El Fuego de San Telmo

Apenas unos días antes de dar comienzo al nuevo curso escolar, cumplo una de mis promesas del final de curso pasado, cuando en uno de los debates en clase de 1º Bachillerato surgió el tema del Fuego de San Telmo. Sirva por tanto esta nueva entrada para cumplir aquella vieja promesa y para dar comienzo a un nuevo curso escolar en nuestro blog. De corazón os deseo a todos los alumnos lectores mucho éxito en este nuevo curso.

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La atmósfera experimenta movimientos debidos a la energía solar, por variaciones en la temperatura, presión y humedad, originando los fenómenos atmosféricos: viento, nubes y precipitaciones. La meteorología estudia los componentes y los fenómenos que existen en la atmósfera, la envoltura gaseosa que rodea nuestro planeta. Comprender los mecanismos que determinan esta masa de aire y predecir el tiempo que va a hacer supone una importante ayuda para la población. Estas previsiones se emplean en aspectos como la agricultura y para evitar grandes desastres. Los fenómenos de origen atmosférico se denominan meteoros y se clasifican por su diversidad en climáticos, ópticos y eléctricos. Entre los primeros se distinguen los térmicos, los acuosos y los aéreos. En el segundo grupo, el principal es el arco iris. Y dentro del tercero destacan el rayo y el Fuego de San Telmo.

El fuego de San Telmo o Santelmo es un meteoro ígneo consistente en una descarga de efecto corona electroluminiscente provocada por la ionización del aire dentro del fuerte campo eléctrico que originan las tormentas eléctricas. Aunque se le llama «fuego», es en realidad un plasma de baja densidad y relativamente baja temperatura provocado por una enorme diferencia de potencial eléctrico atmosférica que sobrepasa el valor de ruptura dieléctrica del aire, en torno a 3 MV/m.

En pocas palabras, se trata de descargas de corriente estática, generadas por los intensos campos eléctricos que se dan en el interior de las tormentas eléctricas. Estas descargas toman la forma de rayos o chispas de color blanco-azulado, producidas por la ionización del aire entorno a zonas puntiagudas del avión (generalmente), como el cono de morro o las puntas de los planos.

Fuego de San Telmo en el parabrisas de un Airbus 320

Esta particular luminiscencia también ocurre frecuentemente en navíos antiguos y, en menor proporción, en barcos actuales, tras haber cursado bajo una tormenta eléctrica, siendo el brillo de los mástiles y el aura brillante que comúnmente rodea al barco y que logra hacerlo visible a kilómetros de distancia lo que ha asombrado a los hombres de mar desde tiempos inmemoriales.

Como es lógico, la falta de comprensión del fenómeno hizo que a través de las época se le atribuyeran distintas causas: muchos romanos, quienes nombraban al fenómeno como Corpusants -cuerpos santos-, creían que éste era un hechizo protector de Poseidón para protegerlos de la ira de Júpiter -el Dios del trueno-. No obstante el nombre actual proviene del Cristianismo, nombrándose en honor a San Telmo, patrono de los marineros, ya que comentaban que éste era en realidad una protección contra la tormenta ofrecida por el santo. Sería gracias a Benjamín Franklin y su investigación sobre el tema que el suceso comienza a ser visto como un fenómeno eléctrico.

Vemos para terminar, un breve vídeo en el que podemos observar el fenómeno, desde el cockpit de un Airbus 319.

Fuente: Respuesta Equivocada

La Jaula de Faraday

Hace unas semanas, surgió en clase de Bachillerato el fenómeno conocido como la Jaula de Faraday. Apenas lo comentamos por encima y prometí a mis alumnos escribir una entrada en el blog para tratar de explicar en qué consiste, cuál es su base científica, y qué posibles aplicaciones prácticas tiene este fenómeno.

El efecto Jaula de Faraday (llamado así por el científico inglés Michael Faraday, que construyó la primera de ellas en 1836) provoca que el campo electromagnético en el interior de un conductor en equilibrio sea nulo, anulando el efecto de los campos externos. Esto se debe a que, cuando el conductor está sujeto a un campo electromagnético externo, se polariza, de manera que queda cargado positivamente en la dirección en que va el campo electromagnético, y cargado negativamente en el sentido contrario. Puesto que el conductor se ha polarizado, éste genera un campo eléctrico igual en magnitud pero opuesto en sentido al campo electromagnético, luego la suma de ambos campos dentro del conductor será igual a 0.

Se pone de manifiesto en numerosas situaciones cotidianas, por ejemplo, el mal funcionamiento de los teléfonos móviles en el interior de ascensores o edificios con estructura de rejilla de acero.

Vemos a continuación un breve vídeo para poner de manifiesto el efecto de la Jaula de Faraday:

Fundamento físico

El funcionamiento de la Jaula de Faraday se basa en las propiedades de un conductor en equilibrio electrostático. Cuando la caja metálica se coloca en presencia de un campo eléctrico externo, las cargas positivas se quedan en las posiciones de la red; los electrones, sin embargo, que en un metal son libres, empiezan a moverse puesto que sobre ellos actúa una fuerza dada por:

Donde e es la carga del electrón. Como la carga del electrón es negativa, los electrones se mueven en sentido contrario al campo eléctrico y, aunque la carga total del conductor es cero, uno de los lados de la caja (en el que se acumulan los electrones) se queda con un exceso de carga negativa, mientras que el otro lado queda con un defecto de electrones (carga positiva). Este desplazamiento de las cargas hace que en el interior de la caja se cree un campo eléctrico (representado en rojo en la siguiente animación) de sentido contrario al campo externo, representado en azul.

El campo eléctrico resultante en el interior del conductor es por tanto nulo.

Como en el interior de la caja no hay campo, ninguna carga puede atravesarla; por ello se emplea para proteger dispositivos de cargas eléctricas. El fenómeno se denomina apantallamiento eléctrico.

Comprobación

Una manera de comprobarlo es con una radio sintonizada en una emisora de Onda Media. Al rodearla con un periódico, el sonido se escucha correctamente. Sin embargo, si se sustituye el periódico con un papel de aluminio la radio deja de emitir sonidos: el aluminio es un conductor eléctrico y provoca el efecto jaula de Faraday.

Muchos dispositivos que empleamos en nuestra vida cotidiana están provistos de una jaula de Faraday: los microondas, escáneres, cables, etc. Otros dispositivos, sin estar provistos de una jaula de Faraday actúan como tal: los ascensores, los coches, los aviones, etc. Por esta razón se recomienda permanecer en el interior del coche durante una tormenta eléctrica: su carrocería metálica actúa como una jaula de Faraday.

Quizá viendo esta pequeña animación, tomada durante el despegue de un B747 en Osaka (Japón), perdamos un poco el miedo a volar durante una tormenta eléctrica: