Um raio dura em média meio segundo. Nesse intervalo de tempo, muitos fenômenos se combinam, principalmente físicos e climáticos, para resultar naquilo que vemos e ouvimos. Conforme eles variam, as descargas podem ser mais ou menos intensas. Algumas regiões do planeta têm maior tendência a produzir descargas elétricas atmosféricas.

As causas da eletrização das nuvens
De acordo com a teoria mais aceita, ela se eletriza a partir das colisões de partículas de gelo acumuladas em seu interior. Outra causa, que não exclui a primeira, estaria em efeitos resultantes da diferença de condutividade elétrica do gelo devido a diferenças de temperatura no interior da nuvem. Durante as colisões, as partículas de gelo perdem elétrons e transformam-se em íons. Isso torna a nuvem eletricamente carregada. As partículas têm tamanho variado e, segundo medidas feitas por sondas meteorológicas, as menores e mais leves ficam com carga positiva e as maiores e mais pesadas (partículas de gelo denominadas granizo)com carga negativa. Alguns fatores como os ventos, a temperatura e força da gravidade fazem com que cargas de mesmo sinal se concentrem em regiões específicas da nuvem. Geralmente a parte inferior, a base da nuvem, e a parte superior ou topo da nuvem, são os locais de maior acúmulo de carga, de sinais contrários, funcionando assim como armaduras de um capacitor.

Alguns raios ocorrem associados a tempestades de poeira ou a nuvens formadas por vulcões ativos. Neste caso, acredita-se que os processos de eletrização sejam semelhantes aos descritos acima para nuvens de água.

A indução de cargas e a quebra da rigidez dielétrica
As cargas distribuídas na base e no topo das nuvens produzem um campo elétrico interno, denominado campo elétrico intra-nuvem. Além disso, com o acúmulo de cargas em sua superfície externa, a nuvem pode provocar uma indução eletrostática na superfície de outras nuvens ou no solo imediatamente abaixo (apesar das nuvens serem formadas por moléculas de água, portanto isolantes elétricas, a mobilidade de seus íons lhes confere um comportamento semelhante ao de um condutor). Neste caso cria-se um campo elétrico entre nuvens ou entre a nuvem e o solo.

Enquanto os choques das partículas dentro da nuvem se intensificam, a quantidade de carga em sua superfície aumenta e, conseqüentemente, o campo elétrico criado por essas cargas também se eleva. Com o aumento da intensidade desse campo, as moléculas de ar entre as partes eletrizadas sofrem polarização e se orientam de acordo com o campo elétrico. O efeito de polarização se intensifica com o aumento da intensidade do campo, até o ponto em que elétrons são arrancados das moléculas do ar. Este, dessa forma ionizado, se transforma em um condutor gasoso. Genericamente, o valor de campo elétrico que provoca ionização em um meio é denominado rigidez dielétrica desse meio. No ar, a rigidez dielétrica varia com as condições da atmosfera. Quando o campo elétrico ultrapassa esse valor limite, diz-se que houve uma quebra da rigidez dielétrica do meio. Isso transforma o isolante em condutor. Como conseqüência, os íons negativos e os elétrons livres do ar são fortemente atraídos pelas cargas positivas presentes nas nuvens ou induzidas no solo, formando um caminho chamado de canal condutor. Assim sendo, o movimento de cargas negativas no canal condutor pode ocorrer tanto intra-nuvem como entre nuvens ou entre nuvem e solo. Em cerca de 90% dos casos as descargas elétricas se originam na base da nuvem, quase sempre eletrizada negativamente. Portanto, em geral, é uma carga negativa que inicia o processo de descarga elétrica atmosférica.

O movimento da Carga Líder
A primeira carga a se movimentar, na maioria das vezes vinda da base de uma nuvem, é a Carga Líder ou Líder Escalonado. É chamada assim porque desce em etapas ou escalas, em intervalos de tempo quase uniformes. Algumas cargas seguem novos caminhos fora do canal principal, criando ramificações em muitos pontos. Isso porque há íons na atmosfera, distribuídos de maneira não uniforme, o que acaba por atrair ou repelir essas cargas para um lugar indeterminado. As bruscas variações de velocidade da Carga Líder produzem uma onda eletromagnética de freqüência superior à da luz visível, portanto não perceptível pelo olho humano. O movimento da Carga Líder é seguido por outras cargas provenientes da base da nuvem criando-se uma corrente elétrica denominada raio.

O relâmpago
As principais conseqüências das descargas elétricas atmosféricas (raios) são a luz (relâmpago) e o som (trovão). Os relâmpagos são produzidos basicamente pela radiação eletromagnética emitida por elétrons que, após serem excitados pela energia elétrica, retornam a seus estados fundamentais. Isto ocorre principalmente na Descarga de Retorno e por esta razão, no caso da descarga nuvem-solo, a geração da luz é feita de baixo para cima. A luz do relâmpago é bastante intensa devido à grande quantidade de moléculas excitadas. Pode-se observar que as ramificações do canal são menos brilhantes pela menor quantidade de cargas presentes nessa região. A geração de luz dura cerca de um décimo de segundo. Portanto, os fótons produzidos no início da trajetória, apesar de chegarem primeiro na retina do observador, conseguem mantê-la sensibilizada até a chegada dos fótons provenientes do final da trajetória. Por isso, é comum se pensar que o canal se iluminou todo de uma vez ou ainda que o relâmpago caiu, vindo de cima para baixo, talvez por colocarmos a nuvem como nossa referência. Geralmente a luz do relâmpago é de cor branca, mas pode variar, dependendo das propriedades atmosféricas entre o relâmpago e o observador.

