Electricidad Terrestre
-
Upload
yesica-gomez -
Category
Documents
-
view
18 -
download
1
description
Transcript of Electricidad Terrestre
-
MICHEL 0
ELECTRICIDAD TERRESTRE
MTODOS ELCTRICOS I
AUTORES
Diamantes finos
Carrillo Gonzlez Larissa michel
Fonseca Godoy mara Fernanda
Gmez gallegos Yesica Daniela
Njera loredo Karla Ivonne
Maya Herbert Hctor Ivn
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA
INGENIERA EN GEOCIENCIAS GOC-1020
SATCA: 2-2-4
-
1
Contenido
INTRODUCCIN .................................................................................................................. 2
Qu es la electricidad? .................................................................................................. 3
ELECTRICIDAD TERRESTRE ............................................................................................ 4
Corrientes de la Tierra ........................................................................................................ 4
Carga en la superficie terrestre ........................................................................................... 4
Magnetismo Terrestre ............................................................................................................. 5
El Efecto Dinamo ................................................................................................................... 6
Corrientes telricas ................................................................................................................. 8
Teora elctrica de una tormenta ............................................................................................ 9
Qu es el rayo? ................................................................................................................ 10
Formacin de las tormentas elctricas .............................................................................. 11
Formacin del rayo ........................................................................................................... 12
El trueno ........................................................................................................................... 14
Tormenta elctrica: truenos y rayos ................................................................................. 14
Produccin de los truenos ............................................................................................. 15
Ionosfera ............................................................................................................................... 16
Caractersticas ............................................................................................................... 16
Regiones de la ionosfera ............................................................................................... 17
Campo Geomagntico (GMF) ...................................................................................... 18
-
2
INTRODUCCIN
La Tierra se comporta como un enorme imn. El fsico y filsofo natural ingls William
Gilbert fue el primero que seal esta similitud en 1600, aunque los efectos del magnetismo
terrestre se haban utilizado mucho antes en las brjulas primitivas.
El magnetismo de la Tierra es el resultado de una dinmica, ya que su ncleo de hierro de la
Tierra no es slido.
Por otra parte, en la superficie terrestre y en la atmsfera se generan diversas corrientes
elctricas producidas por diversas causas, adems de un intercambio constante de electricidad
entre el aire y la Tierra.
La Tierra posee un poderoso campo magntico, como si el planeta tuviera un enorme imn
en su interior cuyo polo sur estuviera cerca del polo norte geogrfico y viceversa. Aunque
los polos magnticos terrestres reciben el nombre de polo norte magntico (prximo al polo
norte geogrfico) y polo sur magntico (prximo al polo sur geogrfico), su magnetismo real
es el opuesto al que indican sus nombres. Las posiciones de los polos magnticos no son
constantes y muestran notables cambios de ao en ao. Cada 960 aos, las variaciones en el
campo magntico de la Tierra incluyen el cambio en la direccin del campo provocado por
el desplazamiento de los polos. El campo magntico de la Tierra tiene tendencia a trasladarse
hacia el Oeste a razn de 19 a 24 km por ao.
Figura 4.1 Campo magntico terrestre.
El magnetismo de la Tierra es el resultado de una dinmica, ya que su ncleo de hierro de
la Tierra no es slido.
-
3
Qu es la electricidad?
Ahora s se puede definir la misma como una propiedad de carcter fsico que se evidencia
por medio de la atraccin o el rechazo que se causan entre s los diversos componentes que
constituyen la materia.
La capacidad de producir electricidad no solamente la tiene el hombre, ya que la naturaleza
la genera cuando ocurre una tormenta, en cuyo caso se manifiesta una importante
transferencia de energa entre un rea de la atmsfera y la superficie terrestre, fenmeno que
se hace evidente en forma de rayo.
Terrestre: Se utiliza el trmino terrestre para calificar a todo objeto, elemento, situacin o
fenmeno que tenga que ver con el planeta Tierra.
-
4
ELECTRICIDAD TERRESTRE
Electricidad terrestre Se conocen tres sistemas elctricos generados por procesos naturales.
