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Qué son los rayos y cómo se producen

 

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Los rayos son una de las manifestaciones más bellas de la naturaleza, aunque también es uno de los más mortales y peligrosos. Con temperaturas superiores a las de la superficie del Sol y poderosos destellos de luz conocidos como relámpagos, los rayos son toda una lección de ciencia que nos da la naturaleza así como un recordatorio de lo frágiles que somos ante determinados fenómenos de naturales como éste.

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Cuanto más energía térmica (calor) se entrega a un cuerpo su temperatura sube y por ende sus moléculas o átomos constitutivos se mueven cada vez más rápido.

Al estar a menor temepartura se encuentran muy juntos casi sin movimiento, dando como resultado el estado sólido.

Si se les entrega más calor, si bien siguen juntos, comienzan a moverse con mayor libertad, dando como resultado un estado líquido.

A mayor temperatura lo átomos o moléculas se separan completamente entre sí y se mueven con total libertad a cada vez mayor velocidad a con el aumento de la temperatura, dando estado gaseoso.

A miles de grados Celsius de temperatura las moléculas se separan en sus átomos constitutivos y los electrones comienzan a liberarse de sus átomos formándose iones positivos (átomos con menor cantidad de electrones que protones) dando como resultado materia en estado de plasma.

A millones de grados Celsius de temperatura los átomos están totalmente ionizados con los electrones separados de sus protones.

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Cuando se transfiere calor o energía térmica, la misma va de un elemento que se encuentra a mayor temperatura a otro de menor temperatura. O sea que los cuerpos de menor temperatura siempre absorben el calor de los que se encuentran a mayor tempeatura. Los refrigeradores utilizan este fenómeno para enfriar comidas y bebidas: Ofrecen un medio ambiente de baja temperatura que absorbe el calor de las bebidas y comidas, extrae ese calor mediante el llamado ciclo de refrigeración, luego ese calor es absorbido por un líquido que circula por unos tubos en contacto con las paredes internas del refrigerador, que al pasar por la parte trasera del mismo su calor es absorbido por el medio ambiente, por eso si tocan la parte posterior de un refrigerador notarán que está caliente; todo ese calor es la suma de energía térmica absorbida de los alimentos y bebidas que se encuentran dentro.

En los refrigeradores hay un líquido congelante que circula por un tubo que se encuentra en contacto con las paredes internas del refrigerador. Dicho líquido congelante se encuentra a menor temperatura que las comidas y bebidas del refrigerador, por lo que absorbe su energía térmica (calor), aumentando la temperatura del líquido (por absorber la energía térmica de los alimentos) y reduciendo la temperatura del contenido del refrigerador. El tubo en la parte que se encuentra en contacto con la pared cercana a los alimentos sigue una trayectoria en surcos para poder circular por esa zona por mayor tiempo y así como cubrir mayor superficie y lograr absorber más energía térmica.

Por la energía térmica el líquido congelante pasa a estado gaseoso, a continuación pasa por una bomba compresora que comprime al gas y subiendo así la presión del gas y por ende su temperatura (los gases a mayor presión aumentan su temperatura). El gas de alta presión pasa por un radiador que permite que la atmósfera absorba el calor del gas circulante, condensándolo y volviéndolo líquido. Luego el proceso vuelve a comenzar y se repite indefinidamente mientras el refrigerador se encuentre en funcionamiento.

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El ciclo del agua es el proceso por el cual, el agua pasa a través de etapas por los distintos estados de la materia en la tierra y la atmósfera terrestre.

1 y 2 - El agua de los lagos, ríos, charcos de agua, transpiración de plantas y árboles se evapora por acción del calor solar y atmosférico.

3 - El vapor se condensa en forma de nubes a mayores alturas de la atmósfera donde las temperaturas son inferiores.

4 - Luego, por acción del viento dichas nubes viajarán una determinada distancia hasta que por efectos de la gravedad, las gotas formadas por condensación del agua caerán en forma de precipitación sobre ríos, lagos, océanos, montañas, etc, volviendo de esa manera a la tierra.

5 y 6 - El agua que cae sobre montañas se congela en forma de hielos, pero luego al descongelarse desciende por arroyos y ríos hasta lagos y océanos.

7 - Parte del agua que cae sobre la tierra es filtrada en el subsuelo.

