¿Por qué podemos ver rayos?
El campo eléctrico atmosférico durante una tormenta es significativamente diferente al de un día soleado. La razón de esta diferencia es la acumulación de cargas eléctricas en las nubes de tormenta, que forma la polaridad de las nubes de tormenta, genera rayos y provoca enormes cambios en el campo eléctrico atmosférico. Pero, ¿cómo obtienen electricidad las nubes de tormenta? En otras palabras, ¿cuáles son los procesos físicos en las nubes de tormenta que hacen que se carguen? ¿Por qué se puede acumular tanta carga en las nubes de tormenta y formar una distribución regular? Esta sección responderá a estas preguntas. Como dijimos antes, el proceso macroscópico de formación de las nubes de tormenta y el proceso microfísico en las nubes de tormenta están estrechamente relacionados con la carga de las nubes. Los científicos han realizado una gran cantidad de observaciones y experimentos sobre el mecanismo de carga de las nubes de tormenta y la distribución regular de las cargas, han acumulado una gran cantidad de datos y han propuesto varias explicaciones, algunas de las cuales aún son controvertidas. En resumen, los principales mecanismos de electrificación de las nubes incluyen los siguientes:
A. Hipótesis del "flujo de iones" en la etapa inicial de las nubes convectivas
Siempre hay un gran número de positivos. partículas en la atmósfera iones e iones negativos. En las gotas de agua en la nube, la distribución de carga es desigual: las moléculas más externas están cargadas negativamente, la capa interna está cargada positivamente y la diferencia de potencial entre las capas interna y externa es de aproximadamente 0,25 voltios. Para equilibrar esta diferencia de potencial, las gotas de agua deben absorber "preferentemente" iones negativos en la atmósfera, lo que hace que las gotas de agua se carguen gradualmente de forma negativa. Cuando comienza la convección, la corriente ascendente lleva gradualmente los iones positivos más ligeros a la parte superior de la nube, mientras que las gotas de la nube cargadas negativamente permanecen en la parte inferior porque son más pesadas, provocando la separación de cargas positivas y negativas.
B. Acumulación de carga en nubes frías
Cuando la convección se desarrolla hasta cierto punto y la nube alcanza una altura superior a 0°C, se forman gotas de agua sobreenfriada, partículas de graupel y cristales de hielo. en la nube. Este tipo de nube, que está compuesta por vapor de agua condensado en diferentes fases y tiene una temperatura inferior a 0°C, se llama nube fría. El proceso de formación y acumulación de carga de las nubes frías es el siguiente:
A. Carga por colisión por fricción entre cristales de hielo y partículas de graupel
Las partículas de graupel están compuestas por gotas de agua congelada, de color blanco o negro. De color blanco lechoso, con una estructura más quebradiza. Debido a que las gotas de agua sobreenfriada a menudo chocan con él y liberan calor latente, su temperatura es generalmente más alta que la de los cristales de hielo. Los cristales de hielo contienen una cierta cantidad de iones libres (OH- u OH+), y la cantidad de iones aumenta a medida que aumenta la temperatura. Debido a la diferencia de temperatura entre la parte de contacto entre el graupel y el cristal de hielo, debe haber más iones libres en el extremo de alta temperatura que en el extremo de baja temperatura, por lo que los iones deben migrar desde el extremo de alta temperatura al extremo de baja temperatura. Durante la migración de iones, los iones de hidrógeno más ligeros y cargados positivamente se mueven más rápido, mientras que los iones de hidróxido (OH-) más pesados y cargados negativamente se mueven más lentamente. Por lo tanto, dentro de un cierto período de tiempo, hay un exceso de iones H+ en el extremo frío, lo que resulta en una polarización negativa en el extremo de alta temperatura y una polarización positiva en el extremo de baja temperatura. Cuando los cristales de hielo y las partículas de graupel entran en contacto y se separan, las partículas de graupel de mayor temperatura tienen carga negativa y los cristales de hielo de menor temperatura tienen carga positiva. Bajo la acción de la gravedad y las corrientes ascendentes, los cristales de hielo más ligeros y cargados positivamente se concentran en la parte superior de la nube, mientras que las partículas de neblina más pesadas y cargadas negativamente permanecen en la parte inferior de la nube, provocando que la parte superior de la nube fría se estar cargado positivamente y la parte inferior cargada negativamente.
b.Las gotas de agua sobreenfriada chocan con partículas de graupel para congelarse y generar electricidad.
