara
dejando a muchos poetas sin la inspiración que genera el bello satélite. Es la separación de cargas que
trabajosamente se consigue por métodos químicos entre los polos positivo y negativo de las baterías ordinarias
de 1,5 eV. Por su parte, las cosas de mayor tamaño tienen tantos protones como electrones, de modo que la
atracción de unos es compensada por la repulsión de los otros. Las fuerzas se cancelan y el total,
eléctricamente neutro, puede interactuar gravitacionalmente sin problemas.
Un ejemplo natural de carga neta ocurre en la atmósfera. Es posible distinguir una gran, gran diferencia de
potencia eléctrica entre la superficie de la Tierra y la estratosfera, del orden cercano a los 400.000 eV., que es
producido por la separación de cargas. Es tal así ello que, entre el tejado de una casa y el suelo, se halla más
voltaje que en los enchufes hembras donde se conectan las lámparas. Claro está, que ello no implica la
factibilidad de simplemente poder "conectar el televisor al aíre" y ponerse a disfrutar de una película; ¡no! no
es tan simple . Una cosa es tener un voltaje, y otra, poder sacar energía de allí. Del enchufe podemos sacarla
porque hay generadores de electricidad que trabajan, en el otro extremo del alambre, para hacer ello posible.
En cambio en el aire la situación eléctrica es delicada y cambia completamente.
Algunas cosas sí ocurren debido a la acumulación de carga atmosférica, como, por ejemplo, las tormentas
eléctricas. Mientras en un lugar asoleado hay un continuo y lento flujo de cargas positivas (iones) hacia la
Tierra, en otros lugares del planeta hay tempestades y relámpagos que descargan el exceso de carga negativa
también hacia la Tierra, tendiendo a neutralizarla.
La corriente positiva total que se da hacia toda la superficie en que se presenta el fenómeno es de unos 1.800
amperes, similar a la que pasa por unos 2.000 televisores encendidos. Es una corriente que no cesa. Por su
parte, cada rayo transporta en una fracción de segundo hasta unos 10.000 amperes. A pesar de este ir y venir
de carga buscando la neutralidad, en promedio se mantiene un desequilibrio de cargas y la diferencia de
potencial eléctrico que ya mencionamos.
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Para las cosas pequeñas como los átomos, en cambio, el asunto es muy diferente. Cuando en ellos ocurren
desequilibrios de carga, suelen ser muy grandes. Por ejemplo, la sal común está hecha de iones de sodio y de
cloro. Los iones son átomos ordinarios aunque no eléctricamente neutros, porque han perdido o ganado un
electrón. Cada átomo de sodio le cede gentilmente uno de sus 11 electrones a un cloro vecino, quedando
entonces con una carga neta positiva "e" (tiene siempre once protones). Por su parte, el cloro, que era neutro,
al recibir un electrón extra queda con carga neta "−e" (18 electrones en total). Hay un electrón en exceso por
cada 17 protones. En el nivel atómico, la descompensación afecta entonces en un nueve por ciento al sodio y
en un seis por ciento al cloro, un efecto enorme comparado con el que se da en objetos grandes. Con cada
granito de sal tiene en general tantos iones de sodio como de cloro, el total es eléctricamente neutro. Si tuviese
uno en exceso de alguna de las dos especies, por ejemplo, un sodio, la carga sería "e", algo no pequeño para
un átomo aunque sí insignificante para todo un grano macroscópico de materia que contiene quizás mil
trillones de átomos.
La fuerza eléctrica está presente en innumerables fenómenos a los cuales todos podemos llegar a
experimentar. Desde las chispas que se ven cuando se friccionan algunos tipos de alfombras de pisos, o los
rayos que caen a la tierra en las tormentas atmosféricas. Ahora, tal como ya lo señalamos y también, de alguna
manera, ya lo hemos enunciado la fuerza eléctrica es diferente a la gravedad. Cuando hemos hablado que la
fuerza eléctrica comporta cargas de dos clases: positiva y negativa; en ello queda implícito que también es
atrayente y repelente.