8 - El agua filtrada fluye por las napas del subsuelo y es absorbida por las plantas y árboles que luego la liberan en forma de transpiración, comenzando el ciclo nuevamente junto a la evaporación de las aguas de lagos, ríos y océanos.

El agua o humedad de la tierra absorbe el calor del entorno y del sol. Cuando se ha absorbido suficiente calor, algunas de las moléculas del líquido pueden tener suficiente energía para escapar y comenzar a subir por la atmósfera en forma de vapor. Mientras el vapor va ascendiendo cada vez más alto, la temperatura de su entorno, va descendiendo. Finalmente, el vapor pierde suficiente calor -que es entregado al aire circundante- y se termina condensando en forma líquida. La gravedad terrestre hace que el agua líquida caiga de vuelta a la superficie terrestre, completando así el ciclo del agua. También hay que hacer notar que si la temperatura del entorno es suficientemente fría, el vapor puede condensarse y cristalizarse en forma de nieve o agua nieve. Con los cristales de nieve sucederá lo mismo, la gravedad los atraerá y caerán en forma de nieve a la superficie terrestre.

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En una tormenta eléctrica, las nubes están cargadas como si se tratasen de capacitores gigantes en el cielo (para más información sobre qué son los capacitores leer el artículo titulado: Qué son los capacitores). La parte de arriba de la nube está cargada positivamente y la parte de abajo negativamente (para más información acerca de qué son las cargas eléctricas leer: Curso de electrónica). Cómo es que la nube se carga eléctricamente todavía no está bien claro en la comunidad científica, pero la siguiente es una de las causas más probables.

Durante el proceso del ciclo de agua explicado anteriormente, mientras el vapor de agua va ascendiendo y perdiendo temperatura se va concentrando, y la humedad se va acumulando en la atmósfera. Esta acumulación de humedad es lo que vemos como una nube en el cielo. Las nubes pueden contener millones y millones de gotitas de agua y hielo suspendidas en el aire. Mientras el proceso de evaporación y condensación continúa, estas gotitas de agua y hielo de la nube colisionan con más humedad de vapor que viene de abajo en ascenso y que se encuentra a su vez en proceso de condensación según va aumentando su altura. Por otro lado ese vapor de agua en ascenso también puede chocar con las gotitas de agua o agua nieve que van cayendo por efecto de la gravedad tras su condensación o que se encuentran en la parte de abajo de la nube a punto de caer. La importancia que tienen estos choques o colisiones entre el vapor ascendente y las gotitas de agua o agua nieve ya condensadas es que los electrones del vapor son arrancados creando una carga positiva en el mismo que termina ubicándose en la parte de arriba de la nube cuando se detiene su ascenso. Las gotas de agua ya condensadas que se encuentran en la parte de abajo de la nube, a punto de caer en cualquier momento, toman esos electrones y quedan cargados negativamente (los electrones tienen carga negativa, para más información leer: Curso de electrónica).

Esto genera una diferencia de carga entre la parte de arriba y de abajo de la nube, ya que los electrones arrancados del vapor en ascenso, tras chocar con las gotas de agua de la parte de abajo de la nube, saltan a dichas gotas, cargándolas negativamente. Mientras tanto el vapor en ascenso que pierde los electrones, queda cargado positivamente, llevando consigo dicha carga positiva hasta la parte de arriba de la nube, donde su ascenso se detendrá ya que habrá perdido suficiente energía térmica y comenzará su proceso de condensación dentro de la nube. De esa manera la parte de abajo de la nube quedará cargada negativamente y la parte de arriba positivamente.

Además de las colisiones, el efecto de congelamiento de la humedad en ascenso juega un papel importante. Mientras dicha humedad llega a zonas de bajísimas temperaturas en la parte de arriba de la nube y comienza a congelarse, las partes de la misma ya congeladas se cargan negativamente y las partes que todavía son gotitas de agua no congeladas se cargan positivamente. En ese momento de vez en cuando algunas ráfagas de aire internas que van hacia arriba de la nube empujan a las gotitas de agua cargadas positivamente hacia el tope de la nube, mientras que por su propio peso las partes congeladas como cristales de hielo (y cargadas negativamente) caerían hacia la parte de abajo de la nube o continuarían su caída hacia el suelo de la superficie terrestre.

