Las tormentas son extremadamente
complejas y no existe un modelo generalmente
aceptado que pueda ser utilizado para calcular
la corriente liberada por ellas en el circuito
eléctrico global. Un modelo muy difundido supone
una distribución bipolar en la nube, con un
núcleo de cargas positivas en la cima y otro
de negativas en la base. Este modelo es el más
simple pero a la vez el más utilizado a la hora
de explicar el circuito eléctrico global. La
gran mayoría de las nubes que se forman en la
atmósfera se disipan sin producir ni precipitación
ni rayos. Los iones que se mueven rápidamente
dentro de la nube son atrapados por partículas
nubosas más grandes de forma que decrece la
conductividad eléctrica de la nube con respecto
al aire claro que le rodea de forma que la corriente
de buen tiempo queda alterada en las cercanías
de la nube. A medida que la actividad convectiva
en la nube aumenta la electrificación aumenta.
La fuerte electrificación generalmente comienza
con el desarrollo rápido, tanto horizontal como
vertical, de un cúmulo de buen tiempo a un cúmulo
nimbo. Entre la superficie de la tierra y la
nube se produciría un ascenso de cargas positivas
o un descenso de negativas. Por encima de la
nube las tormentas aportarían cargas positivas
que fluyen hacia la ionosfera en forma de una
Corriente de conducción. El rápido incremento
de la conductividad eléctrica con la altura
confina la corriente en una columna vertical
que fluye desde la tormenta hasta la ionosfera.
Parte de estas corrientes ascendentes circulan
influidas por el campo magnético terrestre.
El campo magnético terrestre y la ionosfera
redistribuyen la carga horizontalmente por todo
el globo. Desde la ionosfera la corriente fluye
hacia abajo como Corriente de buen tiempo.
Contribución de las tormentas al circuito
eléctrico global
Aunque como ya se ha dicho el modelo de distribución
de carga en la nube que se aplica en el circuito
eléctrico global es el dipolar, es interesante
mostrar con un poco mas de detalle las corrientes
más importantes que rodean a una nube convectiva,
así como la distribución de carga dentro de
ella.
Corrientes de convección: formadas
por el transporte de partículas cargadas desde
el suelo a la base de la nube.
Corrientes de precipitación:
producidas por el transporte de cargas hacia
el suelo positivas o negativas dependiendo de
la zona de la nube de donde provenga la precipitación.
Corrientes puntuales o de corona:
cargas positivas que liberan los árboles, vegetación
y otros puntos sobre la tierra y que son atraídas
por el núcleo principal de carga negativa de
la nube.
Rayos: descargas eléctricas
producidas por el aumento de la diferencia de
potencial entre dos puntos de la nube o entre
la nube y la superficie de la tierra.
Procesos de generación y separación
de cargas
Es un hecho comprobado que los movimientos verticales
asociados a la escala sinóptica (débiles), normalmente,
no van acompañados de descargas o fenómenos
eléctricos de importancia. Esto es, la precipitación
de tipo estratiforme, no asociada a estructuras
convectivas, es poco proclive a producir estos
fenómenos. Son las fuertes corrientes ascendentes
y descendentes, que tienen lugar en los núcleos
convectivos las que, de alguna manera, producen
la formación y separación de cargas lo suficientemente
intensas como para producir campos y diferencias
de potencial capaces de generar fenómenos eléctricos
significativos. Por otra parte, como la existencia
de los primeros rayos está ligada a la llegada
de la precipitación, líquida y/o sólida, al
suelo (a veces antes) sugiere que, además, las
partículas precipitables juegan un papel destacable
en la generación, permanencia y disipación de
los fenómenos eléctricos. Se ha observado que
la actividad eléctrica más intensa se encuentra
en las nubes convectivas que poseen grandes
desarrollos por encima del nivel de congelación
(tormentas eléctricas en latitudes medias).
La existencia de ciertos tipos de elementos
sólidos contribuye de forma significativa a
la electrificación de la nube. Respecto a los
procesos de generación y separación de cargas
se ha dado un nuevo enfoque a las teorías que
tratan de explicar la electrificación de las
nubes. Ya no se hace una clasificación basándose
en la influencia (teorías inductivas) o no (teorías
no inductivas) del campo eléctrico de buen tiempo.
Estas teorías se basaban en el posible efecto
(o no) del campo eléctrico terrestre, como elemento
fundamental en la generación de cargas. Aunque
en la actualidad no se han abandonado tales
teorías, los modelos o hipótesis que se manejan
son las asociadas al papel de la precipitación
y de la convección.
Corrientes de separación de cargas:
distribuyen las cargas dentro de la nube.
Corrientes de conducción: flujo
de cargas positivas desde la cima de la nube
y la ionosfera. |
Teoría de la Precipitación
En la teoría de la precipitación se parte de
un estado en el que la nube es capaz de producir
gotitas de agua lo suficientemente grandes para
que no puedan ser mantenidas por las corrientes
ascendentes. Por efecto de la gravedad las gotitas
de agua caen interaccionando con las partículas
(sólidas y/o líquidas) de menor tamaño que aún
siguen ascendiendo.
Las colisiones producen una separación de cargas
(parecida a la que ocurre por frotamiento):
las mayores quedan cargadas negativamente y
las pequeñas positivamente. Las corrientes aéreas
y la gravedad tienden a separarlas del lugar
donde se generaron. Algunos autores apuntan
que el choque o colisión pueda ser o no de tipo
selectivo, al estar polarizadas las partículas
mayores. Las dos figuras del apartado siguiente
recogen algunos de los modelos de carga para
partículas polarizadas por el campo eléctrico
E según las ideas de Elster-Geitel y de Wilson
respectivamente.
Teoría de la convección
En los procesos de electrificación por convección
(figura b) no es necesario la presencia de la
precipitación, basta que existan fuertes corrientes
ascendentes que puedan "arrancar" las cargas
positivas que se han acumulado en ciertas zonas
cercanas a la superficie terrestre (debajo de
la nube). Estas corrientes las transportan a
niveles más altos por la rama ascendente, que
se encuentra en el interior de la nube, mientras
que en niveles superiores los rayos cósmicos
ionizan a las moléculas del aire. Las cargas
negativas así generadas son atraídas por las
positivas de la nube formado una especie de
"capa pantalla" a la vez que son transportadas
por las corrientes descendentes de la periferia
hacia abajo. Se forma una especie de dipolo
positivo.
Modelo inductivo de Elster-Geitel
En este modelo inductivo las partículas grandes,
polarizadas, que descienden, chocan con otras
menores. Tras el impacto, la partícula pequeña
queda cargada positivamente y las grandes negativamente.
La cantidad de carga que se puede transferir
en una colisión entre dos gotas que están polarizadas
depende:
Del ángulo de contacto con respecto a la dirección
del campo E.
Del tiempo de contacto.
Del tiempo de relajación de la carga (necesario
para la redistribución de la carga).
De la carga neta de las gotas.
De la magnitud de la polarización de cada una
de las gotas.
Según se puede apreciar en la figura después
de la colisión descendería la gota grande con
un exceso de carga negativa y ascendería (o
descendería más lentamente) la gota más pequeña
con un exceso de carga positiva. Por lo tanto
el campo E se vería reforzado con este mecanismo.
Modelo Inductivo de Wilson
En el modelo inductivo de Wilson (1929), la
captura es selectiva. Las gotitas nubosas más
grandes descienden por efecto de la gravedad
dentro de la nube. En el caso de que las gotitas
cargadas más pequeñas se muevan lentamente,
solamente las cargadas de forma negativa.
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