¿Cómo funciona un Pararrayos? Ionización y descarga en corona

Antes de comenzar con ésta publicación, quiero desearles un feliz año nuevo 2022, que este año que recién comenzamos este cargado de infinitas bendiciones y que Dios primeramente les conceda salud, amor y prosperidad, que se puedan cumplir cada uno de los anhelos de sus corazones y que esta plataforma siga consolidándose y creciendo cada día más.

Ahora bien, si recordamos un poco publicaciones anteriores estuvimos desarrollando el tema de potencial eléctrico, resulta que este tema tiene diversas consecuencias prácticas y resulta que una de ellas tiene que ver con el potencial máximo al que se puede elevar un conductor en presencia de aire. Este potencial tiene un límite porque las moléculas de aire se ionizan y el aire se convierte en conductor a una magnitud de campo eléctrico aproximado de 3 x 10 exp 6 V/M. De momento podemos suponer una esfera conductora solida de radio R la cual tiene una carga total q, si hallamos el potencial en todas partes, tanto afuera como adentro de la esfera, vemos que el resultado es

Cuando comparamos esta expresión en términos del potencial Vsuperficie y la magnitud del campo Esuperficie en la superficie de una esfera conductora con carga, se advierte que

De este modo, si Em representa la magnitud del campo eléctrico a la que el aire se torna conductor (también conocido como la resistencia dieléctrica del aire), entonces el potencial máximo Vm al que se puede elevar un conductor esférico es.

En el caso de una esfera conductora de 1 cm de radio en el aire,

Por más que se “cargue” una esfera conductora de este tamaño en presencia de aire, no se puede elevar su potencial a más de aproximadamente 30.000 V; si se intenta elevar más aún el potencial agregando carga adicional, el aire circundante se ioniza y se hace conductor y la carga adicional agregada se fuga hacia el aire.

Con el fin de alcanzar potenciales aún mayores, las maquinas de alto voltaje como los generadores de van de graaff utilizan bornes esféricos de radios muy grandes. Por ejemplo, un borne de radio R = 2 m tiene un potencial máximo de 6 MV. En ciertos casos las maquinas de este tipo se colocan en tanques a presión llenos de gas como el hexafluoruro de azufre, que tiene un valor de Em mas grande que el aire y, en consecuencia, soporta campos aún mayores sin hacerse conductor.

La expresión del potencial eléctrico de una esfera, explica también lo que ocurre con un conductor con carga que tiene un radio de curvatura muy pequeño, como una punta afilada o un alambre fino. Debido a que el potencial máximo es proporcional al radio, incluso potenciales relativamente pequeños aplicados a puntas agudos en el aire producen campos lo bastante grandes, inmediatamente afuera de la punta, para ionizar el aire circundante y convertirlo en conductor. La corriente resultante y el resplandor asociado a ella (visible en una habitación totalmente oscura) reciben el nombre de corona.

Es importante acotar que las impresoras laser y las maquinas fotocopiadoras utilizan la corona de alambres finos para rociar carga sobre el tambor formador de imágenes. En una escala mayor, los pararrayos tienen una punta aguda para que los rayos recorran en el aire un camino conductor que lleve hacia el pararrayos y no a otras estructuras cercanas que podrían sufrir daños. A fin de impedir que la carga adquirida por el pararrayos entre el edificio, un cable conductor enlaza el pararrayos con la tierra. Las antenas de radio de automóvil tienen una esfera en la puna que ayuda a prevenir la corona que provocaría la estática.

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