Uno est en la atmsfera. Otro est dentro de la Tierra, fluyendo paralelo a la superficie, y el
tercero, que traslada carga elctrica entre la atmsfera y la Tierra, fluye en vertical.
La electricidad atmosfrica, excepto aquella que se asocia con cargas dentro de una nube y
ocasiona el relmpago, es el resultado de la ionizacin de la atmsfera por la radiacin solar
y a partir del movimiento de nubes de iones conducidas por mareas atmosfricas. Las mareas
atmosfricas se producen por la atraccin gravitacional del Sol y la Luna sobre la atmsfera
de la Tierra (vase Gravitacin) y, al igual que las mareas ocenicas, suben y bajan a diario.
La ionizacin y, por consiguiente, la conductividad elctrica de la atmsfera cercana a la
superficie de la Tierra es baja, pero crece con rapidez al aumentar la altura. Entre los 40 y los
400 km por encima de la Tierra, la ionosfera constituye una capa esfrica casi perfectamente
conductora. La capa refleja las seales de radio de ciertas longitudes de onda, ya se originen
en la Tierra o lleguen a la Tierra desde el espacio. La ionizacin de la atmsfera vara mucho,
no slo con la altura sino tambin con la hora del da y la latitud. La ionosfera constituye una
capa esfrica casi perfectamente conductora.
Corrientes de la Tierra
Las corrientes de la Tierra constituyen un sistema mundial de ocho circuitos cerrados de
corriente elctrica distribuidos de una forma bastante uniforme a ambos lados del ecuador,
adems de una serie de circuitos ms pequeos cerca de los polos. La superficie de la Tierra
tiene carga elctrica negativa. La carga negativa se consumira con rapidez si no se repusiera
de alguna forma.
Carga en la superficie terrestre
La superficie de la Tierra tiene carga elctrica negativa. Aunque la conductividad del aire
cerca de la Tierra es pequea, el aire no es un aislante perfecto y la carga negativa se
consumira con rapidez si no se repusiera de alguna forma.
Cuando se han realizado mediciones con buen tiempo, se ha observado que un flujo de
electricidad positiva se mueve hacia abajo desde la atmsfera hacia la Tierra. La causa es la
carga negativa de la Tierra, que atrae iones positivos de la atmsfera. Aunque se ha sugerido
que este flujo descendente puede ser contrarrestado por flujos positivos ascendentes en las
regiones polares, la hiptesis preferida hoy es que la carga negativa se traslada a la Tierra
-
5
durante las tormentas y que el flujo descendente de corriente positiva durante el buen tiempo
se contrarresta con un flujo de regreso de la corriente positiva desde zonas de la Tierra que
experimentan tiempo tormentoso. Se ha comprobado que la carga negativa se traslada a la
Tierra desde nubes de tormenta y la relacin en la que las tormentas desarrollan energa
elctrica es suficiente para reponer la carga de la superficie. Adems, la frecuencia de
tormentas parece ser mayor durante el da, cuando la carga negativa aumenta con mayor
rapidez.
Magnetismo Terrestre
La Tierra posee un poderoso campo magntico, como si el planeta tuviera un enorme imn
en su interior cuyo polo sur estuviera cerca del polo norte geogrfico y viceversa. Aunque
los polos magnticos terrestres reciben el nombre de polo norte magntico (prximo al polo
norte geogrfico) y polo sur magntico (prximo al polo sur geogrfico), su magnetismo real
es el opuesto al que indican sus nombres. Las posiciones de los polos magnticos no son
constantes y muestran notables cambios de ao en ao. Cada 960 aos, las variaciones en el
campo magntico de la Tierra incluyen el cambio en la direccin del campo provocado por
el desplazamiento de los polos. El campo magntico de la Tierra tiene tendencia a trasladarse
hacia el Oeste a razn de 19 a 24 km por ao.
