Las tormentas

Ante la avalancha de preguntas que surgen con el encabezado mítico: "oye, tú que eres físico...", y que en ocasiones ponen en un gran aprieto, vamos a solucionar una de las que sí conocemos la respuesta.

¿Cómo se producen los rayos y los truenos de las tormentas?

La respuesta en principio es sencilla: Las nubes contienen una gran cantidad de carga negativa, lo cual atrae la misma cantidad de carga positiva a la superficie de la Tierra*, formando un condensador a gran escala, con lo que se genera un campo eléctrico que se dirige de la Tierra a la nube.

A medida que aumenta la carga, crece el campo eléctrico, según la consabida ley de Coulomb:

Como la carga es muy grande se van creando caminitos invisibles de electrones, de las nubes a la Tierra, tendiendo a igualar las cargas en ambos lados. Cuando estos electrones están muy cerca de la Tierra llega un punto en el que el llamado campo eléctrico de ruptura, que es
una característica de los materiales (en este caso, el aire), se supera.

En este instante, salta una chispa de la Tierra a la nube. Esto se denomina rayo de retorno, y es lo que vemos cuando hay tormenta. En este proceso se produce una transferencia de electrones de la nube a la Tierra.

La causa del trueno es la rápida expansión del aire que se calienta por medio de un relámpago. La enorme energía del rayo calienta un estrecho canal de aire más de 50000 ºC. Esto se hace tan rapidamente (en unas pocas millónesimas de segundo para cada sección de la descarga) que el aire caliente no tiene tiempo de expandirse, mientras se calienta. Esto produce una gran presión, que puede ser mayor a 100 atmósferas. La presión luego genera una perturbación sonora que percibimos como un trueno.

* Como sabemos la Tierra es neutra. Eso quiere decir que, por promedio, la carga neta es cero, pero no significa que carezca de cargas en su interior. Las tormentas se producen precisamente para mantener constante la carga de la Tierra.