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Um tema que me fascina por trabalhar no seguimento de proteção contra sobretensões e aterramentos.
Eles estão aí desde o inicio
dos tempos. As civilizações primitivas e antigas o tratavam como ação de
divindades. O homem moderno não era diferente, alguns achavam que eram ações
mandadas (mandados) pelo criador, orações, rezas e benzeduras visavam desviá-los,
bem como, as tempestades que se seguiam através dos anos.
“Misterioso, ele assusta e
fascina. Já abordado no cinema,
na literatura, na mitologia, o raio desperta a
curiosidade
de todos, pesquisadores ou não. Mais quente que a
superfície do
Sol, o potencial elétrico do raio é de 100
milhões de volts, o equivalente a 1
milhão de vezes a
tensão de uma tomada residencial, e corrente elétrica de
aproximadamente 30.000 A .
Para se ter uma idéia, o
chuveiro elétrico residencial opera com corrente de 30 A .
Por se tratar de um
fenômeno natural, as descargas
atmosféricas são fontes de intermináveis
pesquisas e
intrigam cada vez mais os pesquisadores e outros
interessados. Na
obra literária Frankenstein, por exemplo,
o raio
desempenha papel fundamental. O escritor Mary
Shelley descreve a história de um
cientista que constrói a
sua criatura a partir de tecidos mortos de um cadáver,
e
lhe confere vida com a ajuda de um raio. Também
Hollywood cedeu aos encantos
do fenômeno, quando em
1985, o diretor Robert Zemeckis lançou o filme “De volta
para o futuro”, que conta a história de um cientista que inventa uma máquina do
tempo ativada graças à energia de um raio.
Historicamente, as descargas
atmosféricas estiveram sempre relacionadas à fúria da Terra contra o homem,
como diversas mitologias sustentavam. Na mitologia grega, por exemplo, o raio
era uma forma de Zeus – deus dos deuses – demonstrar sua ira, eliminando quem
era contra seus desígnios. Os babilônicos, há cinco mil anos, também
acreditavam que o deus Adad provocava trovões ao arremessar com uma das mãos um
bumerangue e com a outra os raios. Os nórdicos, que viviam no norte da Europa,
tinham como referência o deus do trovão e dos raios, Thor, que, com o movimento
das rodas de sua carruagem, produzia o trovão e, ao arremessar seu martelo,
produzia o clarão dos raios. Na Austrália setentrional, os aborígenes
desenharam nas cavernas o que seriam os “irmãos raios” – guerreiros tribais que
brigavam pelo amor de uma mulher. Quando seus machados de pedra se chocavam, as
faíscas se tornavam raios e o ruído da luta eram os trovões. A história conta que
o vencedor teve vários filhos raios, que aguardam o momento para serem
lançados.”
Para a ciência nada disso
interessa e sim fatos palpáveis que pudessem ser estudados. Entender o como, o
porquê, de que forma, em que circunstâncias, são tarefas da ciência.
Desde os estudos de Benjamin
Franklin e as pesquisas de Tesla, o homem se aproximou do conhecimento deste
fenômeno natural planetário. Com a criação dos laboratórios de ensaios de extra-alta
tensão para testes de transformadores foi possível realizar simulações. Através
destas foi possível criar proteções contra sobre-tensão e proteger pessoas,
edificações e equipamentos.
Mediu-se pela primeira vez a
forma de onda muito aproximada de um raio. Uma frente de onda alta e uma
cauda,
se intuiu e definiu
estudos de tese de como ocorria à carga dentro das nuvens. Era tudo uma grande
carga estática de milhões de volts dentro delas, oriunda da colisão de cristais
de gelo que precipitam do topo e colidem com as moléculas de ar úmido e quente que
sobem. Isso acaba gerando um desequilíbrio de forma que no topo fica as cargas
positivas e na parte inferior as negativas.
O avanço tecnológico,
notadamente o espacial, exigiu mais conhecimento para proteções efetivas de
aeronaves, naves e foguetes. A eletrônica digital presente em todas as
atividades humanas exigiu melhores conhecimentos de proteção.
Eles ainda matam mais que
muitas doenças. Só no Brasil estima-se em 132 morte/ano.
Todos os estudos até a pouco
tempo guardavam apenas a ponta de um iceberg do conhecimento. A cada uma se
chegava a outra, que levavam a seguintes, a próxima, a coisas inacreditáveis.
