¿Cuánta energía hay en un rayo? (2023)

Durante la mayor parte de la historia humana, a la gente le han asustado los rayos. Como aterradoras descargas procedentes del cielo, los rayos eran una herramienta de los dioses para castigar a los mortales por su arrogancia (o su desafortunada tendencia a refugiarse de las tormentas bajo los árboles). El descubrimiento y uso del pararrayos de Benjamin Franklin domesticó a esta arma divina antes formidable.

No obstante, la fuerza de los rayos aún pervive en nuestra imaginación. Hollywood los considera lo bastante potentes para permitir que coches de extraño diseño de principios de la década de 1980 rompan el continuo espacio-tiempo. En el mundo de los cómics, es uno de los ingredientes de la receta para conseguir superpoderes. También se les ha conferido la capacidad de resucitar a los muertos, aunque no siempre con el resultado deseado.

¿Y cuánta energía hay de hecho en un rayo? Resulta difícil de responder en términos cuantitativos

¿Y cuánta energía hay de hecho en un rayo? Puede parecer que esta pregunta ya debería tener una respuesta definitiva, pero resulta difícil de responder en términos cuantitativos. En nuestras investigaciones, hemos abordado el asunto de un modo nuevo: hemos deducido la magnitud de un rayo a partir del tamaño de las rocas formadas por él.

Cálculos aproximados

Está claro que un rayo es muy potente: no hay más que fijarse en un árbol partido por la mitad para constatarlo. Los rayos generan temperaturas más altas que la de la superficie solar, por encima de 20.000 grados Celsius, temperatura que, por lo demás, es impensable para los seres humanos.

Esta medición de la temperatura ofrece un modo de calcular la energía de un rayo. Se requiere una determinada cantidad de energía para calentar el aire hasta una temperatura elevada. Si se mide la longitud de un rayo y esta se multiplica por la energía por metro necesaria para calentar el aire hasta decenas de miles de grados, se puede calcular la energía del rayo.

(Video) ¿Cuánta energía tiene un rayo? 💡 Sígueme la Corriente

También podemos abordar la medición de la energía de un rayo teniendo en cuenta el voltaje de una descarga. Un voltio es una medida de la cantidad de energía liberada cuando cada paquete de electrones pasa de un lado de un objeto a otro (por ejemplo, en una pila). Cuando cae un rayo, podemos averiguar el voltaje que genera en las líneas eléctricas cercanas, que oscila entre cientos de miles y millones de voltios. A partir de la Ley de Ohm, se puede calcular la potencia del rayo multiplicando el voltaje por el número de electrones que se mueven durante la descarga, lo que se conoce como corriente. Si conocemos la duración de esta descarga, podemos calcular la energía a continuación.

Un voltio es una medida de la cantidad de energía liberada cuando cada paquete de electrones pasa de un lado de un objeto a otro

Estos métodos conllevan una gran variedad de errores: calcular mal la longitud del rayo, equivocarse en la cantidad de gas calentado por metro, o en la temperatura, el voltaje o el número de electrones (todos ellos, errores bastante grandes en el contexto de este cálculo).

¿Existiría otra manera de calcular la energía de un rayo, que redujese algunos de estos errores? Las extraordinarias características geológicas de Florida ofrecen una vía interesante mediante la que responder a esa pregunta.

Rayos fosilizados

Florida suele ser una zona bastante aburrida para los amantes de las rocas. Hay arena y hay caliza. No mucho más, y todo es reciente, en términos geológicos. En algunos casos, la arena se depositó hace 15 millones de años y, en otros, hace cinco millones. Eso es mucha arena.

El clima de Florida es un poco más interesante; de hecho, es el estado de EE UU en el que caen rayos con más frecuencia. Muchas veces, estos rayos caen en la arena que cubre la superficie del estado. Cuando esto sucede, se forma una nueva clase de roca, llamada fulgurita (un tubo hueco que se forma cuando el rayo atraviesa la arena, la vaporiza y derrite el borde exterior. Cuando la arena se enfría, cosa que sucede enseguida, el tubo hueco se convierte en un vidrio que registra el recorrido del rayo. Por definición, una fulgurita es una roca metamórfica que, transformada por el calor y la presión, deja de ser arena y se convierte en algo nuevo.

(Video) ¿Cuánta energía descarga un rayo?