Si se combinan los dos efectos de las colisiones y el congelamiento, y continúa aumentando la diferencia de carga por las millones y millones de gotas que se suman y el continuo proceso de vapor de agua en ascenso, llega un momento que dicha diferencia de carga se hace tan extremadamente grande que si se libera, lo hará soltando una impresionante cantidad de energía acumulada, por su puesto en la forma de un rayo.

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Cuando se genera una diferencia de carga dentro de la nube entre su parte inferior y superior, también se genera un poderoso campo eléctrico a su alrededor. Y al igual que la nube, este campo está cargado negativamente en su parte inferior y positivamente en su parte superior.

La fuerza o intensidad del campo eléctrico es directamente proporcional a la cantidad de diferencia de carga que se genera entre las partes de abajo y arriba de la nube, o sea el número de electrones arrancados del vapor en ascenso que se quedan en la parte de abajo de la nube, dejando con un igual número de déficit de dichos electrones al vapor que ha ascendido a la parte superior de la misma. Mientras los procesos de colisiones y congelamiento continúan y la diferencia de carga entre la parte inferior y superior de la nube aumenta, el campo eléctrico que se genera alrededor se va volviendo más y más intenso; tan intenso, que los electrones de los átomos de la superficie de la tierra son repelidos por la poderosísima carga negativa que se forma en la parte inferior de la nube (recordemos que las cargas iguales se repelen entre sí, mientras que las cargas opuestas se atraen), haciendo que estos electrones de la superficie vayan hacia abajo, ingresando bien en el subsuelo terrestre. Esta gran repulsión de electrones causa que la superficie terrestre quede cargada positivamente.

Todo lo que falta ahora es un camino conductor para hacer que los electrones de la parte inferior de la nube (cargada negativamente por exceso de electrones) se dirijan hacia la superficie terrestre que ha perdido electrones (y cargada positivamente por déficit de electrones), para lograr nuevamente el equilibrio de electrones entre ambas partes.

El poderoso campo eléctrico que se ha formado creará este camino o hilo conductor a través de un proceso llamado ionización del aire.

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Una vez comenzado el proceso de ionización explicado en la sección anterior y que se haya formado el plasma (aire ionizado), el camino por el que transitarán los electrones no se crea instantáneamente. De hecho, usualmente se generan varios senderos separados de aire ionizado que parten desde la nube. Estos senderos o caminos por el que transitarán los electrones se llaman rutas principales de paso.

Las rutas de paso se propagan hacia la tierra en etapas, que no necesariamente terminan formando una línea recta hacia la tierra. El aire no se ioniza de igual manera en todas las direcciones, el polvo u otras impurezas del aire puede que ayuden a que éste se ionice más fácilmente en determinadas direcciones en las que las impurezas o partículas de polvo se encuentran suspendidas, haciendo que la corriente eléctrica llegue más rápido a la tierra por esa ruta principal de paso. Además, la forma de la nube y el campo eléctrico pueden afectar la ruta ionizada. La forma de la ruta también depende de la ubicación de las partículas cargadas, las cuales en este caso se encuentran localizadas en la parte inferior de la nube y en la superficie de la tierra. Si la nube es paralela a la supeficie de la tierra y el área que ocupa es suficientemente pequeña como para que la curvatura terrestre no sea muy notable y por ende insignificante, las dos partes cargadas (la parte inferior de la nube y la superficie terrestre) se comportarán como dos placas paralelas cargadas (como en el caso de los capacitores). Las líneas de fuerza o flujo eléctrico generados por las cargas eléctricas serán perpendiculares a la nube y la tierra.

Las líneas de flujo siempre parten perpendicularmente desde la superficie de la carga eléctrica antes de moverse hacia su destino (la ubicación de la carga opuesta). Sin embargo como la parte inferior de las nubes no son rectas sino que más bien irregulares, las líneas de flujo no serán uniformes. La falta de un fuerza uniforme hará que las rutas principales de paso no seguirán una trayectoria en línea recta a la tierra.

Teniendo en cuenta estas posibilidades, es obvio que hay varios factores que afectan la dirección de la ruta principal de paso. Como bien nos han enseñado en la escuela, la distancia más pequeña entre dos puntos es una línea recta; pero en el caso de campos eléctrico, las líneas de fuerza o de flujo puede que no sigan la distancia más corta, ya que la distancia más corta no es siempre la de menor resistencia eléctrica.