Primeiro vieram os
documentários como os do Dicovery Channel vieram trazer luz em algumas
questões.
Os raios não eram coisas do
mal que matavam, destruíam causavam incêndios, eles tinham outras funções.
“Os
benefícios dos raios
Enganam-se quem pensa que o raio
ofereça apenas destruição. O químico norte-americano Stanley Miller demonstrou,
em 1953, que os raios tenham formado, na atmosfera primordial, os primeiros
aminoácidos – estrutura indispensável à formação da vida em nosso planeta. Ou
seja, não fossem as descargas atmosféricas, talvez você não estaria lendo esta
reportagem agora.
Além disso, outra vantagem dos raios
está no fato de eles quebrarem as moléculas de nitrogênio e oxigênio, que se
recombinam formando o óxido de nitrogênio, o qual, levado pela chuva para o
solo, atua como fertilizante. Outra parte desse óxido de nitrogênio em reação
com outras partículas mantém o equilíbrio da camada de ozônio. Se as descargas
atmosféricas não existissem, esse equilíbrio seria abalado, deixando a camada
de ozônio mais vulnerável e, conseqüentemente, aumentando a intensidade dos
raios ultravioleta.”
Os pesquisadores e cientista passaram a
estudar os raios de uma forma que nunca anteriormente, tinha-se visto. Aquelas
explicações de anos atrás não eram mais satisfatórias. A energia contida nos
raio é muito maior que uma simples descarga eletro estática. Além disso, o ar é
um elemento isolante como seria possível romper a isolação de distâncias que
chegavam a mais de Km. Tinha que existir outra explicação e assim o fio da
meada começo a ser puxado. Para mudar a isolação do ar a estrutura atômica
precisaria ser rompida ou modificada.
Os Raios X
Um dos pesquisadores era o Professor e Físico Joseph R. Dwyer.
“Em 2002 Dwyer,
juntamente com colegas de Tecnologia da
Flórida e a Universidade da
Flórida,
lançou foguetes
durante tempestades em uma instalação de agora
conhecido como o
UF / Florida Tech Center Internacional
para a Investigação e Ensaios de Raios
(ICLRT)
no Acampamento
Blanding, Florida. Usando
um instrumento
fortemente blindado que contém um detector de
cintilação,
construído por Dwyer e seus alunos, eles descobriram que
um relâmpago, de fato,
produzir raios-x e que a emissão de
raios-x é comum que um raio. Esta pesquisa foi
publicada
na Science (revista) (Dwyer et al., 2003). Desde então
, Dwyer e
seus colaboradores criaram muitas propriedades-
chave das emissões de raios-x de
um raio, incluindo o fato
de que o raio-x emissão é produzido durante o
processo de
intensificação do relâmpago, tem energias de até
cerca de
1 MeV e os raios-x são
produzidos nas regiões de alto
campo gerado pelo líder que se propagam. Em 2005 TERA
(Temporal
Matriz Energética Radiation), um conjunto de
detector 24, foi construído para
continuar a medir raios-x e
raios gama a partir de relâmpagos e estudar ainda
mais as
características de raio-x que estão associadas com
trovoadas. Além disso, em 2005,
Dwyer e colaboradores fez
a descoberta surpreendente que faíscas de laboratório
longos no ar também gerar raios-x semelhantes a
relâmpagos, que, desde então,
motivou muitos grupos ao
redor do mundo para estudar as emissões de raios-x a
partir de faíscas. Mais
recentemente, Dwyer e sua equipe
têm construído e implantado uma câmera de raio-x
no
ICLRT e fizeram imagens de raios-x do mundo primeiros
relâmpagos. Dwyer também fez
várias contribuições
teóricas importantes para o campo recém-desenvolvimento
de
alta Energia Física Atmosférica, incluindo o trabalho em
elétrons em fuga ou ruptura fugitivo física, -raios gama e de
rádio
freqüência emissões ou ruído atmosférico, e iniciação relâmpago. Em 2003, ele
introduziu o
mecanismo de feedback Relativistic de avalanches
Relativistic-fugitivo-elétron , um novo mecanismo de
descarga de ar, o que explica como nuvens carregadas
podem gerar grandes
flashes de raios gama
chamados terrestres
flashes de raios gama (TGF). Este
trabalho também
mostrou a importância de pósitrons (anti-
elétrons) para
eletrodinâmica thundercloud. Trabalhar
com
David Smith de UCSC ele também ajudou a estabelecer
que TGFs originam de
dentro de nosso ambiente e não em
grandes altitudes, como tinha sido
anteriormente
assumido. De
fato, Dwyer e sua equipe observaram um TGF
do nível do solo, em Camp Blanding em
2004. Finalmente
,
usando dados BATSE formar o Observatório de Raios
Gama Compton, Dwyer e
colaboradores descobriram
Terrestres Electron Beams (Tebs) na magnetosfera
interior
, que são gerados pelas emissões de alta energia de trovoadas.”
