¿Cómo se produce el trueno?

Question

Sabemos que es consecuencia del rayo, pero, ¿en qué consiste el fenómeno?

Answer 1

En emitir un sonido

Answer 2

El trueno es el sonido de la onda de choque causada cuando un rayo calienta instantáneamente el aire por el que se mueve entre nubes, o desde ellas hasta la superficie terrestre, a más de 28.000 C grados. Este aire muy caliente aumenta de volumen y se expande a gran velocidad, pero al mezclarse con aire frío del entorno baja bruscamente su temperatura y se contrae. Esta rápida expansión y contracción genera ondas de choque que son las responsables del ruido del trueno.

Answer 3

Es cuando el rayo produce su descarga y rompe la velocidad del sonido

Answer 4

Primero hay que definir
Que es un rayo: El movimiento del viento alrededor de las nubes genera una separación de cargas eléctricas, en un proceso que es muy parecido al efecto de "electricidad estática" que uno puede observar cuando frota una peineta. Las cargas positivas (iones) y las cargas negativas (electrones) son desplazadas a diferentes partes de la nubes generando (múltiples) celdas o agrupaciones de carga.

Aunque las "ya separadas" cargas positivas y negativas tienen la tendencia de atraerse, estas no se podrán desplazar debido a la fricción del aire. Las diferentes celdas de cargas están rodeadas de aire que no las deja moverse hasta que la concentración de las cargas alcanza un nivel crítico. Cuando la concentración de cargas positivas (iones) y/o negativas (electrones) llega a un nivel crítico, los electrones se mueven atraídos por alguna de las celdas de cargas positivas (o repulsión de las celdas de carga negativa) a través del camino de menor resistencia. Algunas veces este camino produce descargas de las nubes a la tierra, otras veces de la tierra a las nubes y otras veces produce descargas entre las nubes. En la tierra se generan celdas de cargas, no debido al viento, pero por un proceso de inducción ya que la tierra es un conductor. En un conductor las cargas (electrones) se pueden mover libremente atraídas o repelidas por las cargas de las nubes. Así, centros de carga negativa se generan en la tierra como imagen de centros de carga positiva en la nube y viceversa.

De ahora en adelante vamos a hablar de descargas entre las nubes y la tierra ya que éstas son las más fáciles de observar y de las cuales existe un mejor entendimiento. Cuando la concentración de cargas (positiva o negativa) llega a un nivel crítico, se produce una descarga eléctrica, en este caso, entre una nube y la tierra, la cual se desarrolla por lo general de la siguiente manera. Empieza en una serie de pasos o segmentos de más o menos 100 metros hacia la tierra Estos segmentos no transportan mucha carga y por lo tanto no emiten mucha luz pero son responsables de generar el camino zig-zagueante, o canal, de la descarga que estamos acostumbrados a observar en los rayos. A medida que este canal se acerca a la superficie, una segunda descarga se propaga desde la tierra hacia la nube Cuando las dos descargas hacen contacto se produce un corto-circuito que baja la mayoría de la carga desde la nube a la tierra a través del mismo canal produciendo la luz que vemos como el rayo. Esta descarga, o corto-circuito, dura mas o menos una milésima de segundo y se puede repetir varias veces a través del mismo camino (o canal) ya que este ofrece el camino de menor resistencia. Lo que nosotros llamamos rayos esta generalmente compuesto de varias descargas y dura aproximadamente una fracción de segundo.
La temperatura en las descargas eléctricas, o rayos, pueden alcanzar 25.000 oC [Uman, 1986]. A esta temperatura varios de los elementos que componen el aire pueden estar ionizados. Lo que significa que el canal de la descarga eléctrica contiene una mezcla de moléculas, átomos e iones de nitrógeno y oxígeno y vapor de agua. Con el uso de un espectrómetro se puede analizar la presencia de estas moléculas, átomos e iones de cada elemento por la luz que el canal de la descarga emite. Del espectrómetro también se puede estimar la temperatura en este canal. Como referencia, la temperatura en la superficie del sol llega a 5500 oC.
Historia del trueno [Uman, 1986]

Aristóteles (s. IV A.C.) pensaba que los truenos eran el ruido de un "viento" al chocar con las nubes. Aristóteles pensaba que los rayos eran un producto producido después del impacto de este "viento" con las nubes de alrededor.
Lucretius (s. I A.C.) escribió que el trueno era producido por las nubes al chocar.
Descartes (1637) sugirió que el trueno era producido por una resonancia del aire entre dos nubes, como en un órgano de viento en las iglesias.
Todas estas teorías asociaban al trueno con las nubes y no con el canal de la descarga eléctrica. Benjamín Franklin se dio cuenta por primera vez alrededor de 1750 que los rayos eran un fenómeno eléctrico y escribió que los rayos y las chispas en el laboratorio eran muy similares y que los dos producían un ruido como de "explosión". No fue hasta el s. XX que el significado de "explotar" fue finalmente reconocido.

En el s. XIX posibles teorías de la naturaleza del trueno eran:

La descarga eléctrica produce un vacío en su camino y el ruido del trueno resulta cuando el aire "llena" este vacío.
Una explosión química de los materiales evaporados durante la descarga eléctrica.
- Explosiones de vapor en el camino de la descarga eléctrica
El trueno se debe según Uman [1984, 1986] a lo siguiente. La descarga eléctrica deposita una gran cantidad de energía en el canal de la descarga produciendo una temperatura de alrededor de los 25.000 oC. Esta energía se deposita muy rápidamente (unas millonésimas de segundo) por lo cual la sección del canal no tiene tiempo de expandirse y la presión aumenta entre 10 y 100 veces. Esta gran presión rápidamente se propaga hacia el aire alrededor del canal produciendo inicialmente una onda de choque (mas rápida que el sonido). Eventual esta onda de choque se convierte en el sonido que llamamos trueno. Ya que cada segmento del canal de la descarga produce su propia onda de choque el trueno puede durar varios segundos dependiendo de la distancia máxima y mínima al canal de la descarga.

Esta información se puede encontrar en forma mas detallada en los libros de Martin A. Uman.

Answer 5

Primero se produce una ruptura dielectrica del aire debido a la diferencia de potencial entre las nubes y el suelo (no necesariamente es el suelo puede ser cualquier cosa en la que puede descargar un rayo, mientras mas puntudo mejor) luego al producirse esta ruptura dielectrica del aire, la energia de ese fenomeno se conserva en la produccion de ondas sonoras luz y calor.