A descrição que segue também é exatamente o que acontece quando usamos um gerador Van de Graaff..
Se você gosta muito de brincar com relâmpagos, um VDG (gerador Van de
Graaff) definitivamente é a forma mais segura para isso e pode
proporcionar horas de diversão. O forte campo elétrico "
quebra"
o ar ao redor da nuvem, permitindo que a corrente flua numa tentativa
de neutralizar a separação de carga. A "quebra" do ar cria um caminho
que provoca um curto-circuito na nuvem/terra como se houvesse uma longa
vara de metal conectando-as. Veja como a "quebra" funciona. Quando
o campo elétrico se torna muito forte (na casa das dezenas de milhares
de volts por centímetro), as condições são perfeitas para o início da
"quebra" do ar. O campo elétrico faz com que o ar ao seu redor se
separe em íons positivos e elétrons, assim o ar fica
ionizado.
Tenha em mente que a ionização não significa que há mais carga negativa
(elétrons) ou positiva (núcleos atômicos positivos/íons positivos) do
que antes. Essa ionização só significa que os elétrons e os íons
positivos estão mais afastados do que estavam em sua estrutura
molecular ou
atomica original. Essencialmente, os elétrons foram retirados da estrutura molecular do ar não ionizado.
A
importância dessa separação/retirada é que os elétrons agora estão
livres para se mover muito mais facilmente do que podiam antes da
separação; então, esse ar ionizado (também conhecido como
plasma)
é muito mais condutivo do que o ar (anteriormente) não ionizado. A
capacidade ou liberdade de movimentação dos elétrons é o que faz que
qualquer material seja um bom condutor de eletricidade. Muitas vezes os
metais são citados como núcleos atômicos positivos cercados por uma
nuvem de elétrons, o que faz de muitos deles bons condutores de
eletricidade. Esses elétrons têm uma mobilidade excelente, o que permite que a
corrente elétricaflua. A ionização do ar ou do gás cria plasma com propriedades
condutivas parecidas com as dos metais. O plasma é a ferramenta que a
natureza tem para neutralizar a separação da carga em um campo
elétrico. Os leitores familiarizados com a reação química do fogo se
lembrarão de que a
oxidação tem um importante papel. A
oxidação é o processo pelo qual um átomo ou uma mólecula perde um
elétron ao se unir com o oxigênio. Resumindo, o átomo ou a molécula é
modificado de um potencial positivo mais baixo para um mais alto.
Bastante interessante, o processo de ionização (que cria o plasma)
também acontece por meio da perda de elétrons. Com essa comparação,
podemos ver o processo de ionização como a "marcação de um caminho"
através do ar para que o relâmpago siga, parecido com cavar um túnel
dentro de uma montanha para que um trem passe. Depois do
processo de ionização, o caminho entre a nuvem e o solo começa a se
formar. A seguir, aprenda sobre "líderes escalonados", ou seja, canais
(caminhos) de ar ionizado.
Líderes escalonados
Uma
vez iniciado o processo de ionização o plasma se forma e o caminho não
é criado instantaneamente. Na realidade, há muitos caminhos separados
de ar ionizado se originando na nuvem. Eles são chamados de "líderes
escalonados".
Foto cedida NASA
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Os
líderes escalonados se
propagam em direção à Terra em etapas, que não têm que resultar numa
linha reta. O ar pode não se ionizar igualmente em todas as direções.
Poeira ou impurezas (qualquer objeto) no ar podem fazer com que o ar se
"quebre" mais facilmente em uma direção, dando melhores condições para
o líder escalonado alcançar a Terra mais rapidamente naquela direção. O
formato do campo elétrico também pode afetar muito o caminho de
ionização. Esse formato depende da localização das partículas
carregadas, que, nesse caso, estão localizadas na parte inferior da
nuvem e na superfície do solo. Se a nuvem for paralela à superfície da
Terra e a área for pequena o bastante para que a curvatura da Terra
seja insignificante, as posições das duas cargas se comportarão como
duas placas paralelas carregadas. As linhas de força (
fluxo elétrico) geradas pela separação de cargas serão perpendiculares à nuvem e à Terra.
Linhas de fluxosempre irradiam perpendicularmente da superfície da carga antes de se
movimentar em direção a seu destino (localização da carga oposta).
Sabendo disso, podemos dizer que, se a superfície inferior da nuvem não
for reta, as linhas de fluxo não serão uniformes. Tente o seguinte:
desenhe dois pontos nas extremidades opostas de uma bola de basquete.
Em seguida, desenhe, na bola, uma linha que conecte os dois pontos. A
curvatura da linha é parecida com as linhas de fluxo de um campo
elétrico não uniforme. A falta da força uniforme pode fazer com que os
líderes escalonados sigam um caminho que não seja uma linha reta até o
solo. Considerando essas possibilidades, fica óbvio que
existem vários fatores que afetam a direção do líder escalonado.
Ensinaram-nos que a menor distância entre dois pontos é uma linha reta,
mas, no caso dos campos elétricos, as linhas de força (linhas de fluxo)
podem não seguir a distância mais curta, uma vez que a distância mais
curta nem sempre representa o caminho de menor resistência. Agora
temos uma nuvem eletricamente carregada com líderes escalonados sempre
crescendo, que se esticam, em estágios, em direção à Terra. Eles são
fracamente iluminados por um brilho púrpuro, e podem surgir outros
líderes em áreas onde os líderes originais se dobram ou viram. Uma vez
iniciado, o líder continuará até que a corrente flua, não interessando
se o líder original vai chegar antes no chão ou não. O líder tem,
basicamente, duas possibilidades: continuar crescendo em etapas de
plasma crescente ou esperar pacientemente em sua atual condição de
plasma até que outro líder atinja um alvo. O líder que
atingir o solo primeiro colhe as recompensas da jornada, formando um
caminho condutivo entre a nuvem e o solo. Esse líder não é a descarga
do relâmpago; ele apenas
mapeia o caminho que aquela descarga
seguirá. A descarga é o fluxo da corrente elétrica bem forte e
repentino, que se move da nuvem para o solo.