Rayo (descarga eléctrica): definición, causas y efectos

Rayo (descarga eléctrica): qué es, causas, efectos y riesgos. Descubre cómo se forman, cuántos caen al año, daños y medidas de protección ante tormentas.

Para el equipo de la NHL, véase Tampa Bay Lightning

Para el caza de la Segunda Guerra Mundial, véase P-38 Lightning

El rayo es una potente descarga eléctrica que se produce durante una tormenta. La corriente eléctrica calienta mucho el aire. El aire súbitamente calentado se expande muy rápidamente, lo que provoca los truenos. A veces los rayos se producen entre las nubes. A veces (en la lluvia) el rayo va de la nube al suelo. Si va de la nube al suelo, puede golpear a una persona. Alrededor de 2000 personas son alcanzadas por un rayo cada año. Cada segundo caen sobre la Tierra entre 50 y 100 rayos. Un rayo ha caído en el Empire State Building hasta 500 veces al año.

Cuando cae un rayo, la superficie roza los electrones del rayo y una chispa de electricidad sale disparada desde el rayo hasta la superficie. En una tormenta eléctrica, la nube inferior tiene hasta 100 millones de voltios de electricidad. Esta electricidad se emite dentro de la nube, hacia el suelo, hacia otra nube o hacia el aire. Se sabe que los relámpagos viajan desde el suelo hasta la nube. En 1993, los científicos descubrieron rayos que salían disparados hacia arriba desde la parte superior de una nube cumulonimbus.

La gente puede fabricar y estudiar los rayos con una bobina de Tesla o un generador de Van de Graaff.

¿Qué es un rayo y cómo se forma?

Un rayo es una descarga eléctrica muy rápida y de gran intensidad que iguala diferencias de carga eléctrica entre regiones de la atmósfera, entre nubes o entre una nube y la Tierra. Dentro de una tormenta se produce separación de cargas: las partículas de hielo, agua y gotas chocan y transfieren carga eléctrica, dejando una parte de la nube con carga negativa y otra con carga positiva. Cuando la diferencia de potencial es suficientemente grande, el aire deja de ser un aislante y se forma una descarga.

El proceso típico (simplificado) incluye:

• Descarga inicial (stepped leader): se propaga desde la nube en pasos ionizados hacia la Tierra en fracciones de segundo.
• Retorno o impulso principal (return stroke): cuando el líder encuentra un canal conductor desde la superficie, una corriente intensa viaja de la Tierra hacia la nube y produce el brillo visible del relámpago.
• Multiplicidad de pulsos: un mismo rayo puede consistir en varios impulsos, cada uno con una millonésima de segundo de duración, y con intervalos cortos entre ellos.

Las corrientes en un rayo suelen alcanzar decenas de kiloamperios (kA) y las temperaturas del canal pueden superar los 20 000–30 000 °C, más calientes que la superficie del Sol; esa elevadísima temperatura provoca la rápida expansión del aire y, por consiguiente, el sonido del trueno.

Tipos de rayos

• Intracumulus (IC): dentro de la misma nube.
• Cumulonimbus a cúmulonimbus (CC): entre nubes.
• Nube a suelo (CG): desde la nube hasta la superficie; puede ser negativa (la más común) o positiva (menos frecuente pero más energética y peligrosa).
• Suelo a nube (GC): rayos que se inician en objetos altos y suben hacia la nube (rayos ascendentes).
• Cloud-to-air (CA): descarga hacia el aire circundante.
• Fenómenos transitorios altos: sprites, jets y elves, que ocurren por encima de las nubes de tormenta y se observan en la mesósfera y la ionosfera.

Efectos y daños

Los efectos de un rayo pueden ser:

• Sobrecargas eléctricas: daño a instalaciones eléctricas, transformadores y equipos electrónicos por corrientes y sobretensiones.
• Incendios: los impactos pueden encender árboles, edificios o combustibles.
• Daños estructurales: agujeros, fracturas o daños por onda de choque.
• Lesiones humanas: quemaduras, paro cardíaco, daño neurológico, pérdida de la audición por el trueno o lesiones secundarias (caídas, fracturas).
• Impacto en la aviación y navegación: puede afectar electrónica y navegación; por eso aeronaves y barcos siguen procedimientos de seguridad.