Las fulguritas suelen escasear, a menos que se sepa dónde buscar. El centro de la zona peninsular de Florida alberga varias minas de arena que proporcionan materia prima para la fabricación de carreteras, cemento, campos de golf y pistas deportivas. En uno de esos yacimientos, hemos encontrado varios centenares de fulguritas; más de 250 se encontraban en el suelo, y muchas más en montones de escombros, filtradas de la arena antes de que esta fuese cargada en camiones.

Una fulgurita es una roca metamórfica que, transformada por el calor y la presión, deja de ser arena y se convierte en algo nuevo

Estos yacimientos no son, de hecho, distintos de cualquier otra zona de Florida —no son una especie de imán para los rayos—, pero el entorno geológico es el adecuado para que se conserven durante mucho tiempo. Estas minas de arena probablemente contengan fulguritas acumuladas desde hace un millón de años. Son fáciles de encontrar: como el vidrio no es algo deseable en la arena comercial, en la mina lo filtran y lo desechan.

El grosor de las fulguritas oscila entre, aproximadamente, el del dedo meñique de un bebé y el del brazo de un hombre adulto. Las más gruesas tuvieron que formarse por el impacto de rayos con mucha más energía: una fulgurita más gruesa equivale a una mayor cantidad de arena vaporizada. La mayoría de las fulguritas que hemos encontrado son fragmentos cortos, aunque las más largas medían uno o dos metros.

Cálculos basados en las fulguritas

Se necesita una cantidad específica de energía para vaporizar la arena. Primero, la arena debe calentarse hasta los 1.700 °C, aproximadamente la temperatura de la lava fundida. A esta temperatura, la arena se derrite. La arena derretida se tiene que calentar a continuación hasta unos 3.000 °C, punto en el que se vaporiza. Hacen falta unos 15 megajulios de energía para calentar y vaporizar un kilogramo de arena. Es aproximadamente la cantidad de energía que una familia estadounidense media consume en seis horas, o la energía cinética que tendría un coche medio si se moviese a 483 kilómetros por hora.

Tras medir nuestras fulguritas, llegamos a la conclusión de que la energía media necesaria para formar esas rocas fue de al menos un megajulio por metro de fulgurita formada. Calculamos la energía por metro porque, nuevamente en la mayoría de los casos, las fulguritas que recogimos estaban rotas.

(Video) ¿Cuánta energía tienen los Rayos? ⚡⛈️ ¿Se puede Atrapar un Rayo para usar su Energía?

Hacen falta unos 15 megajulios de energía para calentar y vaporizar un kilogramo de arena

Así que, según nuestros cálculos, ¿cuánto se acerca Hollywood con cálculos como los de Regreso al futuro, de 1,21 gigavatios de potencia en un rayo? La potencia es la energía en función del tiempo, y nuestras mediciones de las fulguritas indican que con megajulios de energía se forman rocas en milmillonésimas de segundo. De modo que un gigavatio se queda corto en realidad; la potencia de un rayo podría ser 1.000 veces superior, con lo que llegaría al teravatio, aunque el valor medio seguramente sea de decenas de gigavatios.

Con esa energía se proporcionaría electricidad a unos 1.000 millones de casas, aunque solo durante unas millonésimas de segundo. Por desgracia, dada su esporádica e impredecible naturaleza, ninguna red eléctrica podrá nunca aprovechar los rayos de forma eficaz. Pero con tantísima energía, puede que romper el continuo espacio-tiempo en un Delorean tuneado no sea tan inviable, después de todo...

Una singularidad en el patrón

Cuando estudiamos a fondo las fulguritas, los datos arrojaron un resultado extraño. Nuestras mediciones de energía seguían lo que se conoce como un patrón “logarítmico normal”.

En el caso de los rayos, los grandes eran mucho mayores que la media, mientras que los más pequeños no eran mucho más pequeños que la media

En lugar de seguir la curva en forma de campana que suele tener la distribución de los fenómenos naturales —por ejemplo, la estatura de los hombres estadounidenses—, la curva de la energía presentaba un equilibrio más desigual. En el caso de la altura, hay el mismo número de hombres situados cinco centímetros por encima y cinco centímetros por debajo de la estatura media. Pero, en el caso de los rayos, los grandes eran mucho mayores que la media, mientras que los más pequeños no eran mucho más pequeños que la media. Los rayos que duplicaban la media eran tan frecuentes como los que se correspondían con la mitad de la media.