Los campos magnticos rodean a las corrientes elctricas, de modo que se supone que esas
corrientes elctricas circulantes, en el ncleo fundido de la Tierra, son el origen del campo
magntico. Un bucle de corriente genera un campo similar al de la Tierra. La magnitud del
campo magntico medido en la superficie de la Tierra es alrededor de medio Gauss. Las
lneas de fuerza entran en la Tierra por el hemisferio norte. La magnitud sobre la superficie
de la Tierra vara en el rango de 0,3 a 0,6 Gauss.
El campo magntico de la Tierra se atribuye a un efecto dinamo de circulacin de corriente
elctrica, pero su direccin no es constante. Muestras de rocas de diferentes edades en lugares
similares tienen diferentes direcciones de magnetizacin permanente. Se han informado de
evidencias de 171 reversiones del campo magntico, durante los ltimos 71 millones aos.
-
6
Aunque los detalles del efecto dinamo no se conocen, la rotacin de la Tierra desempea un
papel en la generacin de las corrientes que se suponen que son la fuente del campo
magntico. La interaccin del campo magntico terrestre con las partculas del viento
solar crea las condiciones para los fenmenos de auroras cerca de los polos.
El Efecto Dinamo
La simple pregunta "cmo obtiene la Tierra su campo magntico?" no tiene una respuesta
simple. Parece claro que la generacin del campo magntico est relacionada con la rotacin
de la Tierra, ya que Venus con una similar composicin de ncleo de hierro, pero con un
perodo de rotacin de 243 das terrestres, no tiene un campo magntico que pueda medirse.
Ciertamente, parece plausible que depende de la rotacin del hierro metlico lquido que
compone una gran parte del interior de ambos planetas. El modelo del conductor giratorio
nos lleva al "efecto dinamo" o "geodinamo", evocando la imagen de un generador elctrico.
La conveccin mueve el fluido del ncleo exterior y lo hace circular con relacin a la Tierra.
Esto significa que un material conductor de electricidad se est moviendo con respecto
al campo magntico de la Tierra. Si por alguna interaccin como por ejemplo la friccin entre
placas, se obtiene una carga elctrica, entonces se produce un bucle de corriente efectiva. El
campo magntico de un bucle de corriente, podra sostener el campo magntico de la Tierra,
de tipo de dipolo magntico. Las modelaciones a gran escala en ordenadores, estn
consiguiendo una simulacin realista de tal tipo de geodinamo.
-
7
-
8
Corrientes telricas
Alrededor de nuestro planeta existes unas
corrientes magnticas que recorren la tierra de
norte a sur. Estas corrientes magnticas son
causadas por el ncleo fundido de hierro (y otros
elementos) que circulan en el interior de la tierra y
que son las causantes de la llamada deriva
continental.
Qu es la corriente telrica hay que saber primero
que nuestro planeta tiene un campo magntico que se extiende desde el ncleo hasta el
espacio exterior, donde se va atenuando.
Las corrientes telricas son unas corrientes elctricas que se mueve bajo tierra o a travs del
ocano. Tienen una muy baja frecuencia, y corren muy cerca de la superficie terrestre.
Relacionadas con la actividad de las tormentas elctricas, ya que la acumulacin de cargas
elctricas en la superficie terrestre convierte a una lluvia en una tormenta elctrica.
Este campo tiene efectos electromagnticos que son los que crean la magnetosfera, una
especie de capa protectora magntica que nos protege del viento solar, un flujo de partculas
de alta energa que nos enva nuestra estrella, el Sol.
Tambin se puede capturar algo de esa corriente elctrica que transmiten, que aunque es
mnima, permite la creacin de bateras terrestres o el aprovechamiento de la electricidad
terrestre. En el siglo 18 se usaba estos sistemas para los telgrafos.
El Ombilicus Mundi u ombligo del mundo. Que es el punto desde el cual surgen y al cual
convergen todas estas corrientes telricas. Cuenta la leyenda que si alguien pudiese encontrar
ese centro, podra dominar la Tierra y cambiar su forma a placer, ya que se tendra control
completo sobre el clima y sobre la tectnica de placas.
