Certo dia, há quase 60 anos, numa época em que o clima em Cambuci era bem diferente do atual, a cidade foi atingida por uma forte tempestade, com grande quantidade de chuva acompanhada de muitos relâmpagos e trovões, alguns deles assustadores.
No dia seguinte, passada a tormenta, fui abordado por uma pessoa amiga, que residia relativamente próximo à Igreja Matriz, sendo surpreendido com perguntas relacionadas com os raios e pararraios, todas muito oportunas e inteligentes. No fundo, o que ele queria saber é se sua casa estaria protegida pelo pararraios instalado na torre da igreja e, ainda, se tal equipamento comportaria ações de manutenção.
Embora eu possuísse conhecimentos suficientes para prestar-lhe alguns esclarecimentos, havia um problema maior da parte dele em poder absorvê-los, tendo em vista seu nível de instrução. Tentei então contornar as dificuldades associando o funcionamento dos pararraios ao das válvulas de pressão, com resultado bastante satisfatório.
Como as tempestades elétricas assustam muito, e os centros de pesquisa especializados vêm indicando um aumento na quantidade de raios, resolvi redigir este texto mais abrangente sobre o assunto. Quem sabe possa ele ser útil a alguém nos dias atuais.
As nuvens pesadas repletas de vapor d’água, que precedem as tempestades, são também carregadas de eletricidade estática, umas positivas e outras negativas; tal eletricidade resulta do atrito entre as partículas que as compõem, tal como ocorre nos dínamos elétricos. A razão pela qual umas assumem a polaridade positiva em relação à terra, e outras a negativa, é um assunto extremamente complexo e ainda polêmico em vários aspectos, razão pela qual não será tratado no âmbito deste artigo; no entanto, o fato de as nuvens possuírem eletricidade de polaridades diferentes entre si justifica-se pelo princípio geral do equilíbrio das forças da natureza.
O relâmpago, de todos conhecido, é um clarão instantâneo produzido por uma descarga elétrica atmosférica entre dois pontos de polaridades diferentes, podendo esta ocorrer entre nuvens e de nuvens para a terra. Tais descargas têm a forma de faíscas, ou raios. Por isto, é equivocada a idéia de um raio levar uma esfera metálica incandescente em sua ponta; ele é sempre uma corrente elétrica de altíssima intensidade, que queima por efeito Joule, o mesmo responsável pelo aquecimento dos ferros e chuveiros elétricos, bem como dos condutores em geral.
As tensões elétricas produzidas nas nuvens são gigantescas, sendo ordinariamente expressas em megavolts; só em laboratórios especiais podem ser alcançadas tensões de magnitude semelhantes. Por este motivo, é possível o disparo de centelhas a longas distâncias entre nuvens e em direção ao solo. Observem que, nas linhas de transmissão de energia elétrica, há uma distância a separar os condutores para que não haja centelhamento entre eles, a qual é tanto maior quanto mais elevada for a tensão de serviço.
O ar seco tem uma razoável capacidade de isolação, ou seja, de impedir a circulação de correntes elétricas, a qual reduz-se consideravelmente durante a chuva, quando há um aumento de sua umidade.
Tratemos agora, apenas, das descargas das nuvens para o solo, que são as de interesse neste momento.
A eletricidade estática positiva vai acumulando, aumentando a tensão elétrica das nuvens em relação à terra, até que se rompe o isolamento, dando passagens a descargas francas, ou seja, fortes e visíveis, em que as correntes normalmente assumem valores muito elevados. É um fenômeno semelhante ao de uma barragem, que pode romper-se quando a pressão da água assume valores insuportáveis para ela.
Uma corrente elétrica comporta-se como um fluido qualquer e, como tal, procura sempre o caminho que lhe ofereça menor resistência. Considerando que o espaço existente entre uma nuvem e a terra é relativamente homogênio no âmbito do fenômeno, as diferenças de resistência irão ocorrer próximo ao solo, influenciadas pelo relevo natural, incluindo as árvores, e pelos acidentes criados artificialmente, como as grandes torres, chaminés, edifícios e monumentos; quanto mais altos forem tais acidentes, tanto menor será a resistência oferecida à passagem da corrente elétrica e, consequentemente, maior será a possibilidade de serem atingidas por raios. Isto ocorre porque o percurso do raio no ar será menor e, igualmente, a resistência do meio que o conduz.
