¿A dónde va la energía de un rayo?

La mayor parte de la energía se disipa en el viaje por el aire desde la nube hasta el suelo. La energía se utiliza para calentar el aire y generar la onda de choque que escuchamos como un trueno. No puedo darle una sola referencia definitiva para esto, pero al buscar en Google "rayos de disipación de energía" encontrará muchos artículos relevantes.

Puedes entender por qué esto se debe a que la energía disipada por una corriente$I$viajando a través de una resistencia$R$es dado por$W = I^2R$. En un rayo, la corriente es constante, porque la carga que fluye por un extremo tiene que salir por el otro extremo, por lo que la potencia disipada es proporcional a la resistencia. La resistencia del aire es mucho más alta que la resistencia del suelo/árbol/persona o lo que sea que caiga el rayo, por lo que la mayor parte de la disipación de energía está en el aire.

Los electrones que fluyen desde la nube a través del rayo terminan en el suelo, pero con una energía apenas mayor que la ambiental. Presumiblemente fluirán hacia el área circundante hasta que la diferencia de potencial alrededor del punto de impacto caiga efectivamente a cero. Es probable que esto esté dentro de unos pocos metros, por lo que no se acercarían al núcleo de la Tierra.

Los rayos se generan por ruptura dieléctrica del aire. Así que es esencialmente una colección de ondas electromagnéticas. Ahora, cualquier material en la tierra tiene una noción de permitividad y permeabilidad adjunta. Ahora, cuando el campo eléctrico correspondiente a la onda EM toca la superficie de la tierra, dependiendo de la naturaleza de la superficie, se puede escribir la ecuación de Maxwell, con la condición límite adecuada. Y luego calcule el campo eléctrico transmitido cuya magnitud se atenúa con la distancia.