Estn relacionadas con los llamados puntos telricos,
los cuales, segn ideas esotricas, son puntos de unin
que hasta podran permitir que se viaje entre ellos de
forma instantnea. Son los puntos donde se unen las
corrientes telricas.
-
9
Teora elctrica de una tormenta
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 elctrico
global. Un modelo muy difundido supone una distribucin bipolar en la nube, con un ncleo
de cargas positivas en la cima y otro de negativas en la base. Este modelo es el ms simple
pero a la vez el ms utilizado a la hora de explicar el circuito elctrico global. La gran mayora
de las nubes que se forman en la atmsfera se disipan sin producir ni precipitacin ni rayos.
Los iones que se mueven rpidamente dentro de la nube son atrapados por partculas nubosas
ms grandes de forma que decrece la conductividad elctrica de la nube con respecto al aire
claro que le rodea de forma que la corriente de buen tiempo queda alterada en las cercanas
de la nube. A medida que la actividad convectiva en la nube aumenta, la electrificacin
aumenta. La fuerte electrificacin generalmente comienza con el desarrollo rpido, tanto
horizontal como vertical, de un cmulo de buen tiempo a un cmulo nimbo. Entre la
superficie de la tierra y la nube se producira un ascenso de cargas positivas o un descenso
de negativas. Por encima de la nube las tormentas aportaran cargas positivas que fluyen
hacia la ionosfera en forma de una Corriente de conduccin. El rpido incremento de la
conductividad elctrica 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 magntico terrestre. El campo magntico 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.
Aunque como ya se ha dicho el modelo de distribucin de carga en la nube que se aplica en
el circuito elctrico global es el dipolar, es interesante mostrar con un poco ms de detalle las
-
10
corrientes ms importantes que rodean a una nube convectiva, as como la distribucin de
carga dentro de ella.
Corrientes de conveccin: formadas por el transporte de partculas cargadas desde el suelo
a la base de la nube.
Corrientes de precipitacin: producidas por el transporte de cargas hacia el suelo positivas
o negativas dependiendo de la zona de la nube de donde provenga la precipitacin.
Corrientes puntuales o de corona: cargas positivas que liberan los rboles, vegetacin y
otros puntos sobre la tierra y que son atradas por el ncleo principal de carga negativa de la
nube.
Rayos: descargas elctricas 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.
Qu es el rayo?
El rayo es una poderosa descarga natural de electricidad esttica, producida durante una
tormenta elctrica; generando un "pulso electromagntico". La descarga elctrica precipitada
del rayo es acompaada por la emisin de luz (el relmpago), causada por el paso de corriente
elctrica que ioniza las molculas de aire, y por el sonido del trueno, desarrollado por la onda
de choque. La electricidad (corriente elctrica) que pasa a travs de la atmsfera calienta y
expande rpidamente el aire, produciendo el ruido caracterstico del trueno. Los rayos se
encuentran en estado plasmtico.
Elevacin: para que las nubes se formen, el aire hmedo debe subir, enfriarse y condensarse.
La elevacin es el mecanismo que hace que el aire suba, y existen muchas maneras para que
esto suceda. Cuando el sol calienta la tierra y la tierra calienta el aire sobre sta, ese aire se
eleva y un aire ms fro ocupa su lugar. Cuando una masa de aire clido se incorpora a una
masa de aire fro, el aire clido ms liviano se eleva y se coloca por encima del aire fro. Un
frente fro ascendente hace lo contrario: se desliza por debajo de la masa de aire clido y lo
obliga a elevarse.
A medida que el aire clido asciende, se va enfriando y entonces desciende: ste es un proceso
llamado conveccin. Las corrientes de conveccin dispersan la energa termal (calor), en este
caso el aire calentado. El trmino tcnico para una tormenta elctrica compleja es sistema
convectivo de mesoescala.
Las nubes cumulonimbos crecen hacia arriba y desarrollan cumbres altsimas que parecen
yunques. En general, las tormentas elctricas provienen de esas nubes.
