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10 fenómenos naturales extraños

10 fenómenos naturales extraños

La naturaleza nos deja fenómenos que en ocasiones escapan de la lógica humana, y que a la par poseen una belleza desorbitada. Descubre algunos de los más curiosos.

22 de marzo de 2024

Sarah Romero Periodista científica

Nuestro planeta es el maravilloso escenario de algunos de los fenómenos más desconcertantes e impresionantes que la naturaleza tiene para ofrecer. Desde las preciosas auroras hasta las enigmáticas piedras que se mueven, este tipo de fenómenos naturales de la Tierra despiertan nuestra curiosidad y desafían nuestra comprensión del mundo. Estos sucesos, a menudo raros y fugaces, nos invitan a explorar la insólita interacción de los sistemas de la Tierra y los principios científicos que se esconden detrás de ellos.

Pilares luminosos

Son columnas en posición vertical hacia el cielo, solo visibles cuando la luz se refleja directamente hacia cristales de hielo, ya sea gracias a la luz solar o a través de fuentes artificiales, como luces de la calle o parques. A pesar de su increíble aspecto de columnas de luz sólidas, el efecto visual que proyecta es determinado por nuestro punto de vista relativo.

Las piedras que se mueven solas

Este peculiar fenómeno tiene lugar en EEUU, y se trata de piedras que “flotan” sobre un desierto baldío que antiguamente fue prácticamente fango. Muchos científicos creen que este movimiento es debido al fuerte viento, pero no es del todo convincente para la ciencia, y es que es muy extraño que piedras con tamaño y peso distintos se muevan a un ritmo paralelo y en diferentes direcciones.

Duendes y chorros azules

Estos nombres tan llamativos son adquiridos por ciertos fenómenos que tienen lugar en la atmósfera superior. Catalogados en un principio como OVNIs y con una duración de fracciones de segundo, fueron descubiertos por pilotos de aviones estratosféricos. Los “duendes” son una especie de descargas eléctricas producidas a una altitud de 80 kilómetros con luz rojiza. Por su parte, los “chorros azules”, conos de luz azulada, se forman a menor altura.

Pyrocumulus

Esta curiosa nube cumuliforme es causada mayoritariamente por industrias, fuego, actividad volcánica; en otras palabras, debido al intenso calentamiento del aire desde la superficie. La detonación de armas nucleares también puede producir este tipo de nubes, bajo la forma de hongo nuclear, que es formada por el mismo mecanismo. El aumento de la temperatura da lugar a movimientos que eleva a la masa de aire hasta alcanzar un punto de estabilidad, generalmente en presencia de humedad.

Belt of Venus

El cinturón de Venus ocurre durante las noches polvorientas, cuando una banda de cielo rosado o marrón aparece entre el cielo y el horizonte. El color rosa claro del arco se explica por la retrodispersión de la luz enrojecida a la salida o puesta del Sol.

Círculos de Hielo

Durante su congelamiento, los ríos pueden someterse a sucesos excepcionales. Es lo que ocurre con este fenómeno, producido cuando el hielo de la superficie del río se acumula en mayor grado en el centro que en las orillas, bajo una corriente constante y muy débil. Ésta lo hace girar formando un remolino que, debido a la acción de la fuerza centrífuga, produce finalmente un círculo perfecto de hielo.

Ball Lightning

La conocida en español como “Centella” es menos común y más dañina de lo que se cree. Bajo la apariencia de rayo pero con forma de bola, se mueve con mucha más lentitud que un rayo convencional y puede llegar a medir hasta dos metros y medio de diámetro. Algunos informes revelan que muchas centellas han destruido a su paso edificaciones a lo largo de la historia.

Green Ray

Con una duración de apenas unos minutos, el “Rayo verde” ocurre solamente después del amanecer y antes del ocaso total. Es producido la refracción de la luz en la atmósfera, y se presenta en forma de destello verde por encima del sol.

Dolinas

También conocidas como sumideros, estamos ante uno de los acontecimientos más espantosos de la naturaleza. Con el paso del tiempo, el agua erosiona la tierra bajo la superficie, hasta que en algunas ocasiones, la tierra puede llegar a ceder y acaba hundiéndose en el subsuelo.

