Embora eles possam surgir até em um céu limpo, em tempestades de areia ou gelo, os raios são gerados em apenas um tipo de nuvem: a cumulonimbo, diferente das outras por ter maior extensão vertical (sua base está situada a 2 km de altura do solo, enquanto o topo fica 18 km acima). O ar quente e úmido próximo ao solo, mais leve que o ar frio da alta atmosfera, sobe e vai esfriando, até chegar ao topo da nuvem, que registra cerca de 30 graus centígrados negativos. Então, o vapor de água que estava misturado ao ar quente vira granizo e despenca, atritando com outras partículas menores, como cristais de gelo, fazendo com que ambos fiquem eletricamente carregados. O granizo - que acumulou carga negativa - vai para a base da nuvem, enquanto os cristais de gelo, com carga positiva, continuam a ascensão para o topo da nuvem, por serem mais leves. Quando a diferença entre as cargas do topo (positivo) e a base (negativa) da nuvem fica intensa, ocorre o relâmpago.
A diferença de tempo entre o relâmpago e o correspondente trovão ocorre porque a velocidade da luz é mais veloz (300 mil km/segundo) que o som (362 m/s no ar, à temperatura de zero grau centígrado), chegando assim muito mais rápido ao observador. Pode-se até calcular a distância de onde o raio caiu até o observador pelo tempo que demora para ser ouvido o trovão: cada três segundos do tempo entre o relâmpago e o trovão eqüivalem a aproximadamente um quilômetro de distância (cinco segundos eqüivalem a uma milha). O trovão é causado pela rápida expansão do ar - que é aquecido pelo raio a cerca de 30 mil graus centígrados, cinco vezes mais que a temperatura na superfície do Sol.
Página da agência espacial Nasa sobre raios e trovões
Os relâmpagos aparecem todos recortados no céu porque as descargas procuram os caminhos de menor resistência numa atmosfera cheia de cargas elétricas variáveis. Geralmente, as mudanças de direção (ziguezague) do raio que está caindo ocorrem a cada 50 metros.
A maior tempestade de raios conhecida foi a de março de 1993 sobre a Flórida, nos Estados Unidos: cerca de cinco mil raios por hora durante um dia inteiro. E uma das pessoas mais atingidas por raios (sete vezes) foi certamente o guarda-florestal Roy Sullivan, do estado norte-americano de Virginia: em 1942, perdeu uma unha do pé; em 1969, 1970, 1972 e 1973, teve queimaduras leves; em 1976, ficou com o tornozelo ferido; em 1977, foi a vez do peito e da barriga ficarem queimados. Não morreu com as descargas elétricas, mas se suicidou em 1983.
O inventor do pára-raios, Benjamin Franklin (1706-1790), fez em 1752 uma experiência que quase lhe custou a vida: usou um fio de metal num papagaio (pipa) que empinou numa tempestade, preso a uma chave, que por sua vez era manobrada através de um fio de seda. Sua sorte foi que apenas algumas cargas elétricas leves desceram por esse dispositivo, pois se tivesse realmente atraído um raio, teria morrido eletrocutado, como aconteceu com o físico russo Georg Richmann, que tentou repetir a experiência. Já a linha fina usada nos papagaios comuns não tem grande capacidade de condução de cargas elétricas (devido à pequena espessura do fio e às características da linha, a condutividade é mínima).
A energia transferida pelo raio entre a nuvem e a terra é em média de 1012 watts (uma lâmpada comum de 100 watts consome essa energia se ficar ligada pouco mais de dez horas...). O que mata, no raio, é o choque e o calor produzidos por sua alta amperagem. Os homens são mais atingidos que as mulheres, pelo simples fato de haver mais homens que mulheres fora das casas, quando ocorrem as tempestades.
Ao contrário do dito popular, um segundo raio tem muitas possibilidades de cair no mesmo lugar que o primeiro, pois o campo elétrico que atraiu o primeiro raio ainda permanece por algum tempo, podendo atrair o segundo...
Os pesquisadores lembram que os cabos de fibra óptica não apresentam problemas com os raios, pois o que circula dentro deles são impulsos luminosos, e o revestimento não é condutor de eletricidade. Além disso, por serem finos e flexíveis, as normas recomendam que eles sejam instalados em passagens subterrâneas.