-
11
Humedad: ste es un ingrediente esencial en todos los sistemas climticos. El aire ascendente
no formar nubes si es seco. Las nubes cumulonimbos (popularmente llamadas nubes de
lluvia, de tormenta o tormentosas) estn cargadas de humedad en forma de vapor de agua. Se
forman a medida que el aire clido se eleva y luego se enfra hasta llegar al punto de
condensacin. El punto de condensacin es la temperatura a la cual una nube se satura (no
puede retener ms humedad) y el vapor de agua comienza a condensarse en forma de lluvia.
Las tormentas elctricas son ms comunes en climas clidos porque el punto de condensacin
es alto; las nubes pueden cargar ms humedad antes de llegar al punto de saturacin y liberar
el torrente de lluvia.
Aire inestable: el aire hmedo y ascendente no siempre genera tormentas elctricas. El aire
debe ser inestable. Si el aire es estable, el aire ascendente se enfra ms que el aire a su
alrededor y vuelve a descender, y se evita as la tormenta elctrica. Las masas de aire inestable
ascienden y se enfran pero se mantienen ms calientes que el aire a su alrededor y, por lo
tanto, continan elevndose. El mecanismo de trasfondo es el calor liberado por la
condensacin en una nube. Debido a esto, la masa de aire ascendente se mantiene ms clida
que el aire a su alrededor y contina elevndose. El aire que asciende forma una corriente
ascendente, mientras que el aire que desciende forma una corriente descendente.
No debe haber topes a aproximadamente 3.000 m (10.000 pies): un tope es la parte superior
de una nube de conveccin, en donde el aire se estabiliza. Si no hay topes a alrededor de
3.000 m, el aire inestable contina elevndose y esto permite que se desarrollen tormentas
elctricas. En este escenario de una masa de aire clido ascendente, las tormentas elctricas
se forman en la masa de aire fro, inestable y hmedo que hay debajo de sta. Con un frente
fro ascendente, las tormentas elctricas se forman a lo largo de la lnea frontal y justo en
frente de sta.
Estos cuatro ingredientes se combinan para formar una tormenta. Una corriente ascendente
hace que se desarrollen nubes altsimas. Cuando comienza a caer lluvia, la corriente
descendente desarrolla y forma rfagas de viento cerca de la tierra. Finalmente, la corriente
ascendente se rompe y la tormenta se termina. La fuerza de la corriente ascendente y
descendente determina la fuerza de la tormenta.
Formacin de las tormentas elctricas
Los rayos son descargas elctricas causadas por desbalances entre las nubes y el suelo o con
la propia nube, ocurriendo en el primer caso descargas hacia el suelo y en el segundo
descargas dentro de la nube siendo este el caso ms comn.
Todos los tipos de tormentas elctricas (rayos y relmpagos) provienen principalmente de
nubes llamadas Cumulonimbus que se caracterizan por tener una forma parecida a un yunque.
Estas nubes se forman por una alta humedad en el ambiente, en presencia de una masa de
aire caliente inestable que en presencia de una alta energa sube rpidamente. Este ascenso
es provocado por el enfrentamiento de dos frentes, uno clido y uno fro, haciendo que el
fro, por su mayor densidad y peso, pase por abajo del clido y lo obligue a subir.
-
12
Una vez conectados (suelo y nube) la carga negativa viaja hacia el suelo y se produce el rayo
de luz visible, que va desde el suelo hacia la nube. Este rayo llega a velocidades de
300.000.000 kilmetros por hora.
Las razones para las tormentas, con lluvia o secas, en esta poca del ao es la inestabilidad
de la atmsfera.
Formacin del rayo
Cmo se inicia la descarga elctrica sigue siendo un tema de debate. Los cientficos han
estudiado las causas fundamentales, que van desde las perturbaciones atmosfricas (viento,
humedad y presin) hasta los efectos del viento solar y a la acumulacin de partculas solares
cargadas.7 Se cree que el hielo es el componente clave en el desarrollo, propiciando una
separacin de las cargas positivas y negativas dentro de la nube.
Los rayos pueden producirse en las nubes de cenizas de erupciones volcnicas, o puede ser
causado por violentos incendios forestales que generen polvo capaz de crear carga esttica.