Terremoto de Cielo

Dentro de la comunidad científica también es denominado “Cielomoto” o “Skyquake”. Esta explosión emite un sonido que se genera gracias a un movimiento determinado de gases. A falta de una explicación científica concreta hasta el momento, el evento celeste se ha observado en sitios como Florida, Pennsylvania y Australia. En cualquier caso, la teoría más extendida a día de hoy sostiene que el ruido surge al calentarse una capa de aire más que el resto, y al chocar contra el aire más frío tiene lugar una especie de explosión.

https://www.muyinteresante.com/naturaleza/18457.html

Ovnis en Nature

Ovnis en Nature

29 de febrero de 2024

Un artículo en NATURE sobre los FANI es bastante inusual y puede sorprender a algunos miembros de la comunidad científica. Para muchos científicos Nature sigue siendo un referente en cuanto a publicaciones sobre temas fundamentales.

Enlace al texto del artículo: https://www.nature.com/articles/s41598-023-49527-x

He aquí una traducción del resumen del artículo:

“A lo largo de la historia se han registrado avistamientos de objetos voladores no identificados (ovnis) o fenómenos anómalos no identificados (FANI). Dados los riesgos potenciales que suponen para la seguridad y la protección, así como la curiosidad científica, existe un interés creciente por comprender qué representan estos informes de avistamientos. Abordamos este problema como una parte importante de la experiencia humana, que puede examinarse desde una perspectiva geográfica: ¿qué factores locales pueden aumentar o disminuir el número de informes de avistamientos? Mediante un método de regresión bayesiana, comprobamos hipótesis basadas en variables que representan el potencial de observación del cielo (contaminación lumínica, cubierta vegetal y nubosidad) y el potencial de presencia de objetos en el cielo (aeronaves e instalaciones militares).

Cómo entender los agujeros en las nubes

Cómo entender los agujeros en las nubes

30 de enero de 2024

florida_holepunchclouds_tmo_20240130Las nubes Cavum, también denominadas hole-punch clouds (nubes perforadas) o fallstreak holes (agujeros de caída), tienen un aspecto tan extraño que a veces se argumenta que son indicios de platillos volantes u otros fenómenos anómalos no identificados. Vistas desde abajo, pueden parecer como si un gran círculo o elipse hubiera sido recortado limpiamente de las nubes, con mechones de plumas en el centro del agujero.

Son igualmente impresionantes cuando se ven desde arriba. Esta imagen muestra un grupo de cavum sobre el Golfo de México, frente a la costa oeste de Florida, el 30 de enero de 2024. Fue captada por el MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) del satélite Terra de la NASA.

No hacen falta explicaciones de otro mundo para explicar la llamativa formación de nubes. Aunque los científicos han mencionado periódicamente estos fenómenos en revistas científicas y han especulado sobre su causa desde la década de 1940, un par de estudios publicados en 2010 y 2011, dirigidos por científicos de la University Corporation for Atmospheric Research (UCAR), expusieron una explicación que acabó con otras teorías. Las causan los aviones que se desplazan a través de bancos de nubes altocúmulos.

Estas nubes de nivel medio se componen de gotas de agua líquida que se superenfrían; es decir, las gotas permanecen líquidas incluso cuando las temperaturas están por debajo del punto de congelación típico del agua (32 grados Fahrenheit, o 0 grados Celsius). El superenfriamiento se produce cuando las gotas de agua son excepcionalmente puras y carecen de partículas pequeñas, como polvo, esporas de hongos, polen o bacterias, alrededor de las cuales suelen formarse cristales de hielo.

El superenfriamiento puede sonar exótico, pero ocurre de forma rutinaria en la atmósfera terrestre. Los Altocumulus, que cubren aproximadamente el 8% de la superficie terrestre en un momento dado, se componen sobre todo de gotas de agua líquida sobreenfriadas a una temperatura de unos -15 °C. Pero incluso las nubes sobreenfriadas están compuestas por gotas de agua líquida.

Pero incluso las nubes superenfriadas tienen sus límites. A medida que el aire se desplaza alrededor de las alas y las hélices de los aviones, un proceso conocido como expansión adiabática enfría el agua otros 20 °C o más y puede empujar las gotas de agua líquida hasta el punto de congelación sin la ayuda de las partículas suspendidas en el aire. Los cristales de hielo engendran más cristales de hielo a medida que las gotas de líquido siguen congelándose. Los cristales de hielo acaban pesando lo suficiente como para empezar a caer del cielo, dejando un vacío en la capa de nubes. Los cristales de hielo que caen suelen ser visibles en el centro de los agujeros en forma de finas estelas de precipitación que nunca llegan al suelo, lo que se conoce como virga.