Raios nuvem-solo positivos
Os raios entre a nuvem e o solo também podem iniciar por Líderes positivos descendentes, correspondendo a movimentos de subida de cargas negativas (elétrons). A Descarga de Retorno resultante transporta cargas positivas da nuvem para o solo. Estes são os raios nuvem-solo positivos e no geral eles não se seguem de Descargas de Retorno Subseqüentes, sendo classificados como relâmpagos simples. Eles causam maiores danos do que os negativos. Muitos acidentes como incêndios em florestas e estragos em linhas de energia são causados por este tipo de raio.

Fonte: www.ufpa.br/ccen/fisica/aplicada/formac.htm

Planeta Elétrico
Cerca de 40 mil tempestades caem sobre o mundo, todo dia. Ao todo, elas provocam aproximadamente 100 raios por segundo. Boa parte delas concentra-se no Brasil, país que tem o maior índice de chuvas do mundo.
        Não se sabe muito sobre raios e relâmpagos, mas existem hipóteses para explicar sua formação.
        Os raios ocorrem em nuvens denominadas cúmulus-nimbus. Essas nuvens elevam-se no céu como grandes torres de algodão, brancas no alto e escuras na base, onde elas se juntam, formando um tecido cinzento próximo do horizonte. São as responsáveis pelas tempestades e, como quase sempre estão eletrizadas, dentro delas, entre uma nuvem e outra ou entre elas e o solo, criam-se campos elétricos.
       Quando a água evaporada forma a nuvem, esta se condensa em gotas minúsculas, que, por atrito, adquirem carga negativa e se concentram na parte inferior da nuvem, enquanto outras gotas, um pouco maiores, adquirem carga positiva e predominam na parte superior. Dentro das nuvens, as descargas elétricas surgem pelo deslocamento de gotas menores para cima e maiores para baixo, numa velocidade de 300 km/h. Se num desses movimentos, a parte superior se destacar da inferior, estas tendem a descarregar para o solo.
       Calcula-se que a diferença de potencial entre a parte inferior da nuvem e o solo varia de 10 milhões a 1 bilhão de volts, suficiente para criar correntes elétricas de 10 mil a 200 mil ampères. Com um potencial de descarga tão alto, a camada de ar existente entre a nuvem e o solo deixa de ser isolante: seus átomos perdem elétrons, tornando-se íons, o que faz do ar um bom condutor para a corrente elétrica da nuvem ao solo. Acresce-se a esse fenômeno o agravante de que, em dia chuvoso, o ar apresenta uma umidade relativa superior à dos dias de tempo bom, o que melhora sua condutividade.

Distância do Raio
Como a luz é mais rápida que o som, muitas vezes ouvimos o trovão bem depois de vermos o relâmpago. Para saber a que distância caiu o raio, é só contar o tempo entre a ocorrência do relâmpago e a do trovão e dividir o resultado por 3.
Ex.: 9 seg ÷3 = o raio caiu a 3 km de distância

Choque ecológico
Nem tudo é prejuizo nas descargas atmosféricas. Um dos efeitos dos raios na atmosfera é a criação do ozônio (O3), que reveste o planeta, protegendo-o dos efeitos maléficos do sol.

Descargas
Como uma faísca, uma descarga denominada líder cai trilhando trajetórias sinuosas, à procura das regiões de melhor condutividade, formando uma espécie de árvore invertida invisível, já que é pura eletricidade. Pelo caminho, vai ionizando o ar e criando, assim, uma região condutora por onde se escoa parte da carga elétrica da nuvem.
       Mais de 90% dos raios que atingem a terra transportam cargas negativas. Quando um dos seus ramos chega a 100 m do chão, inicia-se outra descarga, muito mais intensa do que a primeira e percorrendo o mesmo caminho que ela, mas em sentido contrário, isto é, do solo para a nuvem. Essa é a descarga principal, cuja corrente provoca efeitos luminosos e térmicos ao atuarem sobre os gases da atmosfera. O efeito luminoso é o relâmpago e o térmico causa uma violenta expansão do ar, provocando uma onda sonora de alta amplitude, o trovão, que não são percebidos simultaneamente. Uma descarga entre a nuvem e o solo tem de 2 a 3 km de comprimento, mas entre uma nuvem e outra pode chegar a 15 km. As temperaturas chegam a atingir valores da ordem dos 30.000 ºC.
Tudo isso pode ocorrer repetidas vezes em menos de um segundo.

Fonte: Revista Super Síndico - ano I - nº 03