MICHEL 0

ELECTRICIDAD TERRESTRE

MTODOS ELCTRICOS I

AUTORES

Diamantes finos

Carrillo Gonzlez Larissa michel

Fonseca Godoy mara Fernanda

Gmez gallegos Yesica Daniela

Njera loredo Karla Ivonne

Maya Herbert Hctor Ivn

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA

INGENIERA EN GEOCIENCIAS GOC-1020

SATCA: 2-2-4

1

Contenido

INTRODUCCIN .................................................................................................................. 2

Qu es la electricidad? .................................................................................................. 3

ELECTRICIDAD TERRESTRE ............................................................................................ 4

Corrientes de la Tierra ........................................................................................................ 4

Carga en la superficie terrestre ........................................................................................... 4

Magnetismo Terrestre ............................................................................................................. 5

El Efecto Dinamo ................................................................................................................... 6

Corrientes telricas ................................................................................................................. 8

Teora elctrica de una tormenta ............................................................................................ 9

Qu es el rayo? ................................................................................................................ 10

Formacin de las tormentas elctricas .............................................................................. 11

Formacin del rayo ........................................................................................................... 12

El trueno ........................................................................................................................... 14

Tormenta elctrica: truenos y rayos ................................................................................. 14

Produccin de los truenos ............................................................................................. 15

Ionosfera ............................................................................................................................... 16

Caractersticas ............................................................................................................... 16

Regiones de la ionosfera ............................................................................................... 17

Campo Geomagntico (GMF) ...................................................................................... 18

2

INTRODUCCIN

La Tierra se comporta como un enorme imn. El fsico y filsofo natural ingls William

Gilbert fue el primero que seal esta similitud en 1600, aunque los efectos del magnetismo

terrestre se haban utilizado mucho antes en las brjulas primitivas.

El magnetismo de la Tierra es el resultado de una dinmica, ya que su ncleo de hierro de la

Tierra no es slido.

Por otra parte, en la superficie terrestre y en la atmsfera se generan diversas corrientes

elctricas producidas por diversas causas, adems de un intercambio constante de electricidad

entre el aire y la Tierra.

La Tierra posee un poderoso campo magntico, como si el planeta tuviera un enorme imn

en su interior cuyo polo sur estuviera cerca del polo norte geogrfico y viceversa. Aunque

los polos magnticos terrestres reciben el nombre de polo norte magntico (prximo al polo

norte geogrfico) y polo sur magntico (prximo al polo sur geogrfico), su magnetismo real

es el opuesto al que indican sus nombres. Las posiciones de los polos magnticos no son

constantes y muestran notables cambios de ao en ao. Cada 960 aos, las variaciones en el

campo magntico de la Tierra incluyen el cambio en la direccin del campo provocado por

el desplazamiento de los polos. El campo magntico de la Tierra tiene tendencia a trasladarse

hacia el Oeste a razn de 19 a 24 km por ao.

Figura 4.1 Campo magntico terrestre.

El magnetismo de la Tierra es el resultado de una dinmica, ya que su ncleo de hierro de

la Tierra no es slido.

3

Qu es la electricidad?

Ahora s se puede definir la misma como una propiedad de carcter fsico que se evidencia

por medio de la atraccin o el rechazo que se causan entre s los diversos componentes que

constituyen la materia.

La capacidad de producir electricidad no solamente la tiene el hombre, ya que la naturaleza

la genera cuando ocurre una tormenta, en cuyo caso se manifiesta una importante

transferencia de energa entre un rea de la atmsfera y la superficie terrestre, fenmeno que

se hace evidente en forma de rayo.

Terrestre: Se utiliza el trmino terrestre para calificar a todo objeto, elemento, situacin o

fenmeno que tenga que ver con el planeta Tierra.

4

ELECTRICIDAD TERRESTRE

Electricidad terrestre Se conocen tres sistemas elctricos generados por procesos naturales.

Uno est en la atmsfera. Otro est dentro de la Tierra, fluyendo paralelo a la superficie, y el

tercero, que traslada carga elctrica entre la atmsfera y la Tierra, fluye en vertical.