Hay muchas gotas de agua en la nube que no se congelarán cuando la temperatura sea inferior a 0°C. Estas gotas de agua se denominan gotas de agua sobreenfriada. Las gotas de agua sobreenfriada son inestables. Si lo agitas un poco, se congelará inmediatamente en partículas de hielo. Cuando las gotas de agua sobreenfriada chocan con partículas de graupel, se congelan inmediatamente, lo que se denomina congelación por colisión. Cuando ocurre una colisión, el exterior de la gota de agua sobreenfriada se congela inmediatamente formando una capa de hielo, pero su interior permanece temporalmente líquido. Dado que el calor latente liberado por la congelación externa se transfiere al interior, la temperatura del agua líquida interna sobreenfriada es. mayor que la temperatura de la capa de hielo externa. La diferencia de temperatura hace que las gotas de agua congelada sobreenfriada se carguen positivamente en el exterior y negativamente en el interior. Cuando el interior también se congela, las gotas de la nube se expanden y se dividen, y la piel exterior se rompe en muchos pequeños fragmentos de hielo cargados positivamente, que con el flujo de aire vuelan hacia la parte superior de la nube. La parte central de las gotas congeladas cargadas negativamente se adhiere. las partículas de graupel más pesadas, lo que hace que las partículas de graupel tengan carga negativa y permanezcan en las partes media e inferior de la nube.
C. Las gotas de agua se cargan porque contienen sal diluida.
Además de los dos mecanismos de electrificación de las nubes frías mencionados anteriormente, algunas personas han propuesto que el mecanismo de electrificación se debe a la fina sal contenida en las gotas de agua en la atmósfera. Cuando las gotas de las nubes se congelan, la red cristalina del hielo aloja iones de cloruro negativos (Cl-), pero excluye los iones de sodio positivos (Na+). Por lo tanto, la parte congelada de la gota de agua está cargada negativamente y la superficie exterior no congelada está cargada positivamente (cuando la gota de agua se congela, procede de adentro hacia afuera). Durante el proceso de caída, las partículas de graupel congeladas de las gotas de agua se desprenden de la superficie del agua antes de congelarse, formando muchas pequeñas nubes cargadas positivamente, mientras que la parte central congelada está cargada negativamente. Debido a la separación de la gravedad y las corrientes de aire, las gotas de agua cargadas positivamente son transportadas a la parte superior de la nube, mientras que las partículas de graupel cargadas negativamente permanecen en las partes media e inferior de la nube.
D. Acumulación de carga en nubes cálidas
Algunos de los principales mecanismos de generación de energía de las nubes frías se mencionan anteriormente. En los trópicos, algunas nubes se sitúan por encima de los 0°C, por lo que sólo contienen gotas de agua y ninguna partícula sólida de agua. Estas nubes se denominan nubes cálidas o "nubes de agua". Las nubes cálidas también pueden tener relámpagos. En las nubes de tormenta en latitudes medias, la parte de la nube por debajo de la isoterma de 0°C es la zona cálida de la nube. También se produce un proceso de electrificación en las regiones cálidas de la nube.
Durante el desarrollo de las nubes de tormenta, los mecanismos anteriores pueden desempeñar un papel en diferentes etapas de desarrollo. Sin embargo, el principal mecanismo de electrificación sigue siendo causado por la congelación de gotas de agua. Un gran número de hechos observacionales muestran que las nubes pueden convertirse en nubes de tormenta sólo cuando la cima de la nube presenta una estructura de filamentos fibrosos. Las observaciones aéreas también encontraron que hay una gran cantidad de partículas de nubes compuestas principalmente de hielo, cristales de nieve y partículas de graupel en las nubes de tormenta. La acumulación de una gran cantidad de carga es el mecanismo de carga rápida de las nubes de tormenta solo durante el proceso de crecimiento de las partículas de graupel. , debido a una colisión, puede producirse congelación y fricción.
