Bueno, lo prometido es deuda, así que aquí va el primer tema de la asignatura de Electricidad Atmosférica dada por el profesor Fernando de Pablo en la facultad de Físicas de Salamanca (que el único merito mio fué coger los apuntes y escribirlos aquí
)
A quien no le guste el tema o que se aburra, que no lo lea
EL CONDENSADOR ELÉCTRICO ATMOSFÉRICO: La Tierra es un condensador donde la superficie terrestre es una de las placas, cargada negativamente, y la ionosfera es la otra placa, cargada positivamente. Estas dos placas se comportan como conductores perfectos.
La capa de aire que existe entre las dos “placas” actúa como un dieléctrico (se pierde carga).
Tienen que producirse corrientes eléctricas (movimiento de cargas a través de un medio material) que nos determinen la variabilidad del campo eléctrico.
Estas corrientes eléctricas son función de propiedades de la atmósfera.
El campo es descendente E = 15 V/m
D V = 3 x 10
5 V
R = 300
WI = 1500 A
Q = 1.2 x 10
–3 C/Km
2(Valores estándar con las medidas actuales)
Donde Q es la densidad de carga estándar y R es la resistencia promedio estándar entre la superficie terrestre y la ionosfera.
El condensador terrestre tiene una diferencia de potencial de unos 300000 voltios, luego por la Ley de Ohm (
DV= IxR): I = 1500 A
El valor del campo eléctrico es E = 15 V/m. E varía con la altura, al descender, E aumenta.
En Salamanca: E ~ 150-200 V/m
Existe un mecanismo recargador del condensador telúrico que son las tormentas.
Campo distorsionado:En una capa nubosa se produce un movimiento de cargas y una bipolarización:
Se produce una inversión del campo eléctrico.
El movimiento de cargas es el contrario al que se produce con buen tiempo.
Si no existiese un mecanismo regulador, desaparecería toda la carga del campo terrestre.
Las tormentas son ese mecanismo regulador.
Mecanismos de electrificación (muy complejo)
Dentro de los cumulonimbos existen fuertes corrientes ascendentes en su primer instante. Originan que las masas de agua de la parte inferior de la nube asciendan. Como al subir la temperatura baja, las gotas se van enfriando de forma que se hielan y amalgaman y, en algunos casos, pueden alcanzar el estado de granizo. El granizo provocará las diferencias de potencial (ddp a partir de ahora)
Es decir, con el movimiento ascendente se producen diversos procesos de electrificación que originan que las partículas de hielo se carguen. Al estar las partículas cargadas, el campo eléctrico se invierte porque se produce transporte de carga. La carga la produce la polarización de las partículas de agua y hielo en la nube.
IonosferaEs la armadura positiva del condensador terrestre.
Su base es imprecisa (porque es un gas). Está sobre los 20 Km. de altura su parte inferior, pero hay momentos en que fluctúa la base hacia arriba.
Su tope promedio máximo se suele considerar que está a unos 60 Km. Aunque la carga se mueve hasta los 300 Km., luego la ionosfera está en la mesosfera y la termosfera.
Características:
Mas que la concentración de iones es el tipo de molécula o átomo ionizado lo que caracteriza la ionosfera.
La presencia de concentración de unos tipos de iones da lugar a un fenómeno de conductividad del aire.
Se podría definir la ionosfera como la región de la atmósfera que se comporta como un conductor eléctrico, hasta el punto de permitir la reflexión de las ondas radioeléctricas emitidas por el hombre.
Esta característica es consecuencia de la concentración de iones, la pequeña densidad del aire y la escased de partículas neutras aislantes.
Fotoquímica de la ionosfera.En los altos niveles, la radiación es longitud de onda (
l) mas corta, ionizará átomos y moléculas y da también como resultado un electrón (e
-)
La radiación electromagnética convierte el aire en un conductor.
A medida que la radiación disminuye por debajo de los 1500 Å es más capaz de ionizar:
O
2 + h
n < --------- > O
2 + + e
-O + h
n < --------- > O
+ + e
-N
2 + h
n < --------- >N
2 + + e
-N + h
n < --------- > N
+ + e
-NO + h
n < --------- > NO
+ + e
-Estos son los iones primarios.
Los secundarios:
O
+ + O
2 < ----------- > O
+ + O
2 +O
+ + N
2 < ----------- > NO
+ + N
Los iones no pueden mantenerse indefinidamente, ya que desaparecen al recombinarse con los e
- libres.
Los iones atómicos precisan de un tercer cuerpo “M” (suelen ser partículas neutras) para poder recombinarse con un e
-.
La misión de “M” consiste en absorber el exceso de energía producido.
De no ser así, el átomo conservaría suficiente energía para ionizarse de nuevo.
En los niveles donde escaseen los “M”, para que el ion atómico desaparezca debe transformarse previamente en un ion molecular, por ejemplo:
O
+ + O
2 < ----------- > O + O
2 +Así los iones moleculares no precisan de un tercer cuerpo que recoja la energía sobrante ya que ésta energía es utilizada para la disociación.
Y después ya se recombinan de la siguiente manera:
O
2 + + e
- < ---------- > O + O
NO
+ + e
- < ---------- > N + O
N
2 + + e
- < ---------- > N + N
La concentración de iones atmosféricos está asociada al establecimiento del equilibrio fotoquímico entre los procesos continuos de creación y descomposición de iones.
En la ionosfera ¿quiénes son los causantes del equilibrio químico?
El 70% de la energía para la fotoquímica es debida a la radiación ultravioleta, el resto rayos cósmicos, rayos X....
¿Cómo son las fluctuaciones del campo eléctrico atmosférico?
Hay una variación diaria (onda corta): Presenta un máximo en pleno día y un mínimo nocturno.
Hay otra oscilación de periodo largo o anual, aunque no tiene porqué ser de doce meses.
Esta oscilación larga varia fundamentalmente con:
- La época del año, por la radiación electromagnética que llega del Sol.
- El número de manchas solares, se produce mayor o menor actividad en la ionosfera.
- Actividad solar.
Esta oscilación está muy relacionada con las rachas del viento solar (y estelar, pero la mayor parte es del Sol) y con las tormentas magnéticas o ionosféricas.
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