La electricidad atmosfrica, excepto aquella que se asocia con cargas dentro de una nube y

ocasiona el relmpago, es el resultado de la ionizacin de la atmsfera por la radiacin solar

y a partir del movimiento de nubes de iones conducidas por mareas atmosfricas. Las mareas

atmosfricas se producen por la atraccin gravitacional del Sol y la Luna sobre la atmsfera

de la Tierra (vase Gravitacin) y, al igual que las mareas ocenicas, suben y bajan a diario.

La ionizacin y, por consiguiente, la conductividad elctrica de la atmsfera cercana a la

superficie de la Tierra es baja, pero crece con rapidez al aumentar la altura. Entre los 40 y los

400 km por encima de la Tierra, la ionosfera constituye una capa esfrica casi perfectamente

conductora. La capa refleja las seales de radio de ciertas longitudes de onda, ya se originen

en la Tierra o lleguen a la Tierra desde el espacio. La ionizacin de la atmsfera vara mucho,

no slo con la altura sino tambin con la hora del da y la latitud. La ionosfera constituye una

capa esfrica casi perfectamente conductora.

Corrientes de la Tierra

Las corrientes de la Tierra constituyen un sistema mundial de ocho circuitos cerrados de

corriente elctrica distribuidos de una forma bastante uniforme a ambos lados del ecuador,

adems de una serie de circuitos ms pequeos cerca de los polos. La superficie de la Tierra

tiene carga elctrica negativa. La carga negativa se consumira con rapidez si no se repusiera

de alguna forma.

Carga en la superficie terrestre

La superficie de la Tierra tiene carga elctrica negativa. Aunque la conductividad del aire

cerca de la Tierra es pequea, el aire no es un aislante perfecto y la carga negativa se

consumira con rapidez si no se repusiera de alguna forma.

Cuando se han realizado mediciones con buen tiempo, se ha observado que un flujo de

electricidad positiva se mueve hacia abajo desde la atmsfera hacia la Tierra. La causa es la

carga negativa de la Tierra, que atrae iones positivos de la atmsfera. Aunque se ha sugerido

que este flujo descendente puede ser contrarrestado por flujos positivos ascendentes en las

regiones polares, la hiptesis preferida hoy es que la carga negativa se traslada a la Tierra

5

durante las tormentas y que el flujo descendente de corriente positiva durante el buen tiempo

se contrarresta con un flujo de regreso de la corriente positiva desde zonas de la Tierra que

experimentan tiempo tormentoso. Se ha comprobado que la carga negativa se traslada a la

Tierra desde nubes de tormenta y la relacin en la que las tormentas desarrollan energa

elctrica es suficiente para reponer la carga de la superficie. Adems, la frecuencia de

tormentas parece ser mayor durante el da, cuando la carga negativa aumenta con mayor

rapidez.

Magnetismo Terrestre

La Tierra posee un poderoso campo magntico, como si el planeta tuviera un enorme imn

en su interior cuyo polo sur estuviera cerca del polo norte geogrfico y viceversa. Aunque

los polos magnticos terrestres reciben el nombre de polo norte magntico (prximo al polo

norte geogrfico) y polo sur magntico (prximo al polo sur geogrfico), su magnetismo real

es el opuesto al que indican sus nombres. Las posiciones de los polos magnticos no son

constantes y muestran notables cambios de ao en ao. Cada 960 aos, las variaciones en el

campo magntico de la Tierra incluyen el cambio en la direccin del campo provocado por

el desplazamiento de los polos. El campo magntico de la Tierra tiene tendencia a trasladarse

hacia el Oeste a razn de 19 a 24 km por ao.

Los campos magnticos rodean a las corrientes elctricas, de modo que se supone que esas

corrientes elctricas circulantes, en el ncleo fundido de la Tierra, son el origen del campo

magntico. Un bucle de corriente genera un campo similar al de la Tierra. La magnitud del

campo magntico medido en la superficie de la Tierra es alrededor de medio Gauss. Las

lneas de fuerza entran en la Tierra por el hemisferio norte. La magnitud sobre la superficie

de la Tierra vara en el rango de 0,3 a 0,6 Gauss.