(Video) ¿Podemos capturar la energía de un rayo?

Ahora bien, ¿qué interés o utilidad podría tener este hallazgo? Medir la energía de los rayos es una forma de medir los daños que pueden causar: si un rayo es capaz de vaporizar una roca, ¿qué haría con la madera o los aparatos electrónicos? Nuestras mediciones ponen de manifiesto que los rayos más grandes son múltiplos de los rayos de magnitud media: uno grande puede ser 20 veces mayor que uno medio, lo cual es mucho para un sistema de protección antirrayos. La energía máxima calculada mediante nuestro método de las fulguritas nos da una idea del daño máximo que podemos esperar y, en última instancia, nos permite estar mejor preparados para las peores situaciones posibles.

Matthew Pasek es Catedrático adjunto de Ciencias Geológicas (Universidad del Sur de Florida).

Cláusula de divulgación: Matthew Pasek recibe financiación de la sección de Exobiología y Biología Evolutiva de la NASA (beca NNX14AN96G).

Este artículo fue publicado originalmente en inglés en la web The Conversation.

Traducción de News Clips.

FAQs

¿Qué cantidad de energía tiene un rayo? ›

Se calcula que un rayo, en una sola descarga, puede alcanzar hasta los 10.000 millones de julios de energía, con una corriente de 200.000 amperios y 100 millones de julios. ¡El aire de alrededor puede alcanzar los 20.000 grados! Una temperatura tres veces más alta que la superficie solar.

¿Cómo obtener energía de un rayo? ›

Cuando un rayo impacta sobre la estructura de grafeno, esta conduce la electricidad por canales hasta las baterías, que se utilizan para dividir el agua en oxígeno e hidrógeno y almacenar la potencia obtenida en forma de pila de combustible.

¿Qué potencia en KW tiene un rayo? ›

El récord de electricidad producida por un rayo de tormenta está en 1.300 millones de voltios. Algo así como la energía suministrada por una cadena de diez millones de enchufes domésticos.

¿Cuántos julios tiene un rayo? ›

De manera aproximada, si un rayo mide unos 5km de longitud x 1cm de anchura, puede descargar entre 1.000 y 10.000 millones de julios de energía, con una corriente de hasta 200.000 amperios y 100 millones de voltios.

¿Qué contiene el rayo? ›

El rayo, que está más comúnmente asociado con tormentas eléctricas, es un gigantesco arco eléctrico de electricidad estática por el que se forma un canal conductor y se transfieren cargas eléctricas.

¿Cuántos MW tiene un rayo? ›

Un solo rayo lleva una cantidad relativamente grande de energía: aproximadamente 5 mil millones de julios, o aproximadamente la energía almacenada en 145 litros de gasolina, que es 4,739,085.6 BTU o 1.388 MW de energía.

¿Cuántos amperios tiene un rayo? ›

Si hablamos de magnitudes, los rayos alcanzan números realmente llamativos: picos de corriente de 200.000 amperios y decenas de culombios de carga a una tensión de cientos de millones de voltios.

¿Cuántos voltios puede soportar el ser humano? ›

En estos casos, el cuerpo humano soporta unos 220-250 voltios (V) y corrientes continuas desde 2,5 hasta 16 amperios (A).

¿Cuántos hogares puede alimentar un rayo? ›

Con esa energía se proporcionaría electricidad a unos 1.000 millones de casas, aunque solo durante unas millonésimas de segundo.

¿Cuánto pesa un rayo de luz? ›

Las partículas de luz, los fotones, tienen masa cero cuando están parados, es decir, su masa es nula en reposo. Si no fuera así, su masa, por pequeña que fuera, crecería como la de la bala y jamás llegaría a alcanzar la velocidad de la luz.

¿Cuántas bombillas puede encender un rayo? ›

Tal vez te quedes con una sensación un tanto indiferente, pero partiendo de que una bombilla normal de bajo consumo necesita unos 80W, podrían encenderse 2,5·1011 bombillas durante un segundo.

¿Qué es lo que produce los rayos? ›

Un rayo ocurre cuando la electricidad viaja entre cargas eléctricas opuestas dentro de la nube, entre las nubes, o de la nube al suelo.

¿Qué tipo de corriente es un rayo? ›

En el estudio y cálculo de sobretensiones un rayo puede ser visto como una fuente de corriente que puede tener polaridad positiva, negativa o ambas en una misma descarga, lo que se conoce como onda bipolar.