Así que ya se tiene una nube cargada eléctricamente con diferentes rutas de paso armándose en diferentes etapas hacia abajo y siguiendo distintas direcciones. Las rutas de paso tienen un brillo tenue tirando a color púrpura. De cada una de estas rutas de paso pueden brotar otras nuevas. Las rutas de paso permanecerán hasta que la corriente fluya, independientemente de que se trate de la ruta que ha llegado ha tocar el suelo primero o no. Para cada ruta de paso que se forma hay dos posibilidades, una es continuar creciendo en etapas o esperar en su forma actual hasta que otra ruta haya tocado la meta primero, o sea el suelo.

La ruta de paso que llegue primero al suelo, es la que se convertirá en el puente conductivo que permitirá que los electrones sobrantes de la parte inferior de la nube se trasladen al suelo cargado positivamente y llenen los espacios de electrones faltantes en los átomos de la superficie en la tierra.

Hay que dejar bien claro que la ruta de paso no es el rayo en sí, sino que se trata del camino por el que el rayo pasará. El rayo propiamente dicho es el repentino e instantáneo flujo de electrones que se mueven desde la parte inferior de la nube al suelo; cuya energía es tan alta que genera un poderoso destello lumínico. O sea que el rayo es literalmente la descarga eléctrica o paso de los electrones de la zona cargada negativamente a la que está cargada positivamente.

Ya vimos lo que sucede en la nube y el aire antes de liberarse el rayo con su gran descarga eléctrica. A continuación veremos lo que sucede en la superficie de la tierra y los objetos que se encuentran allí (edificios, automóviles, árboles, personas, etc).

Mientras las rutas de paso se van acercando a la tierra, los objetos de la superficie comienzan a responder al poderoso campo eléctrico. Los objetos de la superficie comienzan a desarrollar, por su parte, corrientes positivas (de carga positiva) que se dirigen hacia arriba. Estas corrientes también tienen un color algo púrpura. El cuerpo humano también puede producir este tipo de corrientes positivas cuando se exponen a un poderoso campo eléctrico como el de la nube en una tormenta. De hecho cualquier objeto de la superficie es potencialmente capaz de generar estas corrientes positivas. Estas corrientes positivas se generan por la poderosa fuerza de atracción generada por los electrones que se encuentran en la parte inferior de la nube, haciendo que algunos átomos cargados positivamente (por déficit de electrones) de la superficie comiencen a enfilarse hacia arriba, formando una pequeña (a comparación con la ruta de paso que viene de arriba) columna irregular que se dirige hacia arriba. Sin embargo estas corrientes positivas no suben demasiado alto, ya que las encargadas de juntar a la nube con la superficie son la rutas de paso descritas en la sección anterior. Por lo que las corrientes positivas se extienden un poco, esperando a que una ruta de paso entre en contacto con alguna de ellas.

A continuación lo que ocurre es el encuentro de una de las rutas de paso con una de las corrientes positivas. La corriente positiva alcanzada por la ruta de paso que llega primero a la superficie no es necesariamente la corriente más alta y cercana a la nube. Es necesario aclarar que es muy común que los rayos golpeen el piso incluso si en la zona hay un árbol o un poste de luz o cualquier otro objeto de altura. Esto sucede porque las rutas de paso no tienen forma de línea recta, por lo que también pueden terminar aterrizando en el piso en lugar de golpear un objeto más alto.

Luego de que la ruta de paso y la corriente positiva se juntan, el aire ionizado completa el puente, dejando un sendero o hilo conductor de aire ionizado que va de la nube hasta la tierra. Con el hilo o puente conductor completo, la corriente eléctrica (electrones) circulan de la nube a la tierra. La descarga eléctrica de electrones de más moviéndose hacia los átomos del suelo con déficit electrones es la manera que tiene la naturaleza de equilibrar la diferencia de carga entre la parte inferior de la nube y la superficie terrestre. Ese fluir de electrones es una descarga eléctrica y esa descarga eléctrica es el rayo propiamente dicho.

Cada vez que hay corriente eléctrica circulando (o sea electrones moviéndose de la carga negativa a la positiva) se genera calor o energía térmica. La energía eléctrica y cinética (energía de movimiento) de los electrones se transforman en energía térmica (calor). Dado que en un rayo la cantidad de electrones y su energía asociada es mucho mayor, la energía térmica o calor generado es muchísimo mayor. De hecho los rayos tienen mayor temperatura que la superficie del Sol. Este enorme calor es lo que genera la luz brillante blanco-azulada que se ve cada vez hay un rayo. Ese mismo calor es lo que genera la energía lumínica del rayo.

