Árbol vs pararrayos: ¿por qué uno quema y el otro no?

Tengo esta simple pregunta, pero no puedo encontrar la respuesta.

Vi este video sobre un avión al que le cayó un rayo. En él, el Capitán Joe explica por qué las personas no se electrocutan. Esto tiene una explicación sencilla, debido al efecto jaula de Faraday que produce el fuselaje. Pero otra pregunta me viene a la mente en ese momento: ¿por qué el aluminio del fuselaje, que actúa como una jaula de Faraday, no se derrite debido a las corrientes extremas que lleva el rayo?

Después de esto, pensé en el siguiente ejemplo: Un pararrayos de metal delgado (correctamente conectado a tierra) está casi intacto después de un golpe, mientras que un árbol se rompe en el medio y, a veces, incluso se quema:

Árbol ardiendo después de la caída de un rayo.

Claramente tiene algo que ver con la resistividad de cada material, mucho mayor en la madera del árbol.

También se dice en este artículo que la única zona peligrosa en la que un avión puede ser golpeado " es el radomo (el cono de la nariz), ya que es la única parte del armazón de un avión que no está hecha de metal ". Así que claramente tiene algo que ver con las propiedades conductoras del fuselaje.

Así que mi pregunta es básicamente esta: ¿por qué un árbol se rompe y se quema cuando le cae un rayo pero un pararrayos no?

Y, en definitiva: ¿por qué un avión alcanzado por un rayo no se derrite con los cientos de miles de Amperios que atraviesan el fuselaje?

El tronco de un árbol contiene agua. Un rayo puede calentar parte de esa agua hasta el punto en que la presión del vapor es lo suficientemente alta como para partir la madera (es decir, provoca una explosión de vapor). Lo mismo no puede suceder en el revestimiento de aluminio de un avión. Incluso si un rayo depositara suficiente energía para causar algo de fusión, eso es todo lo que sucedería: el aluminio simplemente se derretiría. No explotaría.
@jameslarge No estoy seguro de que derretirse sea mucho mejor que explotar para un avión.
@JAB busque en Google "daños causados ​​por rayos en aeronaves", haga clic en la pestaña "imágenes", juzgue usted mismo.
Primero, ¿qué sucede realmente cuando un avión es alcanzado por un rayo? ¿El camino es nube -> plano -> suelo? ¿O el avión simplemente iguala en potencial a la nube/aire circundante?
Los ataques dentro de la nube de @peterG son bastante comunes, un avión con revestimiento de metal es un atajo conveniente para uno.
@jameslarge eso debería ir en el cuadro de respuestas para ser honesto.
@james large Estrictamente hablando, el término 'presión de vapor' se refiere a la contribución a la presión total de un componente de una mezcla de gases.

Respuestas (3)

La cantidad de calor generado por la corriente que fluye a través de una resistencia (ya sea de un rayo o de fuentes más ordinarias) está directamente relacionada con la potencia disipada por la resistencia, que es

PAGS = yo 2 R .
R es pequeño para objetos fabricados con buenos conductores, que son muchos metales, y grande para objetos fabricados con malos conductores como el plástico o la madera. Dado que la caída de un rayo tiene una duración muy corta, el calor total generado durante tal caída no es suficiente para derretir el metal, pero sí para prender fuego a la madera o derretir el plástico.

Si deja que las grandes corrientes del rayo atraviesen el metal durante más tiempo, probablemente también se calentará gradualmente y eventualmente se derretirá, pero esto tomará más tiempo que la escala de tiempo en la que ocurre el rayo.

Podría valer la pena señalar que, para un rayo, la resistencia de los últimos pies probablemente tenga muy poco efecto sobre la corriente, por lo que podemos tratar a I como relativamente constante. Eso hace que su conexión P=I^2R sea aún más poderosa.
Esto lo hace válido . A esta respuesta le falta este detalle muy importante; ver la otra respuesta para eso.

La alta corriente eléctrica en un rayo entrega energía térmica a lo largo de todo el rayo. Parte de esa longitud está en el aire ionizado sobre el avión, parte es el fuselaje del avión y parte es el aire ionizado desde el avión hasta el suelo. La corriente es la misma, pero el calor generado es proporcional a la resistencia eléctrica del camino, y el aluminio del avión (así como las uniones que mantienen unidas las partes de aluminio) tiene una resistencia eléctrica muy baja. Entonces, la ruta de aire se calienta mucho, mientras que la ruta de aluminio no.

Los árboles y el aire tienen una alta resistencia eléctrica, pero (al romperse) tienen un canal de conducción estrecho (el gas ionizado es 'pinzado en Z' en un canal estrecho, y las primeras partes leñosas que se carbonizan acapararán toda la corriente). Asi que,

H mi a t PAGS o w mi r = yo 2 R = yo 2 ρ ∗ L / A

El calentamiento por unidad de longitud del aire es mayor que el del plano de aluminio porque el aire tiene una mayor resistividad, incluso con un área de sección transversal de conducción comparable.

Un árbol contiene mucha agua que se convierte explosivamente en gas cuando la corriente eléctrica fluye por todo el árbol. La madera también es más combustible que el metal, por lo que se incendia debido al calor extremo.

En el fuselaje de un avión, la corriente fluye inofensivamente a lo largo del exterior del avión y vuelve a salir. El avión no está conectado a tierra. De la misma manera, un automóvil está aislado al tener neumáticos de goma.

¿Aislado por neumáticos? ¿ El perno acaba de perforar millas de aire y se detendrá debido a la goma? ¿Por qué no simplemente ignorar el neumático y saltar por los aires las pocas pulgadas restantes?
@JDługosz: El rayo va donde quiere, por supuesto. Pero no quiere golpear el automóvil en particular, porque las llantas han impedido que una contracarga del suelo fluya hacia el marco del automóvil y atraiga el rayo que cae. (No, esa no es la explicación que parece sugerir esta respuesta).
los rayos golpean los autos. No puedo encontrar nada sobre si es más o menos probable que un rayo golpee un automóvil, pero he visto afirmaciones de que la altura importa, y que los conductores "buenos" versus "pobres" solo importan al elegir entre dos objetivos cercanos.
@HenningMakholm youtu.be/9Du_w976s5Q
No son las llantas de goma o que estén puestas a tierra lo que te protege en un auto. Es porque el automóvil es efectivamente una jaula de Faraday.
Árbol vs pararrayos: ¿por qué uno quema y el otro no?
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