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Nov 24, 2023

Desconcertando a los mejores científicos durante 50 años: los físicos resuelven el misterio de un rayo

Por la Universidad de Australia del Sur 23 de diciembre de 2022 Los rayos son un fenómeno natural que ocurre durante las tormentas eléctricas cuando la descarga de electricidad en la atmósfera provoca un destello de luz brillante.

Por Universidad de Australia del Sur 23 de diciembre de 2022

Los rayos son un fenómeno natural que se produce durante las tormentas cuando la descarga de electricidad en la atmósfera provoca un destello de luz brillante. Suele ir acompañado de truenos, que es el sonido que se produce por la expansión del aire rápidamente calentado provocada por la descarga de electricidad. Los rayos son causados ​​por la acumulación de cargas positivas y negativas dentro de una nube o entre una nube y el suelo. Cuando las diferencias en estas cargas se vuelven demasiado grandes, se produce una descarga de electricidad, que puede manifestarse como un rayo.

Cada día caen aproximadamente 8,6 millones de rayos en todo el planeta, cada uno de los cuales se mueve a una velocidad de más de 320.000 kilómetros por hora y genera una enorme cantidad de electricidad.

¿Alguna vez te has preguntado por qué los relámpagos zigzaguean? Los científicos han discutido sobre las razones por las cuales los relámpagos zigzaguean y cómo se relacionan con la nube de tormenta durante los últimos 50 años.

There hasn’t been a definitive explanation until now, with a University of South Australia (UniSA) plasmaPlasma is one of the four fundamental states of matter, along with solid, liquid, and gas. It is an ionized gas consisting of positive ions and free electrons. It was first described by chemist Irving Langmuir in the 1920s." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">físico del plasma que publica un artículo histórico que resuelve ambos misterios.

Dr. John Lowke, former CSIROCSIRO stands for the Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization. It is Australia's national science agency and one of the largest research agencies in the world. CSIRO conducts research in a wide range of fields, including agriculture, health, energy, and the environment, and aims to use its research to create economic, environmental, and social benefits for Australia and the world.<div class="text-gray-400 flex self-end lg:self-center justify-center mt-2 gap-4 lg:gap-1 lg:absolute lg:top-0 lg:translate-x-full lg:right-0 lg:mt-0 lg:pl-2 visible"> </div>" data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">El científico de CSIRO y ahora profesor adjunto de investigación de UniSA, dice que la física de los rayos ha dejado perplejos a las mejores mentes científicas durante décadas.

"Hay algunos libros de texto sobre relámpagos, pero ninguno ha explicado cómo se forman los zig-zags (llamados pasos), por qué la columna eléctricamente conductora que conecta los escalones con la nube permanece oscura y cómo los rayos pueden viajar kilómetros", Dr. Lowke dice.

¿La respuesta? Moléculas de oxígeno metaestables delta singlete.

Básicamente, los rayos ocurren cuando los electrones golpean moléculas de oxígeno con suficiente energía para crear moléculas de oxígeno delta singlete de alta energía. Tras chocar con las moléculas, los electrones “desprendidos” forman un paso altamente conductor –inicialmente luminoso– que redistribuye el campo eléctrico, provocando pasos sucesivos.

La columna conductora que conecta el escalón con la nube permanece oscura cuando los electrones se unen a moléculas de oxígeno neutras, seguido de un desprendimiento inmediato de los electrones por moléculas delta singlete.

¿Porque es esto importante?

"Necesitamos comprender cómo se inician los rayos para poder descubrir cómo proteger mejor los edificios, aviones, rascacielos, iglesias valiosas y personas", dice el Dr. Lowke.

Si bien es raro que los seres humanos sean alcanzados por un rayo, los edificios son alcanzados muchas veces, especialmente los altos y aislados (el Empire State Building es alcanzado unas 25 veces al año).

La solución para proteger estructuras de los rayos sigue siendo la misma durante cientos de años.

Un pararrayos inventado por Benjamin Franklin en 1752 es básicamente un alambre de cerca grueso que se fija a la parte superior de un edificio y se conecta al suelo. Está diseñado para atraer el rayo y poner a tierra la carga eléctrica, evitando que el edificio sufra daños.

"Estas varillas Franklin son necesarias para todos los edificios e iglesias hoy en día, pero el factor incierto es cuántas se necesitan en cada estructura", dice el Dr. Lowke.

También hay cientos de estructuras que actualmente no están protegidas, incluidos los cobertizos de los parques, a menudo hechos de hierro galvanizado y sostenidos por postes de madera.

Esto podría cambiar con las nuevas normas australianas de protección contra rayos que recomiendan que estos techos estén conectados a tierra. El Dr. Lowke fue miembro del comité de Standards Australia y recomendó este cambio.

“Mejorar la protección contra rayos es muy importante ahora debido a los fenómenos meteorológicos más extremos provocados por el cambio climático. Además, si bien el desarrollo de materiales compuestos respetuosos con el medio ambiente en los aviones está mejorando la eficiencia del combustible, estos materiales aumentan significativamente el riesgo de daños causados ​​por rayos, por lo que debemos considerar medidas de protección adicionales.

"Cuanto más sepamos sobre cómo se producen los rayos, mejor informados estaremos a la hora de diseñar nuestro entorno construido", afirma el Dr. Lowke.

Referencia: “Hacia una teoría de los 'líderes escalonados' en los relámpagos” por John J. Lowke y Endre J. Szili, 13 de diciembre de 2022, Journal of Physics D: Applied Physics.DOI: 10.1088/1361-6463/aca103