Como ya sabrán, la energía no se crea ni desaparece, simplemente se transforma de un tipo de energía a otra, por lo tanto la energía eléctrica de los electrones circulando se transforma en energía térmica que a su vez provoca que los electrones de los átomos de aire que se encuentran alrededor del rayo absorban esa energía térmica y la manifiesten en forma de energía lumínica (luz); generando así el brillante destello que marca la ruta o camino que siguen los electrones que se dirigen de la parte inferior de la nube al suelo. La cantidad de energía siempre es la misma, lo único que varía es su tipo.

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Electrones fluyendo entre la parte de la nube cargada negativamente y la tierra carga positivamente.

Cortesía de noaa.gov

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  • Rayo nube a tierra: El segundo tipo de rayo más común. Estos rayos ya fueron descritos anteriormente. Son los más peligrosos para los seres humanos, ya que golpean la tierra, generando daños.
  • Rayo nube a nube: Se trata del tipo de rayo más común y físicamente funciona igual al anterior tipo, sólo que viaja de una nube a otra nube cercana, viajando desde la parte cargada negativamente de la primera nube a la parte cargada positivamente de la segunda nube. El rayo por lo general se origina en la parte inferior, cargada negativamente, de la primera nube y finaliza en la parte superior, cargada positivamente, de la segunda nube. También puede ocurrir dentro de la misma nube entre secciones con cargas opuestas, con el rayo partiendo de la parte de la nube cargada negativamente a la parte cargada positivamente. Los rayos que ocurren entre dos nubes se denominan rayos internube mientras que los que se dan dentro de una misma nube se denominan rayos intranube.

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  • Rayo nube a tierra: El segundo tipo de rayo más común. Estos rayos ya fueron descritos anteriormente. Son los más peligrosos para los seres humanos, ya que golpean la tierra, generando daños.
  • Rayo nube a nube: Se trata del tipo de rayo más común y físicamente funciona igual al anterior tipo, sólo que viaja de una nube a otra nube cercana, viajando desde la parte cargada negativamente de la primera nube a la parte cargada positivamente de la segunda nube. El rayo por lo general se origina en la parte inferior, cargada negativamente, de la primera nube y finaliza en la parte superior, cargada positivamente, de la segunda nube. También puede ocurrir dentro de la misma nube entre secciones con cargas opuestas, con el rayo partiendo de la parte de la nube cargada negativamente a la parte cargada positivamente. Los rayos que ocurren entre dos nubes se denominan rayos internube mientras que los que se dan dentro de una misma nube se denominan rayos intranube.
  • Rayo tierra a nube: Iguales que los anteriores con excepción de que la descarga se da entre la tierra y una nube cumulonimbus. Es mucho menos usual que el anterior tipo de rayo, ocurriendo raras veces, y sucede cuando un cuerpo grande u objeto en la tierra se carga negativamente y dichos electrones o iones cargados negativamente (átomos con exceso de electrones o mayor cantidad de electrones negativos que protones positivos) son atraídos por iones cargados positivamente en una nube.
  • Duendes rojos: Ocurren por encima de las nubes de tormentas luego de darse un poderoso rayo nube a tierra. Los relámpagos débiles o destellos de luz débiles del rayo se esparcen hacia arriba alcanzando la estratósfera, a unos 95 kilómetros de altura. Tienen forma de tubo o medusa con tenues colgantes azules o zarcillos por debajo. Cuando llegan a su punto más alto, pueden generar rayos en forma de disco que se denominan aureolas de duendes o elfos. Son rojos porque al ionizarse el nitrógeno (que es el gas que más abunda en la atmósfera) emite luces de ese color. La duración de los duendes rojos es de tan sólo milésimas de segundo.
  • Jets azules: Arrancan de la parte superior de la nube cargada eléctricamente. De forma algo cónica van abriendo hasta desvanecerse a unos 40 kilómetros de altura en la estratósfera. Tienen una duración aproximada de dos décimas de segundo.
  • Rayos globulares o en forma de bola: Este tipo de rayos es extremadamente raro, son de color amarillento, tienen forma esferoidal u ovoidal y suelen flotar en el aire moviéndose lentamente. Sus dimensiones varían entre los 3 y 30 centímetros. Se trata de cargas eléctricas que pueden moverse aleatoriamente y otras veces son atraídas por algún objeto. Luego de varios segundos puede disiparse, ser absorbido por algún objeto o incluso explotar. Se trata de un fenómeno bastante difícil de explicar y hay varias hipótesis al respecto. Una de ellas es la que intenta explicar la duración de los mismos, la cual posiblemente es causada por una combinación química lenta que libera energía térmica la cual termina convirtiéndose en energía lumínica que alimenta el brillo. Estos rayos globulares pueden causar daños físicos quemando lo que encuentran a su paso.