Em 1752, o versátil americano BENJAMIM FRANKLIN, um misto de físico, político, escritor, editor e músico, fez uma descoberta por acaso ao soltar pipa em um dia nublado; na ocasião, mesmo sendo ainda incipientes os estudos sobre a eletricidade, ele percebeu que uma corrente elétrica escoava-se pelo cordão do brinquedo. Com a curiosidade própria dos cientistas, aprofundou suas observações, o que acabou dando origem ao “pararraios de ponta”; este nome foi-lhe dado após a invenção do “pararraios tipo válvula”, utilizado nas redes elétricas.
O equipamento consiste de um conjunto contendo os seguintes componentes: uma haste para instalação no ponto mais alto do acidente a ser protegido; um cabo de grande bitola conectado a ela e à “haste de terra”, sendo esta enterrada. Os materiais utilizados deverão ser excelentes condutores de eletricidade, como o cobre; uma boa conexão deverá ser apresentada entre as peças, a fim de que seja reduzida ao máximo a resistência oferecida a uma eventual descarga para a terra, e que pode ser aferida com o emprego de instrumento denominado “megger”.
Tais equipamentos funcionam como uma larga avenida para a passagem dos raios, que parecem atraídos por eles; é como um grande guarda-chuva com varetas retas, formando estas um ângulo de 60º com a haste, de tal forma que torna impossível a precipitação de raios em qualquer ponto por ele abrangido que não a extremidade do pararraios.
Pelo o até aqui exposto, é destituído de fundamento o dito popular segundo o qual “um raio não cai 2 vezes no mesmo lugar”; ao contrário, ele cairá 2, 3 ou muito mais vezes nos locais que lhe sejam favoráveis. Se o ditado fosse verdadeiro, não faria sentido algum a instalação de pararraios.
Quando há um acúmulo de eletricidade na atmosfera muito próximo de um pararraios, descargas invisíveis irão ocorrer continuamente através dele,tendendo a esvaziar o potencial elétrico das nuvens; neste caso, o equipamento funcionará como uma válvula de pressão, em tudo semelhante à de uma panela.
Além de danos materiais, caracterizados principalmente por provocarem incêndios e queima de aparelhos elétricos, os raios podem provocar a morte e queimaduras em pessoas e animais. Raramente a descarga atinge diretamente uma pessoa, na maioria das vezes, os acidentes são causados por seus efeitos secundários, como os que serão descritos a seguir.
Quando uma descarga elétrica atinge uma árvore, haverá ainda uma tensão residual da ordem de 5.000 volts no pé do tronco; nestas condições, correntes elétricas escoar-se-ão radialmente pela superfície do solo, por ser este o caminho mais fácil, fazendo com que a referida tensão venha a esgotar-se na extremidade de uma circunferência de cerca de 20 metros de diâmetro. Isto significa que, de metro em metro na direção do centro para a extremidade, haverá uma tensão de aproximadamente 500 volts entre dois pontos consecutivos. Nestas condições, um animal como um boi ou um cavalo que esteja sob a árvore levará um choque da mesma intensidade se estiver com a cabeça ou cauda voltada para o seu tronco, sem prejuízo do que poderá levar nas posições intermediárias, já que a distância entre as patas anteriores e posteriores de tais animais é aproximadamente de 1 metro. A eletrocussão desta forma é muito comum, e não carboniza a vítima; a morte dar-se-á por parada cardíaca. Basta uma corrente de alguns miliamperes para matar uma pessoa ou um destes animais, desde que ela ofenda um órgão vital, como o coração ou o cérebro. O mesmo pode acontecer em relação às cercas metálicas.