Página da Nasa explica a formação dos raios
O raio só se torna visível na fase final do processo, quando ocorre a chamada descarga de retorno. Pode ser positivo ou negativo, sendo que o positivo (mais raro) tem o dobro da amperagem do negativo e sua corrente elétrica contínua dura cerca de 200 milésimos de segundo, mais que o dobro da tempo verificado no raio negativo (daí serem os raios positivos mais destrutivos, podendo iniciar um incêndio florestal). A diferença é que os negativos partem da base da nuvem, enquanto os positivos surgem do topo do cumulonimbo, carregado positivamente. Na Região Sudeste do Brasil, curiosamente, 60% dos raios são positivos (contra a média mundial de apenas 10%), não sendo conhecida ainda uma explicação definitiva para o fenômeno (suspeita-se que seja pela reunião de grande número de cumulonimbos com as correntes atmosféricas procedentes da Antártida, formando um campo elétrico positivo no topo das nuvens tão forte e distante das bases dessas nuvens que trocaria energia diretamente com a terra.
Muitos pensam que as bolas de cor alaranjada colocadas na fiação entre torres de alta tensão se destinam apenas a facilitar a visualização dos cabos entre as torres, por pilotos de aviões e helicópteros. Na verdade, essas bolas - tecnicamente chamadas de esferas dissipadoras eletro-geométricas - são colocadas nos cabos de aço entre as torres - e nunca nos fios de alta tensão, servindo para atrair os raios que possam atingir os fios e jogá-los pelo cabo de uma esfera para a outra, até que a corrente chegue à estrutura metálica das torres, e por ela atinja o solo. É que se torna inviável colocar pára-raios nos fios, e aquela solução evita que o raio parta os cabos e os atire sobre as estradas - o que poderia provocar graves acidentes.
Ainda sobre o assunto estradas, vale observar que se um motorista dirige seguidamente por muito tempo, ao sair do carro pode sofrer um choque causado pela eletricidade estática, pois o veículo ficou muito tempo em atrito com o ar, acumulando a carga elétrica (o atrito arranca elétrons - cargas negativas - do metal do veículo, que fica assim com prótons - as cargas positivas - a mais), e o motorista acaba fazendo a ligação entre as partes metálicas e o solo, ao colocar os pés no chão.
Aliás, é por essa razão que os caminhões-tanque possuem correntes que arrastam pelo chão: elas servem para descarregar a eletricidade estática do veículo, evitando eventual explosão do combustível transportado. Nas corridas de Fórmula-1, por exemplo, os boxes das equipes têm o chão revestido de chapas flexíveis de cobre, que retiram as cargas positivas da lataria dos carros de corrida, restabelecendo o equilíbrio elétrico, como se fosse um fio-terra. Assim, o reabastecimento dos veículos pode ser feito em segurança.
Página da Neil Herbst sobre raios e relâmpagos
E, voltando ao assunto computador, técnicos de manutenção de equipamentos - como Marcelo Converso, da Taco Informática - observam que se a rede de computadores possui aterramento, a descarga elétrica que chegue pela via telefônica é dissipada através do terra da rede, mas quando o aterramento inexiste ou é ineficiente, todas as placas de rede dos computadores são queimadas na passagem dessa descarga elétrica...
Um raio que caia nas proximidades de um computador poderá danificar o circuito elétrico, ocasionando a parada do equipamento e a inevitável perda dos dados que estejam na memória de trabalho. Porém, não afetará a memória magnética, ou seja, os programas contidos no disco rígido. Aliás, o efeito do raio que não atinja a corrente elétrica que alimenta o computador é semelhante ao observado por pessoas e empresas que usam computadores perto de pedreiras: no momento da detonação dos explosivos, surgem ondas de choque com a capacidade de alterar a corrente elétrica nos chips dos computadores situados nas proximidades. Caso não haja danos, basta nesse caso religar o computador e refazer o trabalho a partir da última vez em que os dados foram salvos no disco rígido.
Oh! Raios!
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