El campo magntico de la Tierra se atribuye a un efecto dinamo de circulacin de corriente

elctrica, pero su direccin no es constante. Muestras de rocas de diferentes edades en lugares

similares tienen diferentes direcciones de magnetizacin permanente. Se han informado de

evidencias de 171 reversiones del campo magntico, durante los ltimos 71 millones aos.

6

Aunque los detalles del efecto dinamo no se conocen, la rotacin de la Tierra desempea un

papel en la generacin de las corrientes que se suponen que son la fuente del campo

magntico. La interaccin del campo magntico terrestre con las partculas del viento

solar crea las condiciones para los fenmenos de auroras cerca de los polos.

El Efecto Dinamo

La simple pregunta "cmo obtiene la Tierra su campo magntico?" no tiene una respuesta

simple. Parece claro que la generacin del campo magntico est relacionada con la rotacin

de la Tierra, ya que Venus con una similar composicin de ncleo de hierro, pero con un

perodo de rotacin de 243 das terrestres, no tiene un campo magntico que pueda medirse.

Ciertamente, parece plausible que depende de la rotacin del hierro metlico lquido que

compone una gran parte del interior de ambos planetas. El modelo del conductor giratorio

nos lleva al "efecto dinamo" o "geodinamo", evocando la imagen de un generador elctrico.

La conveccin mueve el fluido del ncleo exterior y lo hace circular con relacin a la Tierra.

Esto significa que un material conductor de electricidad se est moviendo con respecto

al campo magntico de la Tierra. Si por alguna interaccin como por ejemplo la friccin entre

placas, se obtiene una carga elctrica, entonces se produce un bucle de corriente efectiva. El

campo magntico de un bucle de corriente, podra sostener el campo magntico de la Tierra,

de tipo de dipolo magntico. Las modelaciones a gran escala en ordenadores, estn

consiguiendo una simulacin realista de tal tipo de geodinamo.

7

8

Corrientes telricas

Alrededor de nuestro planeta existes unas

corrientes magnticas que recorren la tierra de

norte a sur. Estas corrientes magnticas son

causadas por el ncleo fundido de hierro (y otros

elementos) que circulan en el interior de la tierra y

que son las causantes de la llamada deriva

continental.

Qu es la corriente telrica hay que saber primero

que nuestro planeta tiene un campo magntico que se extiende desde el ncleo hasta el

espacio exterior, donde se va atenuando.

Las corrientes telricas son unas corrientes elctricas que se mueve bajo tierra o a travs del

ocano. Tienen una muy baja frecuencia, y corren muy cerca de la superficie terrestre.

Relacionadas con la actividad de las tormentas elctricas, ya que la acumulacin de cargas

elctricas en la superficie terrestre convierte a una lluvia en una tormenta elctrica.

Este campo tiene efectos electromagnticos que son los que crean la magnetosfera, una

especie de capa protectora magntica que nos protege del viento solar, un flujo de partculas

de alta energa que nos enva nuestra estrella, el Sol.

Tambin se puede capturar algo de esa corriente elctrica que transmiten, que aunque es

mnima, permite la creacin de bateras terrestres o el aprovechamiento de la electricidad

terrestre. En el siglo 18 se usaba estos sistemas para los telgrafos.

El Ombilicus Mundi u ombligo del mundo. Que es el punto desde el cual surgen y al cual

convergen todas estas corrientes telricas. Cuenta la leyenda que si alguien pudiese encontrar

ese centro, podra dominar la Tierra y cambiar su forma a placer, ya que se tendra control

completo sobre el clima y sobre la tectnica de placas.

Estn relacionadas con los llamados puntos telricos,

los cuales, segn ideas esotricas, son puntos de unin

que hasta podran permitir que se viaje entre ellos de

forma instantnea. Son los puntos donde se unen las

corrientes telricas.

