Un Misterio De Rayo De Tormenta De Arena Explicado

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Cómo las tormentas de arena producen espectaculares exhibiciones de rayos ha sido un misterio, hasta ahora.

Las tormentas de arena pueden generar espectaculares exhibiciones de rayos, pero cómo lo hacen es un misterio.

Al desentrañar los secretos de cómo las chispas vuelan en estas tormentas, como lo están haciendo los investigadores, los científicos podrían ayudar a lidiar con todo tipo de problemas, desde nubes de partículas cargadas que pueden causar explosiones devastadoras en las industrias de alimentos, drogas y carbón hasta polvo cargado que Podría oscurecer los paneles solares vitales en misiones a la luna o Marte.

La arena es un aislante, por lo que ver las tormentas de arena generar un rayo sería algo así como ver salir la electricidad de una tormenta llena de pelotas de goma. Ha sido un enigma durante más de 150 años en cuanto a cómo los granos de arena pueden transferir las enormes cantidades de carga eléctrica necesaria para que ocurra un rayo.

"Realmente me sorprende bastante que a pesar de nuestras ilusiones, no entendemos el efecto más simple que llevó a Faraday, Kelvin, Maxwell y otros a estudiar el electromagnetismo en primer lugar", dijo el físico Troy Shinbrot de la Universidad de Rutgers.

Ahora Shinbrot y sus colegas piensan que un nuevo modelo simple podría ayudar a resolver un aspecto de este misterio.

"Estamos regresando a las raíces de la física, y los estamos encontrando ricos en comportamientos inexplorados que han languidecido durante siglos", dijo Shinbrot.

Cómo funciona

Suponiendo la presencia de un campo eléctrico, las partículas redondas dentro del campo hecho de aislantes se polarizan, es decir, la carga eléctrica se acumula en cada lado de las esferas. Cuando dos de tales partículas rebotan entre sí, las cargas en cada esfera se reorganizan de modo que cada una está dos veces más polarizada que antes. A medida que estas partículas retroceden una y otra vez, grandes cantidades de carga podrían transferirse incluso en ausencia de cualquier tipo de medio conductor.

Este modelo predice que las nubes delgadas de polvo solo acumularían cargas débiles, lo cual tiene sentido, ya que las nubes delgadas solo tienen unas pocas partículas para chocar entre sí. Sorprendentemente, sin embargo, las nubes gruesas con muchas partículas también acumulan también cargas débiles, debido a un fenómeno denominado "colapso granular".

"En una nube espesa, las partículas chocan con muchos vecinos, pero como cada colisión cuesta energía, las partículas pierden energía rápidamente, y un cálculo detallado revela que cada partícula en una nube gruesa soporta menos colisiones por unidad de tiempo que en una nube de grosor moderado". Shinbrot dijo. "Esta 'vergüenza de las riquezas' no es intuitiva, pero los cálculos, las simulaciones y los experimentos parecen confirmar el efecto".

Sin embargo, en nubes intermedias, puede resultar una carga dramática. Los experimentos que los investigadores realizaron con perlas de vidrio de colores y campos eléctricos apoyan su modelo.

Poniéndolo en uso

Estos hallazgos podrían llevar a métodos para interrumpir la acumulación de cargas no deseadas, "por ejemplo, en una planta industrial, donde las partículas cargadas pueden conducir a peligrosas condiciones explosivas", dijo Shinbrot.

Primero, uno podría aplicar un campo eléctrico modesto para atraer las partículas cargadas hacia las superficies para neutralizar su carga. En segundo lugar, uno podría descubrir formas de minimizar la carga dentro de las nubes de polvo; por ejemplo, uno podría sembrar una nube con partículas de diseño personalizado que pueden ayudar a apagar la carga.

Queda un misterio: ¿qué genera en la naturaleza el campo eléctrico que polariza la arena en primer lugar?

"Los campos externos de tormentas eléctricas cercanas, por ejemplo, se registran para cargar granos, pero en el desierto no existe una fuente externa de este tipo", dijo Shinbrot. "Esta es una pregunta sin respuesta".

Shinbrot y sus colegas detallaron sus hallazgos en línea el 11 de abril en la revista Nature Physics.

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