As linhas de transmissão de energia elétrica são muito sujeitas a receber tais descargas, uma vez que, para encurtar distâncias, costuma romper por grandes elevações do terreno. A proteção daquelas mais extensas e com tensões mais elevadas é feita por um cabo estirado e fixado no ponto mais alto das torres; por ser aterrado em vários lugares do percurso, eles funcionam como um pararraios. Nas subestações e nas redes de distribuição são instalados os “pararraios tipo válvula” para proteger os disjuntores, transformadores e outros equipamentos.
Um raio introduz nos circuitos elétricos uma onda ou surto de tensão que se sobrepõe à de serviço; a função destes pararraios é deixar escoar para a terra apenas o excesso de tensão; contudo, algumas vezes uma parte deste surto chega a atingir as instalações dos consumidores, queimando circuitos e aparelhos elétricos, podendo ainda causar danos a pessoas.
A manutenção de pararraios limita-se à verificação periódica da continuidade do circuito e do controle da resistência de aterramento, a qual deve ser mantida abaixo do limite estabelecido em norma técnica. Quando tal limite á atingido ou ultrapassado, providências devem ser tomadas visando a sua redução. Na maioria das vezes, é suficiente derramar água salgada junto à haste de terra; se isto não der resultado, a haste deverá ser limpa, lixada ou, até, substituída ou ter sua ação reforçada com a instalação de outra.
Sem dúvida, as descargas elétricas atmosféricas envolvem riscos para as pessoas. A própria leitura das linhas precedentes permitem os cuidados que precisam ser tomadas durante as tempestades, dentre as quais destacam-se:
- desligar, na tomada ou na chave, todos os equipamentos elétricos;
- procurar sempre um abrigo seguro que não seja uma árvore frondosa;
- jamais tomar banho, mesmo frio, onde haja chuveiro elétrico;
- não se expor em áreas planas, como em um campo de futebol ou em uma embarcação no mar;
- não ficar exposto em locais muito altos;
- não se apoiar em postes e torres;
- não se aproximar de instalações elétricas industriais.
O fato de estar aumentando o número de intempéries atmosféricas não deve ser motivo de maiores preocupações no que se refere aos raios; eles continuarão caindo onde sempre caíram, pois o aquecimento global ainda não tem o condão de alterar as leis da física.
No dia seguinte, passada a tormenta, fui abordado por uma pessoa amiga, que residia relativamente próximo à Igreja Matriz, sendo surpreendido com perguntas relacionadas com os raios e pararraios, todas muito oportunas e inteligentes. No fundo, o que ele queria saber é se sua casa estaria protegida pelo pararraios instalado na torre da igreja e, ainda, se tal equipamento comportaria ações de manutenção.
Embora eu possuísse conhecimentos suficientes para prestar-lhe alguns esclarecimentos, havia um problema maior da parte dele em poder absorvê-los, tendo em vista seu nível de instrução. Tentei então contornar as dificuldades associando o funcionamento dos pararraios ao das válvulas de pressão, com resultado bastante satisfatório.
Como as tempestades elétricas assustam muito, e os centros de pesquisa especializados vêm indicando um aumento na quantidade de raios, resolvi redigir este texto mais abrangente sobre o assunto. Quem sabe possa ele ser útil a alguém nos dias atuais.
As nuvens pesadas repletas de vapor d’água, que precedem as tempestades, são também carregadas de eletricidade estática, umas positivas e outras negativas; tal eletricidade resulta do atrito entre as partículas que as compõem, tal como ocorre nos dínamos elétricos. A razão pela qual umas assumem a polaridade positiva em relação à terra, e outras a negativa, é um assunto extremamente complexo e ainda polêmico em vários aspectos, razão pela qual não será tratado no âmbito deste artigo; no entanto, o fato de as nuvens possuírem eletricidade de polaridades diferentes entre si justifica-se pelo princípio geral do equilíbrio das forças da natureza.
O relâmpago, de todos conhecido, é um clarão instantâneo produzido por uma descarga elétrica atmosférica entre dois pontos de polaridades diferentes, podendo esta ocorrer entre nuvens e de nuvens para a terra. Tais descargas têm a forma de faíscas, ou raios. Por isto, é equivocada a idéia de um raio levar uma esfera metálica incandescente em sua ponta; ele é sempre uma corrente elétrica de altíssima intensidade, que queima por efeito Joule, o mesmo responsável pelo aquecimento dos ferros e chuveiros elétricos, bem como dos condutores em geral.
As tensões elétricas produzidas nas nuvens são gigantescas, sendo ordinariamente expressas em megavolts; só em laboratórios especiais podem ser alcançadas tensões de magnitude semelhantes. Por este motivo, é possível o disparo de centelhas a longas distâncias entre nuvens e em direção ao solo. Observem que, nas linhas de transmissão de energia elétrica, há uma distância a separar os condutores para que não haja centelhamento entre eles, a qual é tanto maior quanto mais elevada for a tensão de serviço.
O ar seco tem uma razoável capacidade de isolação, ou seja, de impedir a circulação de correntes elétricas, a qual reduz-se consideravelmente durante a chuva, quando há um aumento de sua umidade.
Tratemos agora, apenas, das descargas das nuvens para o solo, que são as de interesse neste momento.
A eletricidade estática positiva vai acumulando, aumentando a tensão elétrica das nuvens em relação à terra, até que se rompe o isolamento, dando passagens a descargas francas, ou seja, fortes e visíveis, em que as correntes normalmente assumem valores muito elevados. É um fenômeno semelhante ao de uma barragem, que pode romper-se quando a pressão da água assume valores insuportáveis para ela.
Uma corrente elétrica comporta-se como um fluido qualquer e, como tal, procura sempre o caminho que lhe ofereça menor resistência. Considerando que o espaço existente entre uma nuvem e a terra é relativamente homogênio no âmbito do fenômeno, as diferenças de resistência irão ocorrer próximo ao solo, influenciadas pelo relevo natural, incluindo as árvores, e pelos acidentes criados artificialmente, como as grandes torres, chaminés, edifícios e monumentos; quanto mais altos forem tais acidentes, tanto menor será a resistência oferecida à passagem da corrente elétrica e, consequentemente, maior será a possibilidade de serem atingidas por raios. Isto ocorre porque o percurso do raio no ar será menor e, igualmente, a resistência do meio que o conduz.
Em 1752, o versátil americano BENJAMIM FRANKLIN, um misto de físico, político, escritor, editor e músico, fez uma descoberta por acaso ao soltar pipa em um dia nublado; na ocasião, mesmo sendo ainda incipientes os estudos sobre a eletricidade, ele percebeu que uma corrente elétrica escoava-se pelo cordão do brinquedo. Com a curiosidade própria dos cientistas, aprofundou suas observações, o que acabou dando origem ao “pararraios de ponta”; este nome foi-lhe dado após a invenção do “pararraios tipo válvula”, utilizado nas redes elétricas.
O equipamento consiste de um conjunto contendo os seguintes componentes: uma haste para instalação no ponto mais alto do acidente a ser protegido; um cabo de grande bitola conectado a ela e à “haste de terra”, sendo esta enterrada. Os materiais utilizados deverão ser excelentes condutores de eletricidade, como o cobre; uma boa conexão deverá ser apresentada entre as peças, a fim de que seja reduzida ao máximo a resistência oferecida a uma eventual descarga para a terra, e que pode ser aferida com o emprego de instrumento denominado “megger”.
Tais equipamentos funcionam como uma larga avenida para a passagem dos raios, que parecem atraídos por eles; é como um grande guarda-chuva com varetas retas, formando estas um ângulo de 60º com a haste, de tal forma que torna impossível a precipitação de raios em qualquer ponto por ele abrangido que não a extremidade do pararraios.
Pelo o até aqui exposto, é destituído de fundamento o dito popular segundo o qual “um raio não cai 2 vezes no mesmo lugar”; ao contrário, ele cairá 2, 3 ou muito mais vezes nos locais que lhe sejam favoráveis. Se o ditado fosse verdadeiro, não faria sentido algum a instalação de pararraios.
Quando há um acúmulo de eletricidade na atmosfera muito próximo de um pararraios, descargas invisíveis irão ocorrer continuamente através dele,tendendo a esvaziar o potencial elétrico das nuvens; neste caso, o equipamento funcionará como uma válvula de pressão, em tudo semelhante à de uma panela.