Seguridad y prevención

Para reducir el riesgo durante una tormenta eléctrica:

• Busca refugio en un edificio cerrado y con protección contra rayos. Evita refugiarte bajo árboles aislados o en estructuras abiertas.
• Si estás en un vehículo cerrado con techo metálico, permanece dentro con las ventanillas cerradas; el vehículo actúa como una jaula de Faraday mientras no toques partes metálicas conectadas al exterior.
• No te acerques al agua (lagos, piscinas, duchas) ni uses aparatos eléctricos enchufados durante la tormenta.
• Aplica la regla 30/30: si el tiempo entre el relámpago y el trueno es menor de 30 segundos, busca refugio; espera al menos 30 minutos desde el último trueno para salir.
• En exteriores, evita objetos altos y extensiones metálicas; agáchate manteniendo los pies juntos si no hay refugio disponible (posición de menor riesgo).

Pararrayos y protección de instalaciones

Los pararrayos y sistemas de puesta a tierra dirigen la corriente de un impacto hacia el suelo con conductores adecuados, reduciendo daños. Para edificios e instalaciones críticas se usan además limitadores de sobretensión (surge protectors), sistemas de protección en líneas eléctricas y puestas a tierra bien diseñadas.

Primeros auxilios si alguien es alcanzado por un rayo

• Trasladar a la persona a un lugar seguro solo si no hay peligro para el rescatador.
• Comprobar respiración y pulso; llamar a los servicios de emergencia inmediatamente.
• Si no respira y no tiene pulso, iniciar RCP (reanimación cardiopulmonar) hasta que llegue ayuda.
• Tratar quemaduras con cuidados básicos (agua fría, cubrir con apósitos limpios) y evitar manipular lesiones cervicales a menos que sea necesario para la respiración.

Investigación y estudio de los rayos

Los rayos se estudian con redes de detección (sistemas que localizan impactos por tiempo de llegada), cámaras de alta velocidad, sensores de campo eléctrico y experimentos controlados (por ejemplo, lanzamiento de pequeños cohetes con cable para "provocar" descargas). Además, dispositivos como la bobina de Tesla o el generador de Van de Graaff se usan en laboratorio para generar descargas de alto voltaje y estudiar fenómenos eléctricos a menor escala.

Datos y curiosidades

• Cada segundo caen en la Tierra entre 50 y 100 rayos, lo que corresponde a miles de millones de descargas al año.
• El Empire State Building es famoso por ser alcanzado con frecuencia —se estima que puede recibir cientos de impactos por año (datos históricos hablan de hasta 500).
• Algunos rayos "positivos", originados en la parte superior de las nubes, son especialmente potentes y pueden viajar grandes distancias hasta el suelo.
• En 1993 se documentó que existen rayos que se originan ascendiendo desde la superficie o estructuras altas hacia la nube, algo importante para la seguridad de antenas y edificios altos.

Resumen

El rayo es un fenómeno natural de descarga eléctrica con gran energía y efectos potencialmente peligrosos. Comprender su formación, tipos y riesgos permite tomar medidas preventivas (pararrayos, refugio, buenas prácticas) y actuar con seguridad en caso de tormenta. La investigación continúa mejorando nuestra capacidad para predecir, detectar y protegernos contra las descargas eléctricas atmosféricas.

Preguntas y respuestas

P: ¿Qué es un rayo?

P: ¿Qué causa los truenos durante una tormenta eléctrica?

P: ¿Los rayos sólo se producen entre las nubes?

P: ¿Cuántas personas son alcanzadas por un rayo cada año?

P: ¿Cuántos rayos caen sobre la Tierra cada segundo?

P: ¿Qué famoso edificio ha sido alcanzado por un rayo hasta 500 veces al año?

P: ¿Cómo puede la gente fabricar y estudiar los rayos?

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