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lunes, 26 de diciembre de 2011

EL DESCUBRIMIENTO DEL PARARRAYOS

En el siglo XVIII las máquinas electrostáticas eran motivo de diversión, dado que permitían obtener chispas a partir del rozamiento de un trapo sobre una rueda. Así el abad Nollet electrizó a toda una congregación de Chartreux que se cogían de la mano formando una cadena; saltaron todos a la vez en el momento de recibir la descarga eléctrica. El citado abad y otros físicos habían pensado con razón en la analogía entre los rayos y las chispas eléctricas. En el año 1750, Franklin aportó pruebas suplementarias y dejó escrito el concepto del pararrayos. El francés Dalibard pudo obtener chispas eléctricas de un mástil metálico, que no estaba unido al suelo, el 10 de mayo de 1752: Fué la primera experiencia y el primer herido por una descarga. Richmann tuvo menos suerte en San Petersburgo en 1753, pues se aproximó excesivamente al mástil y murió fulminado por el rayo.

La inconsciencia fué aún más lejos con las cometas que Franklin, en Estados Unidos, elevó bajo los cumulonimbos. Se logró obtener del extremo del hilo de cobre ligado a la cometa descargas de tres metros de largo y 3 centímetros de ancho, con un ruido propio de un pistoletazo. El francés De Romas, lo consiguió con el mínimo daño y fué solamente tirado al suelo por una descarga manifestando "movimientos convulsivos".

En 1770 los pararrayos comenzaron a implementarse realmente, pero no fué tan simple. Algunos vecinos querían destruirlos por miedo a que atrayesen los rayos sobre las poblaciones, mientras que otros, más puritanos, afirmaban que era una blasfemia modificar la voluntad de Dios.

El principio del pararrayos

La eficacia de los pararrayos y la explicación del Fuego de San Telmo se encuentran en el famoso efecto de las puntas, muy conocido entre los especialistas de electrostática. La parte más alta de un edificio está al mismo potencial eléctrico (tensión) que el suelo; se dice que está unido a tierra. A modo de referencia se le asigna un potencial cero. En situación de tormenta, el potencial eléctrico a 100 metros de altura es de, por ejemplo, un millón de voltios. La superficie de potencial de 500000 voltios es intermedia. El campo eléctrico es más fuerte allí donde las superficies equipotenciales están más apretadas, es decir, por encima de la punta.

Por encima de la iglesia las superficies de potencial están muy apretadas y la capacidad aislante del aire se ve superada, pudiéndose formar chispas sobre la punta del pararrayos. Dichas chispas, en circunstancias favorables, son las precursoras de la descarga de un rayo.

En ésa zona el campo se multiplica por más de 1000. La capacidad aislante límite del aire se ve comprometida y surgen chispas de las puntas de los objetos metálicos (pararrayos o mástiles en los buques). Es el Fuego de San Telmo, precursor de la descarga del rayo, denominado así porque los marinos se encomendaban a éste santo al ver aparecer sobre las puntas de los mástiles unas pequeñas llamas de color azulado, junto a un sonido crepitante.

A través de las puntas de los pararrayos los electrones pueden trasladarse fácilmente; éste fenómeno es conocido como "viento eléctrico". Dichas partículas van desde la carga negativa de la nube que está encima y dejan las cargas positivas en la punta del pararrayos, las cuales adquieren tal fuerza y cohesión que ionizan el aire que las rodea. A diferencia de las cargas de la punta, las del aire ionizado pueden ascender hasta la nube, rechazadas por las cargas positivas que quedan detrás del pararrayos y atraídas por las negativas situadas en la base del cumulonimbo. Por lo tanto, si el rayo se produjera en ése momento, recorrería el camino más corto y fácil que es el que conduce al pararrayos. Como éste está conectado al suelo, el rayo, al tocar la punta metálica, se descarga hacia tierra a través de un grueso cable sin causar daños.

Otra característica del pararrayos estriba en la producción del viento eléctrico del que habíamos hablado anteriormente. Los electrones que se desprenden del pararrayos ascienden hacia la nube formando dicho fenómeno. Si logran alcanzar la nube, neutralizan su carga negativa y por lo tanto impiden que descienda la chispa eléctrica.

La protección del pararrayos

A diferencia de lo que mucha gente cree, un pararrayos ofrece un campo limitado de seguridad, por lo tanto no abarca grandes extensiones.

Un pararrayos clásico protege una zona comprendida en un espacio cónico cuyo vértice es la punta del aparato. Los conos protegidos se clasifican en primero, segundo y tercer grado, según que el radio de cobertura (radio de la base circular) sea igual a la altura, al doble de la altura o al cuádruple de la altura del vértice sobre la base, respectivamente.

La protección de un pararrayos está ligada a la altura a la que esté instalado y al radio de la base, formando un cono
La detección de los rayos

Existen algunos métodos de detección de las descargas eléctricas, desde los más caseros hasta los más sofisticados.

En los receptores de radio, sintonizados en una banda en la que no emita ninguna emisora, se escuchan unos chasquidos característicos cada vez que salta una chispa. Las ondas largas permiten detectar una tormenta a varios centenares de kilómetros de distancia.

Entre la chispa del rayo y el sonido del trueno existe un periodo de tiempo variable. Este depende de la distancia a la que se ha producido la descarga, ya que la luz es mucho más veloz que el sonido. Una sencilla operación permite calcular, aproximadamente, la distancia a la que se ha originado el rayo: Se multiplican los segundos que median entre la chispa y el primer sonido del trueno por 340 (la velocidad del sonido); el resultado es la distancia, en kilómetros, a la que se ha producido la descarga. Esta misma operación sirve para saber qué distancia ha recorrido un rayo, si en vez de los segundos que transcurren entre el avistamiento de la chispa y el primer sonido del trueno, contamos los segundos que pasan mientras estamos oyendo el fragor del trueno. La misma multiplicación nos dará (también en kilómetros) la distancia a través de la cual el rayo se ha propagado.

Los relámpagos de calor tienen lugar ente diferentes nubes o en la misma nube y se producen a niveles mucho más altos que las descargas que llegan al suelo. De noche se les ve muy bien hasta una distancia de 100 kilómetros; incluso pueden llegar a divisarse hasta los 200 kms. si el terreno es llano y despejado.

Otros tipos de detectores se basan en la captación de las ondas electromagnéticas que se producen en las descargas y que son recibidas por una antena especial. Un software específico y el cálculo que se obtiene con ciertos algoritmos muy complejos, permite localizar el área donde ha caído el rayo, su distancia con respecto al detector que ha captado la señal, e incluso discriminar la señal para saber si se trata de rayos positivos o negativos, o si la descarga se ha producido entre la nube y el suelo o en el interior de la nube.

El tubo más grueso situado a la izquierda de los sensores de viento, alberga la antena que capta las ondas electromagnéticas causadas en las descargas elécticas. Estación meteorológica de Santander-Ojáiz (Peñacastillo-Cantabria)
Tras ser captada la señal por medio de la antena, ésta viaja a través de un cable hasta el ordenador. Allí un software específico trata la señal por medio de complicados algoritmos y la traduce permitiendo conocer la distancia, la dirección y el tipo de descarga que se ha producido. Estación meteorológica de Santander-Ojáiz (Peñacastillo-Cantabria)

Detector de descargas instalado en la Estación Meteorológica de Santander-Ojáiz, en tiempo real:




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