9

Teora elctrica de una tormenta

Las tormentas son extremadamente complejas y no existe un modelo generalmente aceptado

que pueda ser utilizado para calcular la corriente liberada por ellas en el circuito elctrico

global. Un modelo muy difundido supone una distribucin bipolar en la nube, con un ncleo

de cargas positivas en la cima y otro de negativas en la base. Este modelo es el ms simple

pero a la vez el ms utilizado a la hora de explicar el circuito elctrico global. La gran mayora

de las nubes que se forman en la atmsfera se disipan sin producir ni precipitacin ni rayos.

Los iones que se mueven rpidamente dentro de la nube son atrapados por partculas nubosas

ms grandes de forma que decrece la conductividad elctrica de la nube con respecto al aire

claro que le rodea de forma que la corriente de buen tiempo queda alterada en las cercanas

de la nube. A medida que la actividad convectiva en la nube aumenta, la electrificacin

aumenta. La fuerte electrificacin generalmente comienza con el desarrollo rpido, tanto

horizontal como vertical, de un cmulo de buen tiempo a un cmulo nimbo. Entre la

superficie de la tierra y la nube se producira un ascenso de cargas positivas o un descenso

de negativas. Por encima de la nube las tormentas aportaran cargas positivas que fluyen

hacia la ionosfera en forma de una Corriente de conduccin. El rpido incremento de la

conductividad elctrica con la altura confina la corriente en una columna vertical que fluye

desde la tormenta hasta la ionosfera. Parte de estas corrientes ascendentes circulan influidas

por el campo magntico terrestre. El campo magntico terrestre y la ionosfera redistribuyen

la carga horizontalmente por todo el globo. Desde la ionosfera la corriente fluye hacia abajo

como Corriente de buen tiempo.

Aunque como ya se ha dicho el modelo de distribucin de carga en la nube que se aplica en

el circuito elctrico global es el dipolar, es interesante mostrar con un poco ms de detalle las

10

corrientes ms importantes que rodean a una nube convectiva, as como la distribucin de

carga dentro de ella.

Corrientes de conveccin: formadas por el transporte de partculas cargadas desde el suelo

a la base de la nube.

Corrientes de precipitacin: producidas por el transporte de cargas hacia el suelo positivas

o negativas dependiendo de la zona de la nube de donde provenga la precipitacin.

Corrientes puntuales o de corona: cargas positivas que liberan los rboles, vegetacin y

otros puntos sobre la tierra y que son atradas por el ncleo principal de carga negativa de la

nube.

Rayos: descargas elctricas producidas por el aumento de la diferencia de potencial entre dos

puntos de la nube o entre la nube y la superficie de la tierra.

Qu es el rayo?

El rayo es una poderosa descarga natural de electricidad esttica, producida durante una

tormenta elctrica; generando un "pulso electromagntico". La descarga elctrica precipitada

del rayo es acompaada por la emisin de luz (el relmpago), causada por el paso de corriente

elctrica que ioniza las molculas de aire, y por el sonido del trueno, desarrollado por la onda

de choque. La electricidad (corriente elctrica) que pasa a travs de la atmsfera calienta y

expande rpidamente el aire, produciendo el ruido caracterstico del trueno. Los rayos se

encuentran en estado plasmtico.

Elevacin: para que las nubes se formen, el aire hmedo debe subir, enfriarse y condensarse.

La elevacin es el mecanismo que hace que el aire suba, y existen muchas maneras para que

esto suceda. Cuando el sol calienta la tierra y la tierra calienta el aire sobre sta, ese aire se

eleva y un aire ms fro ocupa su lugar. Cuando una masa de aire clido se incorpora a una

masa de aire fro, el aire clido ms liviano se eleva y se coloca por encima del aire fro. Un

frente fro ascendente hace lo contrario: se desliza por debajo de la masa de aire clido y lo

obliga a elevarse.

A medida que el aire clido asciende, se va enfriando y entonces desciende: ste es un proceso

llamado conveccin. Las corrientes de conveccin dispersan la energa termal (calor), en este

caso el aire calentado. El trmino tcnico para una tormenta elctrica compleja es sistema

convectivo de mesoescala.

Las nubes cumulonimbos crecen hacia arriba y desarrollan cumbres altsimas que parecen

yunques. En general, las tormentas elctricas provienen de esas nubes.

