Nos condutores não esféricos, a distribuição de cargas em excesso não é uniforme. Assim, há locais com maior concentração de carga que outros. Muitas vezes, é importante saber quanta carga a mais uma região agrupa mais carga que a outra. Para fazer essa medição, usa-se uma grandeza chamada densidade elétrica superficial, pois se trata de um condutor, e todo o excesso de carga está na superfície. A densidade elétrica superficial revela a quantidade de carga elétrica que um condutor possui distribuída ao longo de sua área.
O Poder das pontas e polarização dos dielétricos
Tente observar como é um para-raios. Você deve perceber que se trata de uma haste metálica com extremidades em pontas. Isso se deve ao fato de, nas pontas, a densidade superficial de cargas elétricas atmosféricas ser maior, por causa da área extremamente reduzida. Assim, as descargas elétricas atmosféricas ocorrem preferencialmente no para-raios e não nos arredores dele. Condutores eletrizados que apresentam ao longo da superfície saliências convexas ou pontas têm nessas regiões raios de curvatura menor. Consequentemente, a densidade superficial de cargas é maior que nas demais partes.
Nos arredores do meio que envolve as pontas de um condutor eletrizado, o campo elétrico é mais intenso, podendo atingir valores muito elevados e provocar um fenômeno eletrostático denominado poder das pontas, que consiste na troca de cargas elétricas entre as pontas do condutor eletrizado e o meio isolante que o envolve.
RIGIDEZ DIELÉTRICA
Quanto maior a densidade superficial de cargas em uma ponta do condutor, maior será o grau de polarização das moléculas do meio que o envolvem. Entretanto, há um limite para esse grau de polarização. Se a intensidade do campo elétrico for muito elevada, pode ocorrer uma alteração profunda nas propriedades isolantes do meio ao redor da ponta, capaz de convertê-lo em condutor. Esse limite é chamado rigidez dielétrica do material: é a maior intensidade que o campo suporta mantendo suas propriedades isolantes.
Relâmpagos e Trovões
Os relâmpagos são clarões que ocorrem devido a descargas elétricas normalmente associadas a tempestades e eventos climatológicos de grande intensidade, mas acorrem também em tempestades de gelo, areia, erupção vulcânica, explosões nucleares e até mesmo em nuvens que não geram tempestades, apesar de que nesse último caso a intensidade dos relâmpagos é menor. Esse fenômeno ocorre devido a diferença de carga dentro das nuvens. A eletrificação das nuvens apesar de ser um fenômeno estudado ainda não é totalmente esclarecido, mas existe um consenso de que é através do choque entre partículas de água, gelo e granizo que a nuvem se eletrifica. Essa diferença de carga acaba por criar uma tensão elétrica e quando o ar no entorno já não consegue mais isolar essa tensão a descarga elétrica ocorre para fora da nuvem. Importante notar que a maioria dos relâmpagos ocorre no interior das nuvens, mas existe relâmpagos entre nuvens, nuvem-ar e os raios que são relâmpagos que tocam o solo.
Os relâmpagos dentro das nuvens ocorrem justamente pela diferença de carga e são os responsáveis pelos outros tipos de relâmpagos, já que é através deles que o ar e o solo acabam sendo carregados permitindo essa tensão elétrica escapar da nuvem. Essas descargas ficam entre 100 mil e 1 bilhão de volts e 30 mil amperes de corrente podendo a chegar a 300 mil amperes, corrente usada por 300 mil lâmpadas de 100 volts cada. A corrente aquece e expande o ar de maneira muito repentina, gerando um estrondo muito alto conhecido como trovão.
Os raios ocorrem devido aos relâmpagos dentro das nuvens que começam a liberar carga em direção ao solo, conhecida como ‘líder escalonado’. Quando essa carga se encontra a poucos metros do chão ela se encontra com uma carga chamada de ‘descarga conectante’, essas duas cargas opostas criam o canal do raio, área intensamente ionizada e condutora. Quando a ‘descarga de retorno’, fluxo enorme de cargas elétricas, passa pelo canal temos o raio propriamente dito e podemos observar o clarão comumente conhecido como relâmpago. Os raios podem ser ascendentes ou descendentes, de acordo com sua origem na nuvem ou no solo, sendo o mais frequente o do tipo descendente, sendo mais de 99% dos casos. Os raios ascendentes são raros e ocorrem em lugares mais altos. Os raios normalmente são associados a nuvens do tipo cummulus ninbus.
Os relâmpagos seguem um caminho parecido com os raios, apenas não tocam o solo, ocorrendo em sua maioria dentro das próprias nuvens. 70% do total de relâmpagos são desse tipo, ou seja o canal do relâmpago ocorre dentro da própria nuvem, saindo normalmente da carga negativa para a área positiva e aumentam a quantidade quando relacionados a tornados. Os relâmpagos nuvens são aqueles em que o canal liga duas nuvens. Os relâmpagos intranuvem podem variar sua ocorrência entre 30% até 100% dependendo do tipo de tempestade. Existe ainda dois tipos raros de relâmpagos: o esférico e o bipolar. Os esféricos são bolas luminosas que pairam a poucos metros do solo emitindo uma luz constante até apagar-se, apresentam luminosidade em diversas cores. Os bipolares são relâmpagos que apresentam correntes das duas polaridades, acredita-se que seja um caso raro do já raro relâmpago solo-nuvem.
O Pára-raios
A necessidade de estabelecer uma proteção contra as descargas elétricas e seus possíveis danos levou Franklin a construir os primeiros pára-raios. Esses dispositivos funcionam com base no poder das pontas. Eles são constituídos de uma haste metálica, terminada em pontas na extremidade superior e ligada, pela extremidade inferior a terra, por meio de um placa condutora. Quando uma nuvem eletrizada passa sobre o pára-raios, aparece um acúmulo de cargas induzidas em suas pontas. Essas cargas escapam facilmente das pontas do pára-raio, neutralizando então a carga da nuvem. Mesmo que ocorra o raio, é mais provável que a descarga se processe nas pontas do pára-raios, sendo a carga elétrica conduzida pela haste metálica para a terra, evitando danos maiores.
LUGARES PERIGOSOS E SEGUROS PARA UMA PESSOA SE PROTEGER
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