Hasta que un día de julio de 1752, el científico estadounidense Franklin arriesgó su vida y lanzó al cielo durante una tormenta una cometa de seda con un alambre de hierro en la parte superior para guiar los rayos hasta el suelo. Este experimento desveló el misterio de los rayos durante miles de años: resulta que los dos objetos que habitualmente vemos en el cielo, los rayos y la triboelectricidad, son exactamente lo mismo.
Rayo producido por colisión de cargas
Entonces, ¿cómo se forma el rayo? Los rayos generalmente ocurren en nubes cumulonimbus con fuerte convección, por lo que suelen ir acompañados de fuertes ráfagas de viento y lluvias intensas, y en ocasiones granizo y tornados. Las cimas de los cumulonimbus son generalmente muy altas, de hasta 20 kilómetros, y a menudo hay cristales de hielo en las partes superiores de las nubes. La unión de cristales de hielo, la rotura de gotas de agua y las corrientes de convección de aire crean una carga eléctrica en las nubes. La distribución de cargas en las nubes es más compleja, pero en general, la parte superior de la nube está dominada por cargas positivas y la parte inferior por cargas negativas. Por lo tanto, se desarrolla una diferencia de potencial entre las partes superior e inferior de la nube. Cuando la diferencia de potencial alcanza un cierto nivel, se producirá una descarga, que es nuestro fenómeno común de rayos. La corriente media de un rayo es de 30.000 amperios y la corriente máxima puede alcanzar los 300.000 amperios. El voltaje del rayo es muy alto, entre 100 y 100 millones de voltios. La potencia de una tormenta moderada puede alcanzar los 10.000 kilovatios, el equivalente a la producción de una pequeña central nuclear. Durante el proceso de descarga, debido al aumento repentino de temperatura durante el flashover, el volumen de aire se expande rápidamente, generando ondas de choque y fuertes rayos. Cuando las nubes de tormenta cargadas se acercan a las protuberancias del suelo, se producen violentas descargas eléctricas entre ellas. En el lugar de descarga del rayo se producirán fuertes destellos y estruendos explosivos. Esto es lo que la gente ve y oye en forma de relámpagos y truenos.
De hecho, los rayos y los truenos se emiten al mismo tiempo, pero como el rayo es luz, su velocidad (300.000 kilómetros/segundo) es mucho más rápida que la del trueno (340 metros/segundo), por lo que siempre primero ves el relámpago, luego escuchas el trueno.
Los rayos se pueden dividir en cuatro tipos: rayos directos, pulsos electromagnéticos, rayos en forma de bola y destellos de nubes. Entre ellos, los rayos directos y los rayos esféricos pueden causar daños a personas y edificios, mientras que el pulso electromagnético afecta principalmente a los equipos electrónicos. Los destellos de nubes son los menos dañinos para los humanos porque ocurren entre dos nubes o en ambos lados de una nube. Los rayos directos deben acumular una gran cantidad de carga en una nube, y la gran cantidad de carga necesita encontrar un canal para descargarse. A veces es un edificio, a veces es una torre, a veces son personas en un lugar abierto, por lo que estas personas o cosas se convierten en canales de descarga, y las personas o los edificios resultan heridos. Los rayos directos son la forma más poderosa de rayos, mientras que los rayos en forma de bola no son tan poderosos como los rayos directos.
Los rayos pueden destruir viviendas, provocar incendios forestales y dañar líneas eléctricas de alto voltaje. Los rayos son enemigos del vuelo seguro. Si un avión entra accidentalmente en una tormenta, fácilmente puede sufrir fuertes turbulencias, provocando que la capa exterior del avión se congele, o incluso sufrir una descarga eléctrica directa, provocando un accidente aéreo.
Los daños causados por los rayos al cuerpo humano incluyen el efecto directo de la corriente eléctrica, la sobretensión o electricidad y las altas temperaturas. Cuando una persona es alcanzada por un rayo, una corriente eléctrica viaja rápidamente por su cuerpo. En casos graves, puede provocar palpitaciones, paro respiratorio, hipoxia del tejido cerebral y muerte. Además, las chispas generadas durante la caída de rayos también pueden provocar distintos grados de quemaduras en la piel. Los rayos también pueden provocar rayos dendríticos, descamación epidérmica, hemorragia intracutánea y rotura de tímpanos u órganos internos. Más de dos tercios de las víctimas de rayos caen al aire libre. Dos tercios sobrevivieron. El 85% de los fallecidos por la caída de un rayo son mujeres, en su mayoría entre 10 y 35 años. La mayoría de los muertos se refugiaron bajo los árboles de los rayos y la lluvia.
Nueva York en Estados Unidos es la zona con más desastres por rayos, lo que ha aumentado significativamente en los últimos años. China también es un país propenso a sufrir desastres naturales, lo que es inseparable de su ubicación geográfica. Los peores casos se dan en la provincia meridional de Guangdong. Dongguan, Shenzhen y Huizhou tienen los mayores desastres naturales por rayos en el mundo. Estos lugares también se ven afectados por la posición atmosférica relativamente baja. Dongguan, China, es el más grave. Las pérdidas económicas provocadas por los rayos se producen en los meses de verano, entre mayo y agosto. La pérdida del PIB de Dongguan este trimestre es cercana al 6% y sus pérdidas económicas ascienden a decenas de millones. También es una zona propensa a graves desastres naturales. Todos los años se producen rayos en Dongguan, que es la región con más y más frecuentes rayos en el mundo. También es una de las zonas más afectadas por los rayos en China e incluso en el mundo.
Por supuesto, los rayos no son del todo malos. Las nubes de tormenta que producen relámpagos en pleno verano suelen ir acompañadas de lluvia, que puede proporcionar suficiente humedad para los cultivos.
Las tormentas eliminan el polvo, el humo y otros contaminantes de la atmósfera, purificando la atmósfera y haciendo que el aire sea más fresco después de la lluvia. Además, la alta temperatura generada por los rayos puede hacer que el nitrógeno y el oxígeno del aire sinteticen directamente dióxido de nitrógeno. El dióxido de nitrógeno penetrará en el suelo con el agua de lluvia y se convertirá en nitrato (el mejor fertilizante en campos fértiles).