Los rayos ocurren dentro de las nubes de tormenta as como tambin fuera de stas, y no
necesariamente impactan en la tierra. Este diagrama muestra los diferentes tipos de rayos
como as tambin el movimiento de aire y de la carga elctrica de la tierra a la nube, y
viceversa.
El dao que causa el rayo se debe en gran parte al calor que engendra. Los incendios que las
chispas elctricas provocan todos los aos calcinan miles de kilmetros cuadrados de
bosques, con los consiguientes incendios de casas y haciendas. Muchas veces los rboles y
los edificios resultan perjudicados debido a que la onda repentina de calor provoca la
vaporizacin del agua y la acumulacin de una presin suficiente para hacer estallar la
-
13
corteza o saltar los ladrillos. Por otro lado, cada ao mueren fulminados por el rayo miles de
personas.
Una vez que esta nube se form, comienzan los procesos de cargado que consiste en la acumulacin de cargas dentro de la nube. Esto se produce por el movimiento y choque de las
partculas dentro de la nube. Los cristales de hielo que contiene el Cumulonimbos suben y
los granizos en esta bajan, as, al encontrarse, colisionan y liberan electrones, quedando los
cristales de hielo con carga positiva y los granizos con carga negativa. Luego del choque, los
dos elementos continan su movimiento, acumulndose en la parte superior e inferior cargas
positivas y negativas respectivamente.
La liberacin de esta carga acumulada en la nube ocurre en una serie de etapas que terminan
con la generacin del rayo. Primero, una corriente de aire ionizado unida a la nube desciende
de est acercndose al suelo. Cuando esta corriente localiza una columna de cargas positivas
conectada al suelo (tambin de carga positiva) que puede ser desde un rbol a un edificio o
hasta una persona y ambas se conectan, se produce un flujo de corriente elctrica desde la
base negativa del Cumulonimbos hacia el suelo positivo.
Figura 4.2 Relmpago del Catatumbo, Zulia, Venezuela.
La fbrica de ozono de la Madre Naturaleza. Este fenmeno es capaz de producir
1.176.000 relmpagos por ao, produciendo el 10% de la capa de ozono del planeta.
-
14
El trueno
La electricidad terrestre se puede hacer visible por medio de trueno. En particular, las tormentas
elctricas son un fenmeno bastante complejo que, aunque a grandes rasgos ha sido definido y
explicado, hay algunos aspectos que permanecen como interrogantes, como lo es el origen y
produccin de los rayos y el giro de los tornados, por ejemplo.
En cuanto al origen de los truenos, tambin ha sido objeto de debate durante mucho tiempo, pero
actualmente la ciencia ha alcanzado el consenso sobre por qu se producen los truenos, as que ahora
vamos a ver cul es esta explicacin.
Tormenta elctrica: truenos y rayos
Los truenos y los rayos son dos manifestaciones distintas pero naturalmente muy vinculadas y que
forman parte del mismo fenmeno climatolgico: la tormenta elctrica. El proceso que produce una
tormenta elctrica comienza cuando masas de aire caliente y hmedo comienzan a elevarse debido
a corrientes de aire ascendente. Al elevarse, estas masas de aire comienzan a enfriarse y condensarse,
formando nubes llamadas cumulonimbus, que pueden tener hasta 20 kilmetros de alto.
A medida que el aire se va condensando, se van formando gotas de agua y hielo que caen desde lo
alto, a travs de la nube, hacia la superficie de la tierra y, mientras caen, van colisionando con otras
gotas y hacindose cada vez ms grandes, al mismo tiempo que generan dentro de la nube una
corriente de aire descendente que se expandir a lo largo de la tierra en forma de viento.
THINKSTOCK / HEMERA
-
15
Se cree (aunque esto se debate y no ha sido totalmente explicado) que si la corriente de aire
ascendente que produjo la nube se mantiene, mientras las gotas que caen crean corrientes de aire
descendente, el choque de estas masas de aire produce las descargas elctricas que conocemos como
rayos, ya que las nubes poseen campos elctricos (esto ltimo probado por Benjamin Franklin con
su famoso experimento de la cometa).