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Los pararrayos fueron desarrollado por Benjamin Franklin. Un pararrayos es un artefacto muy sencillo. Se trata de una barra de metal con punta, y que se encuentra instalada en el techo de un edificio. Debe tener un diámetro de aproximadamente 2 o 3 centímetros y se conecta a un cable o alambre de cobre o aluminio de también unos 2 o 3 centímetros de diámetro. El cable o alambre se dirige hasta una varilla conductora que se encuentra bajo tierra.

Mucha gente piensa que los pararrayos atraen a los rayos, aunque lo correcto sería decir que los pararrayos ofrecen un medio conductor de baja resistencia a tierra, que puede ser utilizado para conducir las enormes corrientes eléctricas de los rayos. Si hay un rayo, el sistema de pararrayos intentará conducir la dañina corriente eléctrica liberada fuera de la estructura edilicia hasta la tierra debajo de la superficie para evitar daños en las estructuras y objetos cercanos. El sistema de pararrayos tiene la capacidad de soportar la enorme cantidad de corriente eléctrica liberada por el rayo. Si el rayo golpeara o entrara en contacto con un material o cuerpo que no es buen conductor eléctrico, dicho material o cuerpo se calentaría rápidamente sufriendo un terrible daño causado por la altísima temperatura. Por lo tanto como el pararrayos es un excelente conductor eléctrico que transporta a la poderosa corriente eléctrica hasta bajo tierra, se evitan daños causados por la gran cantidad de energía térmica (calor) desatada por el rayo.

Hay veces en que un rayo puede saltar al golpear en un sitio. Esto ocurre porque una vez que haya golpeado un determinado punto u objeto, el rayo puede encontrar cerca a su alrededor algún otro objeto de menor resistencia eléctrica (mejor conductor) que permita conducirlo con mayor eficiencia hasta la tierra cargada positivamente. Por ejemplo si el rayo se dirige hacia un objeto cercano a un pararrayos (excelente conductor a tierra), gracias a su baja resistencia eléctrica y conexión directa a tierra, al acercarse dicho rayo al objeto hay mayores probabilidades de que el rayo se desvíe hacia el pararrayos antes de golpear al objeto o por lo menos que salte hacia el pararrayos luego de golpear al objeto disminuyendo de esa manera las posibilidades de que cause más daños.

Por lo tanto, el propósito de los pararrayos no es el de atraer rayos, sino que el de proveer una opción alternativa más segura para que el rayo elija al momento de golpear, disminuyendo las probabilidades de que golpee algún objeto, persona o estructura cercana al mismo.

Si por ejemplo la estructura que se desea proteger se encuentra en una zona abierta y plana, se debe instalar un sistema que cuente con un pararrayos muy alto. Efectivamente, este pararrayos tiene que ser más alto que la estructura que se quiere proteger. Si la zona se encuentra dentro de un fuerte campo eléctrico provocado por una tormenta eléctrica, el pararrayos enviará corrientes positivas (ya explicadas en una sección anterior) hacia arriba, aumentando las probabilidades de que la ruta de paso principal proveniente de la nube se junte con este canal de corrientes positivas que parte desde el pararrayos, en lugar de hacerlo con las que provienen de otros objetos de la tierra, incluyendo la estructura a proteger. Si bien no es infalible y los rayos no siempre se dirigen hacia el pararrayos, hay mayores probabilidades de que se desacargue en el pararrayos que en la estructura, por lo que aumenta considerablemente el nivel de protección de la estructura ante posibles descargas eléctricas provocadas por rayos.
 
