Quebra da Rigidez Dielétrica do Ar

A formação do campo elétrico nas nuvens acontece através do movimento de partículas de gelo e gotas d’água quando estão se movendo para cima e para baixo dentro da nuvem. Quando essas partículas se chocam umas com as outras, podem arrancar elétrons e ficar carregadas. As cargas positivas e negativas então são separadas por ventos ascendentes e pela gravidade, formando o campo elétrico. Segundo estudos apresentados por Dwyer apud Silva (2009), décadas de medições feitas dentro das nuvens raramente encontram campos acima de 200 kV/m, sendo esse valor pequeno para que haja a quebra da rigidez do ar (4 kV/mm, ou 20 vezes mais!).
Até há pouco, os cientistas se concentravam em duas explicações para solucionar esta questão. A primeira é a de que é possível que campos elétricos mais fortes existam em tempestades, mas apenas em volumes relativamente pequenos, tornando-os difíceis de medir. Embora um cenário desses não possa ser checado por observação, ele não é de todo satisfatório, porque dessa forma substitui-se um problema por outro: como as nuvens produzem forte campo elétrico em espaço tão pequeno?
A segunda explicação vem de experimentos de laboratório que mostram que o campo elétrico necessário para produzir uma descarga é reduzido substancialmente quando há pingos ou partículas de gelo no ar, como nas tempestades. Infelizmente, a adição de chuva ou gelo compensa apenas parte da discrepância; os campos nas tempestades ainda parecem muito fracos para gerar uma descarga convencional.
Há uma hipótese sendo considerada para a formação da descarga atmosférica: a quebra da rigidez desenfreada. A figura abaixo resume o fenômeno.

 

Esta teoria aponta que apenas um campo elétrico com apenas um décimo do porte daquele necessário para uma quebra de rigidez convencional em ar seco. Em altitudes de tempestades, com pequena densidade do ar, o campo necessário para a quebra de rigidez desenfreada é de cerca de 150 kV/m, dentro da faixa de valores medidos no interior de nuvens. Talvez não seja coincidência que o campo elétrico máximo observado nas nuvens e o campo necessário para a quebra de rigidez desenfreada sejam parecidos.
Um modo de comprovar esta teoria é a detecção de raios X, pois estes são produzidos nesta quebra por avalanche. Estudos desta natureza vem sendo feitos desde 1930 e os resultados mais animadores só começaram a surgir em 2001! Está ficando claro que a quebra de rigidez desenfreada é um fenômeno comum na atmosfera. Isto pode ser o desfecho da explicação para a quebra da rigidez dielétrica do ar em descargas atmosféricas.

Referência: SILVA, Valeria Cristiane. Sensor para Medição de Campo Elétrico. Dissertação de Mestrado - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação. Campinas, SP: 2009.