Produccin de los truenos
El trueno es la expresin sonora que se da una vez producido el rayo. Como dijimos, tambin
el origen de los truenos ha sido largamente debatido. La primera explicacin data del siglo III
cuando Aristteles consider que se producan por choques entre las nubes, y luego las teoras han
variado a lo largo de la historia, hasta que actualmente se ha llegado al consenso.
Se ha podido comprobar mediante anlisis espectroscpicos que la temperatura de un rayo, si bien
vara desde 20.000 K (Kelvin) hasta 30.000 K, primero, y luego desciende hasta 10.000 K durante
los 50 microsegundos que dura, tiene en promedio una temperatura de 20.400 K (20.100 C). Esta
elevada temperatura causa que el rayo se expanda a travs del aire ms fro circundante a una
velocidad mayor que la del sonido, lo que produce una onda de choque (en principio similar a la de
una explosin).
THINKSTOCK / STOCKBYTE
-
16
Dependiendo de la naturaleza del rayo y de la distancia de la persona, el sonido del trueno puede
variar desde un marcado y fuerte crujido hasta un largo estruendo, y a veces puede alcanzar hasta
110 decibelios, cercano al umbral de dolor para el odo humano.
Varios experimentos de simulacin de rayos han aportado pruebas bastante consistentes para
respaldar esta explicacin, aunque, como suele suceder en el mbito cientfico (porque bsicamente
de eso se trata), se siguen debatiendo los mecanismos fsicos precisos que tienen lugar en el proceso.
Ionosfera
La ionosfera es un grupo de capas en nuestra atmsfera donde el aire es muy delgado y que
se extiende entre unos 50 km y unos 500km de altura. La palabra ionsfera se compone de
dos trminos de origen griego: (ion), que se refiere al tomo y su propiedad de transportar carga elctrica, y (sfaira), que significa esfera.
Bajo la influencia de la radiacin solar los tomos se rompen formando los iones. Lo mejor
de este proceso es que esos iones pueden reflejar o doblar ondas de radio hasta una
determinada longitud de onda.
La ionizacin es un proceso de ruptura de los enlaces electrnicos en los tomos, que
producen la formacin de parejas de iones de cargas opuestas. Los principales mecanismos
de ionizacin son la colisin de los tomos o molculas con otros tomos e iones, la
interaccin con algn tipo de radiacin i la aportacin de calor.
Los iones son los que dan nombre a la ionosfera la cual al ser ms ligera permite a los
electrones moverse ms libremente. Este factor es importante para la propagacin de alta
frecuencia (HF: 3 a 30 Mhz). Generalmente, cuantos ms electrones, frecuencias ms altas
se pueden usar.
Caractersticas
La caracterstica principal de la ionsfera es que, como consecuencia de la radiacin solar,
se encuentra en permanente ionizacin. La ionizacin es el proceso mediante el cual los
tomos se rompen formando iones, lo cual provoca variaciones extremas en la temperatura
de sus gases, que puede ir desde los -70 C hasta los 1.500 C. Por ello, tambin se la conoce
como termsfera, aunque hay partidarios de entenderlas de manera diferenciada, pues cada
nombre privilegia un fenmeno distinto: el uno la ionizacin y el otro las oscilaciones
trmicas.
En la ionsfera, los electrones pueden moverse ms libremente debido a que la densidad de
los gases es mucho ms baja en comparacin con las capas inferiores. Esto le proporciona
-
17
las condiciones para ser una excelente conductora de electricidad, lo que facilita la
propagacin de ondas de radio y televisin.
La ionsfera a su vez se subdivide en varias capas, conocidas con las letras D, E, F1 y F2.
Las capas ms bajas, D y E, son idneas para las ondas de radio de baja frecuencia, mientras
que las ms altas, F1 y F2, reflejan las ondas de radio con frecuencias mayores.
Regiones de la ionosfera
Durante el da puede haber en la ionosfera 4 regiones o capas llamadas D, E, F1 y F2.