O professor Dwyer no inicio das
pesquisas imaginava que só
tinha uma explicação, a incidência dos raios
cósmicos
poderiam ser a causa, o catalisador que faltava seria isso.
Foi um
tiro certeiro que nem imaginava a principio
. Radiações podem ser medidas, então
ele preparou um
instrumento para isso e dias depois, quando estava
revisando os gráficos de medição veio a surpresa.
Em cada tempestade que media estava ali também um
pulso de raio x.
revisando os gráficos de medição veio a surpresa.
Em cada tempestade que media estava ali também um
pulso de raio x.
Uma coisa estranha
segundo o professor, um estrela que morreu ou explodiu a milhares de anos
lançando radiação pelo espaço tem alguma coisa a ver com a vida na terra.
Um segundo evento
intrigava os pesquisadores. Pilotos de aeronaves e até astronautas relatavam
estranhas luzes que ocorriam como um flash de luz instante depois de uma
descarga elétrica, seguindo em direção ao espaço.
O que seria isso?
Os Sprites (fadas)
Em 06/07/1989, físicos
da Universidade de Minnesota testam
uma câmara de imagem low light.
Eles pretendiam utilizar
para uma experiência com foguetes em grande altitude.
Eles direcionam para leste para algumas estrelas e para
cima do que parecia uma
tempestade ao longe. Quando passavam o type observaram algo estranho, dois
pulsos
luminosos lado a lado. Com duração de poucos
milionésimos de segundo.
Pelas medições estimam que os
flashes estavam a cerca de 32 km de acima das nuvens e a
uma incrível distancia de 20
km do local.
Este assunto acabou na
mão do Prof. Steven A. Cummer - da
Duke University.
O que seriam
estas coisas. O fenômeno passou a ser estudado em todo mundo. Foram
requisitadas até imagens do ônibus espacial e de aeronaves preparadas para voar
em grande altitude acima das tempestades.
Receberam o
nome de Sprites – Transiente luminosos que ocorrem sobre as nuvens de
tempestade até 80 km ,
de cor avermelhada com duração aproximada de 100 ms, largura de 5 a 30 Km .
O professor
utiliza um aparelho que mede ondas de rádio de forma que possa identificar cada
um deles, desta forma pode-se ouvir um raio individualmente em qualquer parte
do planeta. Ele pode compara com o padrão vindo de outras estações e pode
verificar que eles só ocorriam nos mais poderosos raios e não em todos. Ele chegou a
conclusão que os grandes raios de tempestade causam uma perturbação na
atmosfera acima.
O Dr. R. Earle
Williams do MIT e equipe resolveu criar seu em laboratório o tal fenômeno
utilizando uma câmara pressurizada e temperatura controlada correspondendo a
uma altura de 80 km .
Fazendo passar uma corrente elétrica pelo tubo fazer aparecer o mágico raio na
cor do nitrogênio ( vermelho) seguindo em direção as camadas mais baixas da
atmosfera a variação da pressão e composição gasosa faz mudar as cores para
roxo até o azul. Na garrafa transparente o professor brinca com variações de
pressão e pode de perto observar de muito perto o fenômeno que esta longe de
uma conclusão final.
Os estudos
levaram a outros fenômenos correlatos, igualmente desconhecidos. Estes novos fenômenos
luminosos receberam novos nomes.
Um
assunto para a segunda parte entenda o que é Foo fighters
(raios globulares ou fogos de Santelmo), ELFOS, Blue Jets (Jatos Azuis), O mistério
dos cinturões de Van Allen e a safe zone ou safe slot
em torno da Terra e o que eles têm a ver com os raios.
J.A.
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