¿Qué tipo de electricidad es un rayo? ›

El rayo es una corriente consecuencia de una diferencia de potencial entre la Tierra y las nubes. Dada las características del mismo y su enorme potencial, yo lo clasificaria como una Corriente continua, ya que no tiene posibilidad de cambiar de polaridad en el tiempo en que se manifiesta.

¿Cómo se mide la intensidad de un rayo? ›

De acuerdo con Pasek, la energía liberada por un rayo se mide en megajulios, también expresada como MJ / m. "Por ejemplo, un solo megajulio es equivalente a alrededor de 200 calorías de alimentos, o la energía de microondas dejando actuar durante 20 minutos para cocinar los alimentos", explica.

¿Qué pasa si un rayo cae en el agua? ›

El riesgo eléctrico ocurre tanto en casos de tormenta eléctrica sin lluvia, como en caso de lluvia. Si el rayo impacta en la barandilla de las escaleras, o en objetos conductores que están en contacto o muy cerca del agua, la electricidad pasará a la piscina.

¿Qué pasa si un rayo cae en el mar? ›

La respuesta es no. Bañarse en el mar durante una tormenta conlleva cierto riesgo, existiendo la posibilidad de quedar electrocutado. El rayo provoca en la superficie marina una gran dispersión de energía, debido a la evaporación instantánea de parte del agua.

¿Dónde caen los rayos? ›

Los rayos frecuentemente hacen descarga fuera de las áreas de lluvia fuerte y pueden caer a hasta 10 millas del lugar donde llueve. Muchas muertes causadas por rayos se producen antes de que llegue la tormenta o cuando parece que ya ha pasado.

¿Cuál es el tipo de energía? ›

Existen dos tipos fundamentales de energía: potencial y cinética. De estos dos tipos de energía se derivan las otras manifestaciones de energía que conocemos. Por otro lado, según la ley de conservación de la materia, la energía potencial se transforma en energía cinética y viceversa.

¿Cuánto es la energía del sol? ›

Por ejemplo, el Sol con una temperatura media de 5800°K en su superficie emite aproximadamente 64 millones W/m2, 165000 veces más energía que la Tierra (la cual emite cerca de 390 W/m2) con una temperatura media en superficie de 288°K= 15ºC, cifra obtenida al utilizar la ley de Stefan-Boltzmann relacionando estas ...

¿Cuántos electrones hay en un rayo? ›

Corriente del Rayo

Según Williams, el rayo puede transferir tipicamente 1020 electrones en una fracción de segundo, desarrollando una corriente de pico de hasta 10 kiloamperios.

¿Qué pasa si toco 110 voltios? ›

Cuando el cuerpo humano entra en contacto directo con una fuente de electricidad, la corriente lo atraviesa, produciendo lo que se llama un choque eléctrico. Dependiendo del voltaje de la corriente y la duración del contacto, este choque puede causar desde una incomodidad leve hasta lesiones graves e incluso la muerte.

¿Qué pasa si tocas 220v? ›

En ese caso la intensidad que la atravesará será muy alta: 220/1.000 da 220 miliamperios. Esta descarga es lo suficientemente alta como para producir dolor, parada respiratoria, contracciones musculares involuntarias y, en casos extremos, la muerte.

¿Qué pasa si toco 100 voltios? ›

Parálisis respiratoria temporal y probables quemaduras.

¿Por qué los rayos pueden ser letales? ›

No se tumbe en el suelo.

Los rayos crean corrientes eléctricas en la superficie de la tierra que pueden ser mortales, aun a más de unos 30 metros de donde caen. No es seguro estar al aire libre durante una tormenta eléctrica; rápidamente busque refugio.

¿Cómo queda el cuerpo después de un rayo? ›

La enorme potencia puede causar un traumatismo brutal. Este traumatismo puede producirse de dos formas: el rayo puede caer directamente sobre la persona o también puede caer en el suelo cerca de ella, y, en este caso, como el rayo entra por los pies, las lesiones se producen de abajo hacia arriba.

¿Qué tipo de corriente es un rayo? ›

En el estudio y cálculo de sobretensiones un rayo puede ser visto como una fuente de corriente que puede tener polaridad positiva, negativa o ambas en una misma descarga, lo que se conoce como onda bipolar.