Extraño rayo.
Los relámpagos se presentan en varias formas: los relámpagos lineales (o en forma de rama) y los relámpagos laminares son los más comunes, y los relámpagos en forma de bola son una forma de relámpago muy rara. Si se distingue con cuidado, también se puede dividir en relámpagos de tiras, relámpagos de cuentas y relámpagos de cohetes. Los relámpagos lineales o dendríticos son una forma de relámpago que la gente ve a menudo. Tiene una luz deslumbrante y una luz muy fina. Todo el relámpago es como una rama que cuelga horizontalmente o hacia abajo, y en el mapa es como un río con muchos afluentes.
La diferencia entre el rayo lineal y otras descargas es que su intensidad de corriente es especialmente grande, alcanzando decenas de miles de amperios de media y hasta 200.000 amperios en algunos casos. Una intensidad de corriente tan alta. Puede destruir y sacudir árboles y, en ocasiones, herir a personas. Cuando entra en contacto con edificios, suele provocar "rayos" e incendios. Los rayos lineales son principalmente una descarga de nube a tierra.
El rayo laminar también es una forma común de rayo. Parecía como si hubiera un destello de luz sobre las nubes. Este tipo de relámpago puede ser la luz de fondo de descargas de chispas invisibles detrás de la nube, o puede ser la luz difusa producida por el relámpago en la nube al ser bloqueado por las gotas de la nube, o puede ser el fenómeno de descargas independientes agrupadas o intermitentes que aparecen. en la parte superior de la nube. Los relámpagos irregulares a menudo ocurren cuando las nubes se debilitan y las precipitaciones tienden a cesar. Es un fenómeno de descarga débil, principalmente en las nubes.
El relámpago en bola es una forma de relámpago muy rara, pero es la más llamativa. Se parece a una bola de fuego, a veces a un crisantemo "hortensia" brillante y floreciente. Tienen aproximadamente el tamaño de una cabeza humana, en ocasiones de varios metros o incluso decenas de metros de diámetro. A veces, un rayo en forma de bola nada lentamente en el aire y, a veces, permanece completamente quieto. A veces emite luz blanca, a veces emite luz rosa parecida a un meteorito. A los relámpagos en forma de bola "le encanta" hacer agujeros. A veces puede entrar en una casa a través de chimeneas, ventanas y grietas, rodear la casa y luego escaparse. Los relámpagos en forma de bola a veces silban y luego desaparecen con un estallido ahogado; a veces simplemente emite un leve crujido y desaparece antes de que te des cuenta. Después de que el rayo desaparece, es posible que queden en el aire algunos vapores de gas malolientes, un poco como el ozono. La historia de vida de los rayos en bola no es larga, desde segundos hasta minutos.
Cinta relámpago. Consta de múltiples descargas consecutivas. Entre cada rayo, debido a la influencia del viento, la trayectoria del rayo se mueve de modo que cada rayo individual está cerca uno del otro, formando una cinta. El ancho del cinturón es de aproximadamente 10 metros. Si este tipo de rayo cae sobre una casa, puede provocar inmediatamente incendios generalizados.
Los relámpagos con cuentas parecen líneas conectadas que se deslizan sobre o a través de las nubes hasta el suelo, o como un collar de perlas brillantes. Algunas personas creen que los rayos de perlas parecen ser una forma de transición del rayo lineal al rayo de bola. Los relámpagos en cuentas a menudo siguen a relámpagos lineales con poca separación de tiempo.
Los rayos de los cohetes son mucho más lentos que otros tipos de rayos y tardan L-1,5 segundos en descargarse por completo. Su actividad es fácil de rastrear y observar a simple vista.
Las personas pueden observar varias formas de relámpagos con sus propios ojos. Sin embargo, para observar los rayos de cerca lo mejor es tomar una foto. Las cámaras de alta velocidad no sólo pueden registrar la forma del rayo, sino también observar su desarrollo. Utilizando algunas cámaras especiales (como las de los teléfonos móviles), también podemos estudiar la estructura de los rayos.
¿El cartel entiende? ~~~~~~~