Para una investigación de problemas de física, elegí investigar qué efectos podrían tener los rayos en un avión durante el vuelo si fuera golpeado y luego continué discutiendo algunas posibles implicaciones de los ingenieros que no tienen en cuenta el poder de los rayos positivos.
En caso de que no sepas lo que es un rayo positivo, mi comprensión al menos es que cuando las cargas se acumulan en las nubes (no explicaré cómo) en la mayoría de los casos, la parte inferior de la nube tiene carga negativa y la parte superior de la nube tiene carga positiva. Básicamente, los rayos positivos son mucho más poderosos que los rayos negativos, ya que tienen un voltaje y una corriente más altos.
Q1. ¿Cómo determinaría la diferencia de potencial entre la parte inferior de la nube (dada una carga total) y el suelo (dada la carga total) y, por lo tanto, la intensidad del campo eléctrico? ? Pero, ¿cómo calcularía el voltaje?
Q2. Entiendo que . Y esta es la razón por la que el voltaje de un rayo positivo es mayor que el de un rayo negativo, ya que la resistencia del rayo positivo es mayor (tiene que salir hacia el lado de la nube y LUEGO hacia abajo). Pero, ¿por qué la corriente es más alta? Si y la resistencia es mayor, ¿no sería menor la corriente?
(Esta pregunta probablemente no sea de un nivel tan alto como muchas de las otras preguntas en este sitio, por lo que le resultará bastante fácil de responder).
(1) Para abordar su primera pregunta: debe tratar la nube y la tierra debajo de ella como si se formaran como un condensador . Hay una buena descripción popular de esto en http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/lightning/ . Un capacitor se describe por su capacitancia, y esta se relaciona con el voltaje y la carga por:
dónde es la carga eléctrica y es la diferencia de voltaje a través del capacitor. Puede aproximar la nube y la tierra como un capacitor de placas paralelas, y la capacitancia viene dada por:
dónde es el área de la base de la nube, es el espacio entre la base de la nube y la tierra, y es la permitividad del aire ( ). La combinación de las dos ecuaciones y una reordenación rápida da:
Obviamente, esto es una gran simplificación, pero debería darle una idea aproximada de la diferencia de potencial.
(2) En cuanto a su segunda pregunta: como dice, los rayos positivos requieren un voltaje más alto para encenderse. Mirando la ecuación para el voltaje, suponiendo que la nube permanezca igual, la única forma en que el voltaje puede ser más alto es si la carga es más alta. La corriente se define como carga por unidad de tiempo , y si la duración del rayo es aproximadamente constante, un rayo positivo tiene que transferir más carga en el mismo tiempo y, por lo tanto, tiene una corriente más alta.
En última instancia, lo único que importa para el avión es la corriente, a partir de la cual puede encontrar el voltaje en el avión mismo (conociendo la resistencia del avión). La duración del pulso también puede ser importante si el calentamiento de los materiales es un problema. También está el campo magnético, que también depende de la corriente.
El 'voltaje' inicial entre el suelo y la nube no es muy relevante, aparte de tal vez en su efecto sobre la duración de la huelga.
Si uno va a entrar en detalles de muy poco tiempo, es posible que deba considerar la inductancia, pero no creo que sea muy relevante para el avión en sí.
Y el avión se puede probar con voltajes relativamente bajos que inducen la misma corriente a través del avión.
Miguel