¡Que no te parta un rayo!

¡Que no te parta un rayo!Sobre descargas eléctricas

Alguna vez te has preguntado: ¿qué es un rayo? ¿cómo se forman? ¿siempre que llueve se verán? ¿son peligrosos?En este recurso trataremos de dar respuesta a alguna de estas preguntas y a otras. Te invito a que hagas el recorrido y que te introduzcas en el mundo de la electrostática, las descargas eléctricas y la conductividad de algunos materiales.Hay elementos que son interactivos, haz clic sobre ellos para ver su contenido.

Silvia Pedreira

Índice

Conductores y aislantes

¿En qué condiciones un aislante se vuelve conductor?

Situación problema

¿Cómo se forma un rayo?

¿El aire es conductor?

El aire se vuelve conductor en las tormentas

¿Cómo nos protegemos en una tormenta eléctrica?

Finalizando...

¿Pararrayos o atrae-rayos?

Bibliografía

El edificio de cuatro pisos tomó fuego tras una descarga eléctrica y tiene peligro de derrumbe. Varias ciudades se han visto afectadas por la tormenta que cubre gran arte del territorio y Melo no fue la excepción. En la capital de Cerro Largo, la caída de un rayo provocó un gran incendio en la "Casa de los Artesanos". En este edificio de cuatro pisos, también conocido como el viejo molino Gramón, artistas locales y de otros departamentos exponen sus obras y se dictan distintos talleres. En la tarde del sábado un rayo se descargó en el edificio y provocó un gran incendio. "Sentimos el estruendo, un fuerte trueno y enseguida vimos que apareció humo sobre la planta alta y llamé. Fue alrededor de la hora 17:00..." , dijo Miguel Perdomo vecino del lugar.

Lee la siguiente noticia:

Un rayo causa incendio en la "Casa de los Artesanos" (Ciudad de Melo - 29/09/2018)

Las tormentas eléctricas han generado, desde la antigüedad, curiosidad y preocupación en los seres humanos.

Situación problema

Fuente: (Néstor Araújo, "Un rayo causa incendio en la "Casa de los Artesanos", Cerro Largo, 29 de setiembre de 2018, El País)

Luego de la lectura surgen algunas interrogantes:

• ¿Por qué los rayos pueden causar incendios?

• ¿De qué forma se podría haber evitado el desastre?

• ¿Existe alguna relación entre la altura del edificio y la probabilidad de que el rayo caiga sobre él y no en otro de menor altura?

A continuación, contesta el cuestionario

¿Cómo se forma un rayo?

Visualiza otro video para revisar nuevamente cómo se forma un rayo; está en inglés pero no te preocupes, puedes activar los subtítulos.

Conductores y aislantes

Material conductor

Un material conductor es aquel que permite el pasaje de corriente eléctrica a través de él. Los conductores eléctricos permiten el movimiento de sus cargas eléctricas cuando se aplica un campo eléctrico en ellos. En un circuito eléctrico sencillo, es la batería en general la que crea el campo eléctrico.

Material aislante

Un material aislante es aquel que impide el pasaje de corriente eléctrica a través de él. Los aislantes no tienen cargas eléctricas disponibles a moverse frente a un campo eléctrico.

Con el siguiente simulador podrás comprobar si algunos materiales son conductores o aislantes de la electricidad.

Ingresa para clasificar los materiales usados en el simulador en conductores o aislantes.

¿En qué condiciones un aislante se vuelve conductor?

Como vimos antes, los aislantes (también llamados dieléctricos) son materiales en los cuales no existen cargas libres, los electrones se encuentran fuertemente ligados a los núcleos de sus átomos. Si colocamos un material aislante entre dos placas cargadas:

Fuerza sobre los electrones del material

Se observa que actúa una fuerza sobre los electrones del material, esta fuerza está relacionada con la intensidad del campo eléctrico entre las placas. Si la intensidad del campo no es muy grande, los electrones continuarán unidos al átomo y el aislante sólo sufrirá una polarización.

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¿ Qué ocurre si aumenta la intensidad del campo eléctrico entre las placas?

Si aumenta la intensidad del campo eléctrico entre las placas, el valor de la fuerza también aumenta, hasta que la fuerza será tal que podrá remover uno o más electrones de cada átomo y los convertirá en electrones libres. Con esos electrones libres el material se transforma en conductor eléctrico.