Além de danos materiais, caracterizados principalmente por provocarem incêndios e queima de aparelhos elétricos, os raios podem provocar a morte e queimaduras em pessoas e animais. Raramente a descarga atinge diretamente uma pessoa, na maioria das vezes, os acidentes são causados por seus efeitos secundários, como os que serão descritos a seguir.
Quando uma descarga elétrica atinge uma árvore, haverá ainda uma tensão residual da ordem de 5.000 volts no pé do tronco; nestas condições, correntes elétricas escoar-se-ão radialmente pela superfície do solo, por ser este o caminho mais fácil, fazendo com que a referida tensão venha a esgotar-se na extremidade de uma circunferência de cerca de 20 metros de diâmetro. Isto significa que, de metro em metro na direção do centro para a extremidade, haverá uma tensão de aproximadamente 500 volts entre dois pontos consecutivos. Nestas condições, um animal como um boi ou um cavalo que esteja sob a árvore levará um choque da mesma intensidade se estiver com a cabeça ou cauda voltada para o seu tronco, sem prejuízo do que poderá levar nas posições intermediárias, já que a distância entre as patas anteriores e posteriores de tais animais é aproximadamente de 1 metro. A eletrocussão desta forma é muito comum, e não carboniza a vítima; a morte dar-se-á por parada cardíaca. Basta uma corrente de alguns miliamperes para matar uma pessoa ou um destes animais, desde que ela ofenda um órgão vital, como o coração ou o cérebro. O mesmo pode acontecer em relação às cercas metálicas.
As linhas de transmissão de energia elétrica são muito sujeitas a receber tais descargas, uma vez que, para encurtar distâncias, costuma romper por grandes elevações do terreno. A proteção daquelas mais extensas e com tensões mais elevadas é feita por um cabo estirado e fixado no ponto mais alto das torres; por ser aterrado em vários lugares do percurso, eles funcionam como um pararraios. Nas subestações e nas redes de distribuição são instalados os “pararraios tipo válvula” para proteger os disjuntores, transformadores e outros equipamentos.
Um raio introduz nos circuitos elétricos uma onda ou surto de tensão que se sobrepõe à de serviço; a função destes pararraios é deixar escoar para a terra apenas o excesso de tensão; contudo, algumas vezes uma parte deste surto chega a atingir as instalações dos consumidores, queimando circuitos e aparelhos elétricos, podendo ainda causar danos a pessoas.
A manutenção de pararraios limita-se à verificação periódica da continuidade do circuito e do controle da resistência de aterramento, a qual deve ser mantida abaixo do limite estabelecido em norma técnica. Quando tal limite á atingido ou ultrapassado, providências devem ser tomadas visando a sua redução. Na maioria das vezes, é suficiente derramar água salgada junto à haste de terra; se isto não der resultado, a haste deverá ser limpa, lixada ou, até, substituída ou ter sua ação reforçada com a instalação de outra.
Sem dúvida, as descargas elétricas atmosféricas envolvem riscos para as pessoas. A própria leitura das linhas precedentes permitem os cuidados que precisam ser tomadas durante as tempestades, dentre as quais destacam-se:
- desligar, na tomada ou na chave, todos os equipamentos elétricos;
- procurar sempre um abrigo seguro que não seja uma árvore frondosa;
- jamais tomar banho, mesmo frio, onde haja chuveiro elétrico;
- não se expor em áreas planas, como em um campo de futebol ou em uma embarcação no mar;
- não ficar exposto em locais muito altos;
- não se apoiar em postes e torres;
- não se aproximar de instalações elétricas industriais.
O fato de estar aumentando o número de intempéries atmosféricas não deve ser motivo de maiores preocupações no que se refere aos raios; eles continuarão caindo onde sempre caíram, pois o aquecimento global ainda não tem o condão de alterar as leis da física.
Um comentário:
ah valeu, seu texto me ajudou muito no meu trabalho de fisica, mto obrigado mesmo. *-*
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