11

Humedad: ste es un ingrediente esencial en todos los sistemas climticos. El aire ascendente

no formar nubes si es seco. Las nubes cumulonimbos (popularmente llamadas nubes de

lluvia, de tormenta o tormentosas) estn cargadas de humedad en forma de vapor de agua. Se

forman a medida que el aire clido se eleva y luego se enfra hasta llegar al punto de

condensacin. El punto de condensacin es la temperatura a la cual una nube se satura (no

puede retener ms humedad) y el vapor de agua comienza a condensarse en forma de lluvia.

Las tormentas elctricas son ms comunes en climas clidos porque el punto de condensacin

es alto; las nubes pueden cargar ms humedad antes de llegar al punto de saturacin y liberar

el torrente de lluvia.

Aire inestable: el aire hmedo y ascendente no siempre genera tormentas elctricas. El aire

debe ser inestable. Si el aire es estable, el aire ascendente se enfra ms que el aire a su

alrededor y vuelve a descender, y se evita as la tormenta elctrica. Las masas de aire inestable

ascienden y se enfran pero se mantienen ms calientes que el aire a su alrededor y, por lo

tanto, continan elevndose. El mecanismo de trasfondo es el calor liberado por la

condensacin en una nube. Debido a esto, la masa de aire ascendente se mantiene ms clida

que el aire a su alrededor y contina elevndose. El aire que asciende forma una corriente

ascendente, mientras que el aire que desciende forma una corriente descendente.

No debe haber topes a aproximadamente 3.000 m (10.000 pies): un tope es la parte superior

de una nube de conveccin, en donde el aire se estabiliza. Si no hay topes a alrededor de

3.000 m, el aire inestable contina elevndose y esto permite que se desarrollen tormentas

elctricas. En este escenario de una masa de aire clido ascendente, las tormentas elctricas

se forman en la masa de aire fro, inestable y hmedo que hay debajo de sta. Con un frente

fro ascendente, las tormentas elctricas se forman a lo largo de la lnea frontal y justo en

frente de sta.

Estos cuatro ingredientes se combinan para formar una tormenta. Una corriente ascendente

hace que se desarrollen nubes altsimas. Cuando comienza a caer lluvia, la corriente

descendente desarrolla y forma rfagas de viento cerca de la tierra. Finalmente, la corriente

ascendente se rompe y la tormenta se termina. La fuerza de la corriente ascendente y

descendente determina la fuerza de la tormenta.

Formacin de las tormentas elctricas

Los rayos son descargas elctricas causadas por desbalances entre las nubes y el suelo o con

la propia nube, ocurriendo en el primer caso descargas hacia el suelo y en el segundo

descargas dentro de la nube siendo este el caso ms comn.

Todos los tipos de tormentas elctricas (rayos y relmpagos) provienen principalmente de

nubes llamadas Cumulonimbus que se caracterizan por tener una forma parecida a un yunque.

Estas nubes se forman por una alta humedad en el ambiente, en presencia de una masa de

aire caliente inestable que en presencia de una alta energa sube rpidamente. Este ascenso

es provocado por el enfrentamiento de dos frentes, uno clido y uno fro, haciendo que el

fro, por su mayor densidad y peso, pase por abajo del clido y lo obligue a subir.

12

Una vez conectados (suelo y nube) la carga negativa viaja hacia el suelo y se produce el rayo

de luz visible, que va desde el suelo hacia la nube. Este rayo llega a velocidades de

300.000.000 kilmetros por hora.

Las razones para las tormentas, con lluvia o secas, en esta poca del ao es la inestabilidad

de la atmsfera.

Formacin del rayo

Cmo se inicia la descarga elctrica sigue siendo un tema de debate. Los cientficos han

estudiado las causas fundamentales, que van desde las perturbaciones atmosfricas (viento,

humedad y presin) hasta los efectos del viento solar y a la acumulacin de partculas solares

cargadas.7 Se cree que el hielo es el componente clave en el desarrollo, propiciando una

separacin de las cargas positivas y negativas dentro de la nube.