Sus alturas aproximadas son:
o Regin D de 50 a 90 Km.
o Regin E de 90 a 140 Km.
o Regin F1 de 140 a 210 Km
o Regin F2 ms de 210 Km de altura.
Figura 4.3 Estructura de la ionosfera de da y de noche.
-
18
Durante el da, la propagacin de tipo "Espordica-E" se da en la regin E de la ionosfera, y
a ciertas horas del ciclo solar la regin F1 se junta con la F2. Por la noche las regiones D, E
y F1 se quedan sin electrones libres, siendo entonces la regin F2 la nica disponible para las
comunicaciones; de todas formas no es raro que tambin pueda darse por la noche la
propagacin "espordica-E". Todas las regiones excepto la D reflectan ondas de HF. La
Regin D pese a no reflectarlas tambin es importante ya que sta se encarga de absorberlas
o atenuarlas.
La regin F2 es la ms importante para la propagacin de HF ya que:
o Est presente las 24 h. del da.
o Su altitud permite comunicaciones ms lejanas.
o Normalmente reflecta las frecuencias ms altas de HF.
El periodo de vida de los electrones es mayor en la regin F2, y esa es la razn por la cual
esta capa reflecta ondas por la noche. Los periodos de vida de los electrones en las regiones
E, F1 y F2 son de 20 segundos, 1 minuto y 20 minutos respectivamente.
Campo Geomagntico (GMF)
Aunque no sea una parte de la ionosfera es importante explicar el concepto dado que la afecta
en gran medida. El campo magntico producido por la rotacin del ncleo metlico de la
Tierra provoca una "lneas de campo" que van de polo a polo. Su forma es como una gota de
agua, con la cola apuntando hacia el sol. Esta forma se da a causa de un flujo continuo de
partculas cargadas procedentes del Sol, al cual se le denomina flujo solar. El GMF tiene
mucha relevancia en la dinmica de la ionosfera. Sin la proteccin de nuestro campo
geomagntico, la ionosfera y la superficie del planeta estaran sometidos a un bombardeo
constante de partculas cargadas.
La formacin de la ionosfera sera muy pobre a causa de esos bombardeos y no tendramos
un GMF que nos mantuviera la ionosfera "en posicin". Los DXs no seran posibles ya que las ondas reflectaran sin ningn orden. Pero tranquilos que la vida en la Tierra tampoco sera
posible sin el GMF...El GMF es ms dbil cerca de las regiones polares y ms fuerte cerca
de las regiones ecuatoriales. En el lado oscuro de la tierra el GMF se puede extender por
millones de kilmetros en el espacio.
El estado del GMF puede ser silencioso (quiet), variable (unsettled), activo (active), de
tormenta menor (minor storm), de tormenta mayor (major storm), de tormenta severa (severe
storm) y, rara vez, de tormenta muy severa (very severe storm).
-
19
Estas imgenes muestran la actividad auroral, la cual es producida por la radiacin solar.
Cuando la mancha roja desaparece es cuando los ndices del campo geomagntico estn a
cero. Y cuanto ms roja sea, ms altos sern los ndices y entonces se dir que el estado del
GMF est activo o que hay tormenta.
Es entonces cuando en las altitudes superiores se puede disfrutar de dos cosas; la propagacin
de tipo aurora y el poder contemplar una maravillosa aurora boreal como la que muestran las
siguientes fotos.
As tenemos las siguientes capas:
60 km: capa D. Slo aparece durante el da y es sumamente absorbente para
frecuencias por debajo de unos 10 MHz, protegiendo la superficie terrestre de gran
parte de la radiacin espacial.
80-110 km: capa E o capa de Kennelly-Heaviside (o capa de Heaviside).
180-600 km: capas F o capas de Appleton. Las capas F se elevan por la noche por lo
que cambian sus propiedades de reflexin.
180-300 km: capa F1. Esta capa sufre una fluctuacin diaria mayor que la F2, por lo
que llega a mezclarse con sta.
300-600 km: capa F2. Es la capa ms alta de la ionosfera.