¿Qué factor determina dónde caen los rayos al suelo?

No siempre es el punto más alto.

Es un proceso bastante complejo. Incluso en un día tranquilo, hay un diferencial de voltaje entre el suelo y el cielo. Es una cantidad justa. La diferencia de voltaje entre la cabeza y los pies cuando está de pie es de aproximadamente 200 voltios, donde la cabeza es positiva en comparación con los pies.

La corriente, sin embargo, es ridículamente baja. Solo puede medir el voltaje utilizando un voltímetro MOSFET altamente sensible. Incluso entonces, las sondas tardarán horas en cargarse. Puede acelerar el proceso agitando una antorcha de propano cerca de la sonda superior.

Tomemos un rayo de luz entre una nube y el suelo, que es un caso bastante simple. La nube está húmeda y también contiene contaminantes, por lo que concentrará la carga. La lluvia o la humedad que caen también aumentará la conductancia. También hay un efecto electrostático del viento. La mayoría de las nubes son negativas en la parte inferior y positivas en la parte superior. Entonces, en condiciones normales, las nubes son bastante seguras, porque lo negativo en el fondo contrarresta lo positivo atmosférico normal, pero cuando es una tormenta, puede ser tan negativo cambiar eso y, por supuesto, las cosas pueden cambiar.

Al principio, no habrá flujo de corriente. Los primeros efectos son electrostáticos. La nube, el suelo y el aire funcionarán como un condensador gigante. El suelo comenzará a acumular una carga neta en función de su proximidad a la nube, la carga de la nube y las cualidades del dieléctrico del aire y el agua. entre ellos. (La cantidad de agua funciona de dos maneras. Demasiada agua, y la carga se desangrará demasiado rápido. Demasiado poco, y la resistencia no será suficiente para descomponerse. Es posible tener iluminación en el aire seco y un aguacero) dependiendo de otras condiciones, como la altura, la carga y la densidad de la nube, pero la mayoría de los rayos ocurren con una cantidad intermedia de agua).

A medida que esto sucede, tanto el suelo como la nube se vuelven más cargados, y el potencial entre ellos aumenta. En algún momento, sucederá una chispa en el camino de menor resistencia. Ese es generalmente el punto más alto del terreno, pero es una gran simplificación. La composición variable del suelo y la forma de la nube también lo afectarán. Aún así, si tienes un pararrayos o un jugador de golf con un palo, sucederá allí en lugar de cerca.

Entonces suceden cosas curiosas. La corriente en el camino calienta el camino, aumentando la conductancia del camino y más flujos de corriente. No se detiene ahí. La nube y la Tierra funcionan como un condensador, y la ruta actual funciona como un inductor. Entonces comienza a ser un transmisor de radio. La frecuencia está justo debajo de la banda AM, algo alrededor de 200 a 300 kHz. (Si tiene una radio vieja que no sea PLL AM, puede apagarla y tal vez escuchar algunas tormentas). A esa frecuencia, la electricidad se comporta de manera extraña, se ramifica y produce coronas y otras cosas. Es muy parecido a una bobina Oudin o Tesla (aunque algunas de ellas suben al rango de MHz).

Al hacerlo, puede hacer una rama diferente al suelo, que es esencialmente aleatoria. Sucede bastante rápido, por lo que realmente no notarías que no es donde estaba la chispa inicial.

(Descargo de responsabilidad: trabajé un poco en la distribución de carga y la iluminación con Peter Ray en FSU).

El aire tiene una alta resistencia eléctrica, por lo que es difícil que una chispa (que es todo un rayo) salte de las nubes cargadas a la tierra (neutral).

Entonces, desciende en pasos. Una teoría es que esto sigue el camino del aire ionizado causado por los rayos cósmicos que ingresan a la atmósfera. Estas partículas diminutas entran todo el tiempo, a una velocidad muy alta, derribando electrones de las moléculas en el aire y podrían crear una vía cargada para que el rayo siga.
Cuando la chispa se acerca al suelo, crea una carga Espejo (Método de cargas de imagen) en el suelo, por lo que obtienes chispas que se abren camino * hacia arriba * para hacer una conexión.

Estos tenderán a venir mejor de los objetos puntiagudos, porque los objetos puntiagudos generan campos eléctricos más fuertes. Los objetos altos dan a estas chispas hacia arriba una ventaja.

Una vez que se realiza la conexión, hay múltiples descargas a través de la vía ionizada.
Referencias
Relámpago
Rayo cósmico

Aquí hay una gran publicación sobre el tema del unimitale Randal Munroe:
Relámpago

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