Los rayos pueden producirse en las nubes de cenizas de erupciones volcnicas, o puede ser

causado por violentos incendios forestales que generen polvo capaz de crear carga esttica.

Los rayos ocurren dentro de las nubes de tormenta as como tambin fuera de stas, y no

necesariamente impactan en la tierra. Este diagrama muestra los diferentes tipos de rayos

como as tambin el movimiento de aire y de la carga elctrica de la tierra a la nube, y

viceversa.

El dao que causa el rayo se debe en gran parte al calor que engendra. Los incendios que las

chispas elctricas provocan todos los aos calcinan miles de kilmetros cuadrados de

bosques, con los consiguientes incendios de casas y haciendas. Muchas veces los rboles y

los edificios resultan perjudicados debido a que la onda repentina de calor provoca la

vaporizacin del agua y la acumulacin de una presin suficiente para hacer estallar la

13

corteza o saltar los ladrillos. Por otro lado, cada ao mueren fulminados por el rayo miles de

personas.

Una vez que esta nube se form, comienzan los procesos de cargado que consiste en la acumulacin de cargas dentro de la nube. Esto se produce por el movimiento y choque de las

partculas dentro de la nube. Los cristales de hielo que contiene el Cumulonimbos suben y

los granizos en esta bajan, as, al encontrarse, colisionan y liberan electrones, quedando los

cristales de hielo con carga positiva y los granizos con carga negativa. Luego del choque, los

dos elementos continan su movimiento, acumulndose en la parte superior e inferior cargas

positivas y negativas respectivamente.

La liberacin de esta carga acumulada en la nube ocurre en una serie de etapas que terminan

con la generacin del rayo. Primero, una corriente de aire ionizado unida a la nube desciende

de est acercndose al suelo. Cuando esta corriente localiza una columna de cargas positivas

conectada al suelo (tambin de carga positiva) que puede ser desde un rbol a un edificio o

hasta una persona y ambas se conectan, se produce un flujo de corriente elctrica desde la

base negativa del Cumulonimbos hacia el suelo positivo.

Figura 4.2 Relmpago del Catatumbo, Zulia, Venezuela.

La fbrica de ozono de la Madre Naturaleza. Este fenmeno es capaz de producir

1.176.000 relmpagos por ao, produciendo el 10% de la capa de ozono del planeta.

14

El trueno

La electricidad terrestre se puede hacer visible por medio de trueno. En particular, las tormentas

elctricas son un fenmeno bastante complejo que, aunque a grandes rasgos ha sido definido y

explicado, hay algunos aspectos que permanecen como interrogantes, como lo es el origen y

produccin de los rayos y el giro de los tornados, por ejemplo.

En cuanto al origen de los truenos, tambin ha sido objeto de debate durante mucho tiempo, pero

actualmente la ciencia ha alcanzado el consenso sobre por qu se producen los truenos, as que ahora

vamos a ver cul es esta explicacin.

Tormenta elctrica: truenos y rayos

Los truenos y los rayos son dos manifestaciones distintas pero naturalmente muy vinculadas y que

forman parte del mismo fenmeno climatolgico: la tormenta elctrica. El proceso que produce una

tormenta elctrica comienza cuando masas de aire caliente y hmedo comienzan a elevarse debido

a corrientes de aire ascendente. Al elevarse, estas masas de aire comienzan a enfriarse y condensarse,

formando nubes llamadas cumulonimbus, que pueden tener hasta 20 kilmetros de alto.

A medida que el aire se va condensando, se van formando gotas de agua y hielo que caen desde lo

alto, a travs de la nube, hacia la superficie de la tierra y, mientras caen, van colisionando con otras

gotas y hacindose cada vez ms grandes, al mismo tiempo que generan dentro de la nube una

corriente de aire descendente que se expandir a lo largo de la tierra en forma de viento.

THINKSTOCK / HEMERA

15

Se cree (aunque esto se debate y no ha sido totalmente explicado) que si la corriente de aire

ascendente que produjo la nube se mantiene, mientras las gotas que caen crean corrientes de aire

descendente, el choque de estas masas de aire produce las descargas elctricas que conocemos como

rayos, ya que las nubes poseen campos elctricos (esto ltimo probado por Benjamin Franklin con

su famoso experimento de la cometa).