Rigidez dieléctrica de un material

Se denomina rigidez dieléctrica de un material al mayor valor de campo eléctrico que se puede aplicar a un aislante sin que se transforme en conductor. La rigidez dieléctrica depende del material. Cuando a un material se le aplica un campo eléctrico mayor a su rigidez dieléctrica, el material se vuelve conductor. Esto nos va a permitir entender cómo se produce una chispa eléctrica.

¿El aire es conductor?

Al cargar dos placas paralelas con signos opuestos, colocando entre ellas aire, si el campo eléctrico entre las placas es menor a 3.000.000 N/C, el aire entre las placas impedirá el pasaje de cargas de una placa a la otra y se mantendrá aislante.

¿Cómo se puede volver conductor?

Si el campo eléctrico es mayor a la rigidez dieléctrica del aire, éste se vuelve conductor. Las moléculas que lo forman se ionizan y se moverán debido a la fuerza que realiza el campo eléctrico.

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Rayo - descarga eléctrica

Estos iones se mueven al ser atraídos por las placas y se produce la descarga eléctrica de una placa a la otra. Esta descarga eléctrica está formada por una emisión luz y un sonido (llamado chasquido) que se produce por la expansión rápida del aire por el aumento de temperatura que sufre debido a la descarga eléctrica.

Chispa eléctrica entre dos placas paralelas cargadas cuando se supera la rigidez dieléctrica del aire

El aire se vuelve conductor en las tormentas

En los días de tormenta, como se mencionó antes, se genera una polarización de las cargas dentro de las nubes, eso genera la inducción de cargas de signo contrario sobre la superficie terrestre. Así, en el aire que separa la nube de la superficie se genera un campo eléctrico que va aumentando su valor a medida que la separación de cargas en la nube se va haciendo más grande.

¿En qué lugar de la superficie ocurrirá la descarga eléctrica?

Las cargas en la superficie terrestre se ubican preferentemente en las zonas puntiagudas, por lo que en las salientes del terreno habrá mayor cantidad de carga eléctrica acumulada y por lo tanto el valor del campo eléctrico será mayor. Cuando el campo eléctrico supera la rigidez dieléctrica del aire se genera el rayo. La descarga eléctrica se dará por el camino que ofrezca menor resistencia, por eso, es más probable que la descarga se produzca en los lugares elevados de la superficie terrestre, ya que el campo eléctrico es mayor (lugar puntiagudo) y la distancia entre la nube y la superficie es menor. En el video que sigue se puede visualizar que la descarga eléctrica se producirá por el lugar puntiagudo, ya que las cargas se acumulan allí.

¿Pararrayos o atrae-rayos?

¿Qué es un pararrayos y cuál es el objetivo de instalar uno?

Un pararrayos es un dispositivo cuyo objetivo es atraer una descarga eléctrica y conducirla a tierra de forma segura, evitando daños en personas y propiedades. El objetivo principal de estos dispositivos es reducir los daños que puede provocar la caída de un rayo sobre otros elementos que son vulnerables a las descargas eléctricas, por ejemplo, en el sector de las telecomunicaciones, electromecánicas, automatización de procesos y servicios.

Tipos de Pararrayos.

El primer pararrayos fue inventado por Benjamin Franklin en 1753. Actualmente se fabrican diferentes modelos: pararrayos de punta simple, pararrayos multipuntas o pararrayos de punta electrónica. Todos funcionan con el mismo principio físico, ionizar el aire a partir de un campo eléctrico que se genera por la acumulación de cargas que induce la tormenta y que se acumulan en las puntas.

Elementos de un Pararrayos.

La instalación de un pararrayos está compuesta, en general, por tres elementos: un electrodo captador (pararrayos), una varilla a tierra eléctrica y un cable para conducir la corriente del rayo desde el pararrayos a la toma de tierra. El pararrayos consiste en un mástil metálico con un cabezal captador que puede ser en punta, multipuntas, semiesférico o esférico y debe sobresalir por encima de las partes más altas del edificio. El cabezal está unido a la varilla a tierra por medio de un cable de cobre. La varilla de tierra se construye con placas de metal y se colocan enterradas.El radio de protección teórica de un pararrayos es una zona cónica con el vértice en el cabezal, este radio depende del ángulo de apertura de cono.

Mira el video de la instalación de un pararrayos

¿Cómo nos protegemos en una tormenta eléctrica?

Este video te explica algunas medidas de seguridad a tomar frente a una tormenta eléctrica.

Finalizando...

Realiza las siguientes actividades para revisar lo aprendido.

1. Rellena los huecos

2. Contesta el cuestionario

Bibliografía

• Alvarenga, B.; Máximo, A. (1998). Física general. Oxford University. México
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Bibliografía

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Bibliografía