Su origen es la carga eléctrica, una propiedad que sólo algunas partículas comportan y otras no. El electrón y
el protón tienen carga eléctrica; el neutrón y el neutrino no la tienen. ¿Por qué? No lo sabemos a ciencia cierta.
Hasta ahora, estamos obligados a aceptar que ello es así y considerarlo como un antecedente para muchas
funciones de nuestro trabajo.
Lo cierto es que los electrones se repelen y en cambio electrones y protones se atraen. En el lenguaje que
hemos inventado para hablar de estas cosas, decimos "cargas de igual signo se repelen, cargas de distinto
signo se atraen". El electrón tiene carga negativa, el protón, positiva. El signo es útil porque al agregar algo
positivo a algo negativo, si son del mismo tamaño se puede obtener cero, número que representa
adecuadamente lo neutro.
A diferencia de la gravedad, que sólo produce atracción, con la fuerza eléctrica se cuenta con atracción y
repulsión. La atracción torna posibles los átomos, ya que los protones en el núcleo atraen a los electrones y así
los atrapan y forman las 92 especies naturales de átomos que existen. Y, con respecto a la repulsión, ésta es
fundamental para darles consistencia a las cosas, incluso a aquellas que nos son más familiares y rutinarias.
INTRODUCCIÓN
Del Descubrimiento De La Corriente Eléctrica Se tiene alguna constancia literaria de que los antiguos griegos
tuvieron alguna idea de la electricidad.
Esos conocimientos estaban referidos especialmente sobre aquellos peces capaces de paralizar a sus víctimas
con un simple contacto, y el propio Aristóteles describe esa capacidad refiriéndose al pez torpedo; pero
seguramente como consecuencia del comportamiento que asumió la humanidad durante los períodos de fines
de la Antigüedad y la Edad Media, el fenómeno se mantuvo dentro del marco de lo enigmático, nada más y
nada menos, que algo como unos dos mil años. Recién, en torno al año 1776, el médico inglés John Walsh
descubrió que tal capacidad es de naturaleza eléctrica. Al disecar un pez torpedo, encontró entre la cabeza y
las branquias, un órgano extraño, el cual después de algunas experimentaciones pudo identificar como el
órgano productor de electricidad del animal.
Truenos y rayos son impresionantes manifestaciones de la naturaleza. Las civilizaciones ancestrales crearon
diversas leyendas para explicarlos. Los escritos más antiguos los mencionan y las pictografías muestran
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imágenes de rayos. El mito más famoso, el de Zeus, padre de los dioses griegos, menciona a los truenos y
relámpagos como herramientas utilizadas para castigar a los seres humanos.
Hasta hace 100 años, sobrevivir a una tormenta eléctrica no ocasionaba mayores daños materiales. Al final del
siglo pasado, ya existía la idea de que los rayos podían damnificar los equipos eléctricos. A partir de la mitad
de este siglo, con la aparición de los semiconductores, los equipos electrónicos se han transformado en piezas
más complejas y delicadas, y extremadamente vulnerables a las consecuencias provocadas por descargas
atmosféricas.
CONCLUSIONES
• Que un rayo es una gigantesca chispa proveniente de la electricidad estática acumulada en las nubes.
• Que La electricidad producida por las cargas atmosféricas dañan cualquier equipo electrónico.
• Que algunos aparatos protectores contra descargas atmosféricas utilizan la conexión a tierra para
desviar hacia el suelo la corriente del rayo y así disipar la carga eléctrica.
• Que la chispa de un rayo que cae encima de un objeto apoyado en el suelo es muy destructiva debido
a su voltaje y amperaje.
• Que La Descarga Eléctrica Atmosférica es como la transferencia de carga eléctrica positiva o
negativa, entre la nube, a tierra y según investigaciones recientes entre nube y ionosfera.
BIBLIOGRAFÍA
• Enciclopedia Microsoft Encarta 2000
• Apuntes encontrados en internet.
ANEXOS
EL RAYO
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POLARIZACIÓN DE LAS NUBES
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