Produccin de los truenos

El trueno es la expresin sonora que se da una vez producido el rayo. Como dijimos, tambin

el origen de los truenos ha sido largamente debatido. La primera explicacin data del siglo III

cuando Aristteles consider que se producan por choques entre las nubes, y luego las teoras han

variado a lo largo de la historia, hasta que actualmente se ha llegado al consenso.

Se ha podido comprobar mediante anlisis espectroscpicos que la temperatura de un rayo, si bien

vara desde 20.000 K (Kelvin) hasta 30.000 K, primero, y luego desciende hasta 10.000 K durante

los 50 microsegundos que dura, tiene en promedio una temperatura de 20.400 K (20.100 C). Esta

elevada temperatura causa que el rayo se expanda a travs del aire ms fro circundante a una

velocidad mayor que la del sonido, lo que produce una onda de choque (en principio similar a la de

una explosin).

THINKSTOCK / STOCKBYTE

16

Dependiendo de la naturaleza del rayo y de la distancia de la persona, el sonido del trueno puede

variar desde un marcado y fuerte crujido hasta un largo estruendo, y a veces puede alcanzar hasta

110 decibelios, cercano al umbral de dolor para el odo humano.

Varios experimentos de simulacin de rayos han aportado pruebas bastante consistentes para

respaldar esta explicacin, aunque, como suele suceder en el mbito cientfico (porque bsicamente

de eso se trata), se siguen debatiendo los mecanismos fsicos precisos que tienen lugar en el proceso.

Ionosfera

La ionosfera es un grupo de capas en nuestra atmsfera donde el aire es muy delgado y que

se extiende entre unos 50 km y unos 500km de altura. La palabra ionsfera se compone de

dos trminos de origen griego: (ion), que se refiere al tomo y su propiedad de transportar carga elctrica, y (sfaira), que significa esfera.

Bajo la influencia de la radiacin solar los tomos se rompen formando los iones. Lo mejor

de este proceso es que esos iones pueden reflejar o doblar ondas de radio hasta una

determinada longitud de onda.

La ionizacin es un proceso de ruptura de los enlaces electrnicos en los tomos, que

producen la formacin de parejas de iones de cargas opuestas. Los principales mecanismos

de ionizacin son la colisin de los tomos o molculas con otros tomos e iones, la

interaccin con algn tipo de radiacin i la aportacin de calor.

Los iones son los que dan nombre a la ionosfera la cual al ser ms ligera permite a los

electrones moverse ms libremente. Este factor es importante para la propagacin de alta

frecuencia (HF: 3 a 30 Mhz). Generalmente, cuantos ms electrones, frecuencias ms altas

se pueden usar.

Caractersticas

La caracterstica principal de la ionsfera es que, como consecuencia de la radiacin solar,

se encuentra en permanente ionizacin. La ionizacin es el proceso mediante el cual los

tomos se rompen formando iones, lo cual provoca variaciones extremas en la temperatura

de sus gases, que puede ir desde los -70 C hasta los 1.500 C. Por ello, tambin se la conoce

como termsfera, aunque hay partidarios de entenderlas de manera diferenciada, pues cada

nombre privilegia un fenmeno distinto: el uno la ionizacin y el otro las oscilaciones

trmicas.

En la ionsfera, los electrones pueden moverse ms libremente debido a que la densidad de

los gases es mucho ms baja en comparacin con las capas inferiores. Esto le proporciona

17

las condiciones para ser una excelente conductora de electricidad, lo que facilita la

propagacin de ondas de radio y televisin.

La ionsfera a su vez se subdivide en varias capas, conocidas con las letras D, E, F1 y F2.

Las capas ms bajas, D y E, son idneas para las ondas de radio de baja frecuencia, mientras

que las ms altas, F1 y F2, reflejan las ondas de radio con frecuencias mayores.

Regiones de la ionosfera

Durante el da puede haber en la ionosfera 4 regiones o capas llamadas D, E, F1 y F2.

Sus alturas aproximadas son:

o Regin D de 50 a 90 Km.

o Regin E de 90 a 140 Km.

o Regin F1 de 140 a 210 Km

o Regin F2 ms de 210 Km de altura.

Figura 4.3 Estructura de la ionosfera de da y de noche.

18

Durante el da, la propagacin de tipo "Espordica-E" se da en la regin E de la ionosfera, y

a ciertas horas del ciclo solar la regin F1 se junta con la F2. Por la noche las regiones D, E

y F1 se quedan sin electrones libres, siendo entonces la regin F2 la nica disponible para las

comunicaciones; de todas formas no es raro que tambin pueda darse por la noche la

propagacin "espordica-E". Todas las regiones excepto la D reflectan ondas de HF. La

Regin D pese a no reflectarlas tambin es importante ya que sta se encarga de absorberlas

o atenuarlas.

La regin F2 es la ms importante para la propagacin de HF ya que:

o Est presente las 24 h. del da.

o Su altitud permite comunicaciones ms lejanas.

o Normalmente reflecta las frecuencias ms altas de HF.

El periodo de vida de los electrones es mayor en la regin F2, y esa es la razn por la cual

esta capa reflecta ondas por la noche. Los periodos de vida de los electrones en las regiones

E, F1 y F2 son de 20 segundos, 1 minuto y 20 minutos respectivamente.

Campo Geomagntico (GMF)

Aunque no sea una parte de la ionosfera es importante explicar el concepto dado que la afecta

en gran medida. El campo magntico producido por la rotacin del ncleo metlico de la

Tierra provoca una "lneas de campo" que van de polo a polo. Su forma es como una gota de

agua, con la cola apuntando hacia el sol. Esta forma se da a causa de un flujo continuo de

partculas cargadas procedentes del Sol, al cual se le denomina flujo solar. El GMF tiene

mucha relevancia en la dinmica de la ionosfera. Sin la proteccin de nuestro campo

geomagntico, la ionosfera y la superficie del planeta estaran sometidos a un bombardeo

constante de partculas cargadas.

La formacin de la ionosfera sera muy pobre a causa de esos bombardeos y no tendramos

un GMF que nos mantuviera la ionosfera "en posicin". Los DXs no seran posibles ya que las ondas reflectaran sin ningn orden. Pero tranquilos que la vida en la Tierra tampoco sera

posible sin el GMF...El GMF es ms dbil cerca de las regiones polares y ms fuerte cerca

de las regiones ecuatoriales. En el lado oscuro de la tierra el GMF se puede extender por

millones de kilmetros en el espacio.

El estado del GMF puede ser silencioso (quiet), variable (unsettled), activo (active), de

tormenta menor (minor storm), de tormenta mayor (major storm), de tormenta severa (severe

storm) y, rara vez, de tormenta muy severa (very severe storm).

19

Estas imgenes muestran la actividad auroral, la cual es producida por la radiacin solar.

Cuando la mancha roja desaparece es cuando los ndices del campo geomagntico estn a

cero. Y cuanto ms roja sea, ms altos sern los ndices y entonces se dir que el estado del

GMF est activo o que hay tormenta.

Es entonces cuando en las altitudes superiores se puede disfrutar de dos cosas; la propagacin

de tipo aurora y el poder contemplar una maravillosa aurora boreal como la que muestran las

siguientes fotos.

As tenemos las siguientes capas:

60 km: capa D. Slo aparece durante el da y es sumamente absorbente para

frecuencias por debajo de unos 10 MHz, protegiendo la superficie terrestre de gran

parte de la radiacin espacial.

80-110 km: capa E o capa de Kennelly-Heaviside (o capa de Heaviside).

180-600 km: capas F o capas de Appleton. Las capas F se elevan por la noche por lo

que cambian sus propiedades de reflexin.

180-300 km: capa F1. Esta capa sufre una fluctuacin diaria mayor que la F2, por lo

que llega a mezclarse con sta.

300-600 km: capa F2. Es la capa ms alta de la ionosfera.