¿Qué tipo de electricidad es un rayo? ›

El rayo es una corriente consecuencia de una diferencia de potencial entre la Tierra y las nubes. Dada las características del mismo y su enorme potencial, yo lo clasificaria como una Corriente continua, ya que no tiene posibilidad de cambiar de polaridad en el tiempo en que se manifiesta.

¿Qué tipo de energía transfiere el rayo al ambiente? ›

Normalmente, los relámpagos descargan sobre 30.000 amperios, hasta unos 100 millones de Volts (Voltios), y emiten luz, ondas de radio, rayos X, e incluso rayos gamma. ​ Las temperaturas del plasma en un rayo puede acercarse a los 28.000 kelvin y las densidades electrónicas pueden superar el 1024/m³.

¿Qué tipo de energía posee? ›

Se pueden distinguir siete tipos de energía.
  1. Energía electromagnética. Es una forma de energía radiante que se propaga como una onda. ...
  2. Energía química. ...
  3. Energía térmica. ...
  4. Energía eléctrica. ...
  5. Energía cinética. ...
  6. Energía nuclear. ...
  7. Energía gravitacional.

¿Cuántos electrones hay en un rayo? ›

Corriente del Rayo

Según Williams, el rayo puede transferir tipicamente 1020 electrones en una fracción de segundo, desarrollando una corriente de pico de hasta 10 kiloamperios.

¿Cómo se mide un rayo? ›

Por lo tanto, para calcular la distancia aproximada, hay que contar los segundos que pasan entre que se ve el relámpago y se escucha el trueno. Después, se tiene que dividir este tiempo entre tres, porque la luz y el sonido viajan a distinta velocidad.

¿Cuántos voltios puede soportar el ser humano? ›

En estos casos, el cuerpo humano soporta unos 220-250 voltios (V) y corrientes continuas desde 2,5 hasta 16 amperios (A).

¿Cuánto pesa un rayo de luz? ›

Las partículas de luz, los fotones, tienen masa cero cuando están parados, es decir, su masa es nula en reposo. Si no fuera así, su masa, por pequeña que fuera, crecería como la de la bala y jamás llegaría a alcanzar la velocidad de la luz.

¿Dónde caen los rayos? ›

Los rayos frecuentemente hacen descarga fuera de las áreas de lluvia fuerte y pueden caer a hasta 10 millas del lugar donde llueve. Muchas muertes causadas por rayos se producen antes de que llegue la tormenta o cuando parece que ya ha pasado.

¿Por qué cae un rayo? ›

Las tormentas eléctricas nacen en las grandes nubes que por temporada de verano van acumulando energía, hielo y agua. Las gotas de lluvia y los cristales de hielo se empiezan a frotar y a chocar entre sí, produciendo pequeñas gotas eléctricas que están cargadas de corrientes con energí a positiva o negativa.

¿Cómo se puede medir la energía? ›

La energía se puede medir y se mide en julios (J) según el Sistema Internacional de Unidades. El julio se define como el trabajo realizado por una fuerza de un newton en un desplazamiento de un metro en la dirección de la fuerza.

¿Cómo se produce la energía? ›

Generación de energía: la electricidad se crea en centrales capaces de obtener energía eléctrica a partir de energías primarias. Las llamadas energías primarias renovables son el viento, la radiación solar, las mareas... y las no-renovables son el carbón, el gas natural, el petróleo...

¿Dónde se encuentra la energía? ›

En la Tierra, casi toda la energía que utiliza el hombre tiene su origen en el sol. La gran cantidad de energía que este produce llega a nuestro planeta en forma de radiación electromagnética que nos da luz y calor, y de esta manera hace posible la vida en nuestro planeta.

¿Qué sirve la energía? ›

La energía se utiliza para realizar trabajos. Necesitamos energía para subir una montaña, o utilizamos energía cuando comemos y notamos que estamos creciendo. La energía produce movimiento. Cuando vemos que un objeto se está moviendo, sabemos que se está utilizando energía.

¿Dónde se ve la electricidad? ›

La electricidad la conforman electrones en movimiento que se observan en la naturaleza en forma de rayos, en las anguilas y aún en el pequeño arco eléctrico o golpe que uno recibe al tocar la perilla de una puerta.

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(Espectro Canal UCR)
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Author: Patricia Veum II

Last Updated: 02/13/2023

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