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Cuando se frotan los pies en la alfombra y luego se toca un picaporte metálico en la puerta, se experimenta un pequeño sacudón eléctrico en la mano, esto se trata de electricidad estática. Como ya se explicó antes los rayos son lo mismo, pero en una escala muchísimo mayor, de hecho tienen tanta energía que son tres veces más calientes que la superficie del sol y podrían entregar energía suficiente para mantener una lámpara o bombilla de luz eléctrica de 100 watts durante tres meses.

Son pocas las personas que han sido testigos de los rayos globulares flotando en el aire a través de las paredes, destruyendo objetos e incluso matando a personas. Hay anécdotas acerca de este extraño tipo de rayo que llegan a nosotros incluso desde el medioevo. Sin embargo ningún caso quedó registrado fidedignamente hasta el siglo XVIII (años 1700s) cuando el investigador Georg Richmann murió por lo que se piensa fue un rayo globular o esférico.

Quizás uno de los avistamientos de rayos globulares más famosos es el del joven Zar Nicolás de Rusia, nieto del Zar Alejandro II, quien fue testigo de la aparición de un rayo globular durante una misa en el siglo XIX. Sin embargo la gente seguía dudando de su naturaleza. Muchos no estaban seguros de que fueran rayos, otros pensaban que podrían ser fenómenos de fuera de este mundo. Las dudas comenzaron a desvanecerse en 1963 cuando un grupo de científicos que volaba de la Ciudad de Nueva York a Washington DC, fueron testigos de una bola de luz que flotaba por el pasillo del avión y desapareció al traspasar la parte trasera del avión. Luego de haber visto este fenómeno comenzaron a investigar al respecto.

Los rayos globulares se manifiestan como bolas esféricas brillantes que ocurren durante tormentas eléctricas, por lo general luego de que un rayo descarga su energía. Estas bolas esféricas flotantes brillan como bombillas eléctricas de 100 watts, y pueden tener un color blanco, amarillo, naranja, rojo o azul, y por lo general tienen el tamaño de una uva aunque hay unos pocos testimonios que describen bolas de hasta 30 centímetros.

De la bola incandescente salen unos pequeños rizos o salientes que dan la sensación que mueven a la esfera como si se tratase que está siendo controlada por un marionetista con espasmos. Se mueven despacio y aleatoriamente, son seguidos por estelas de humo que forman espirales alrededor. Por último, luego de algunos segundos desaparecen.

A pesar de no haber una clara explicación científica de su naturaleza hay algunas hipótesis al respecto.

A lo largo de la historia hubo todo tipo de hipótesis sobre cuál sería la causa de los rayos globulares, desde radiación de ondas electromagnéticas detenidas hasta nubes de plasma. Las explicaciones más extremas sugerían incluso mini agujeros negros creados durante el big bang o incluso hablaban de presencias extraterrestres. Aunque no hay ninguna teoría confirmada todavía, la más plausible es aquella que tiene al elemento químico silicio como protagonista.

Esta teoría habla de que posiblemente se trate de una reacción química de partículas de silicio quemándose o entrando en combustión en el aire.

Cuando un rayo golpea en el suelo, el silicio presente ahí se combina con el oxígeno y el carbono, convirtiéndose en vapor de silicio puro. Al enfriarse el vapor, el silicio se condensa en forma de polvo fino. Las partículas de este polvo fino se atraen unas a otras por acción de la carga eléctrica creada por el rayo, por lo que se juntan formando una bola o esfera.

El brillo y el calor provienen del la energía química liberada durante la reacción del silicio con el oxígeno del aire. Una vez que todo el silicio se haya quemado o reaccionado con el oxígeno, la bola de luz desaparece.

Esta teoría sugiere que otros elementos, como el aluminio y el hierro también involucrados pueden causar que estas esferas hayan sido muchas veces avistadas cerca de postes de energía eléctrica o de luz, filtros eléctricos y otros objetos con carga eléctrica.

Los científicos han realizado experimentos con silicio bajo la influencia de arcos eléctricos de alto voltaje. Aplicando unos 140 amperes de electricidad al silicio, el cual se vaporiza produciendo a veces bolas de luz del tamaño de una bola de golf.

Lo que todavía no se ha podido explicar bien es la razón de que puedan flotar a través de las paredes, por lo que la investigación continúa.

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Los científicos han realizado experimentos con silicio bajo la influencia de arcos eléctricos de alto voltaje. Aplicando unos 140 amperes de electricidad al silicio, el cual se vaporiza produciendo a veces bolas de luz del tamaño de una bola de golf.

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