A diferencia de otros intentos de explicar el fenómeno, los investigadores de la UCAR, junto con colegas de otras instituciones, como el Centro de Investigación Langley de la NASA, utilizaron una combinación de datos de vuelo de aviones, observaciones por satélite y modelos meteorológicos para explicar cómo se forman las nubes y cuánto duran. Cuando los aviones atravesaban las nubes en un ángulo bastante agudo, los investigadores comprobaron que aparecían pequeños cavum circulares. Si pasaban a través de las nubes en un ángulo poco pronunciado, se hacían visibles “nubes canal” más largas con largas estelas de virga, como la que se muestra arriba.

Otros factores que pueden afectar a la longitud de estas nubes son el grosor de la capa nubosa, la temperatura del aire y el grado de cizalladura horizontal del viento, informaron los investigadores. Su análisis demostró que todo un espectro de tipos de aviones, incluidos los grandes reactores de pasajeros, los reactores regionales, los reactores privados, los reactores militares y los turbohélices, pueden producir nubes cavum y canal. Con más de 1,000 vuelos llegando al Aeropuerto Internacional de Miami cada día, hay muchas oportunidades para que los aviones encuentren las condiciones atmosféricas necesarias para producir nubes cavum.

Imagen del Observatorio de la Tierra de la NASA por Michala Garrison, utilizando datos MODIS de NASA EOSDIS LANCE y GIBS/Worldview. Historia por Adam Voiland.

Los científicos especularon sobre estos agujeros durante décadas, pero ahora se sabe que las nubes cavum son causadas por los aviones.

Imagen del día del 26 de febrero de 2024

Instrumento: Terra – MODIS

Referencias y recursos

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· Discover (2014, June 18) The Freaky Physics of Supercooled Water. Accessed February 23, 2024.

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· Heymsfield, A. et al, (2011, July 1) Formation and Spread of Aircraft-Induced Holes in Clouds. Science, 333 (6038), 77-81.

· Houston Chronicle (2024, January 11) Notice weird holes open up in the sky over Houston? This is what they are. Accessed February 23, 2024.

· Miami Herald (2024, January 11) Strange hole in clouds over AL stokes talk of ‘mother ship.’ Here’s what it really was. Accessed February 23, 2024.

· National Center for Atmospheric Research (2010, November 7) Mysterious Clouds Produced When Aircraft Inadvertently Cause Rain or Snow. Accessed February 23, 2024.

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· Pedgley, D. (2008) Some thoughts on fallstreak holes. Accessed February 23, 2024.

· Westbrook, C. & Davies, W. Observations of a glaciating hole-punch cloud. Accessed February 23, 2024.

https://earthobservatory.nasa.gov/images/152486/making-sense-of-holes-in-the-clouds

El misterio de las centellas (1459)

El misterio de las centellas (1459)

UDC 533.9.072

MODELIZACIÓN DE CENTELLAS MEDIANTE DESCARGA ELÉCTRICA A TRAVÉS DE LA SUPERFICIE DE UNA SOLUCIÓN ACUOSA DÉBIL

Emelin S.E.a, Pirozersky A.Lb, Egorov A.I.s, Stepanov S.I.s, Bychkov V.L.d

a-Instituto de Investigación de Radiofísica de la Universidad Estatal de San Petersburgo, 198504, San Petersburgo, Ulyanovskaya 1.

b-Instituto de Investigación de Física de la Universidad Estatal de San Petersburgo, 198504, San Petersburgo, Ulyanovskaya 1.

c-Instituto de Física Nuclear de Petersburgo que lleva el nombre de B.P. Konstantinov, 188300, Gatchina, región de Leningrado, Rusia.

e-Universidad Estatal de Moscú que lleva el nombre de M. V. Lomonosov.

Correo electrónico: Sergei.Emelin@pobox.spbu.ru

Resumen.

Se muestra la posibilidad de crear formaciones autónomas de plasma que tengan una forma globular estable en la parte inicial del período de relajación mediante una descarga axialmente simétrica de alto voltaje entre un ánodo anular submarino hecho de alambre y un cátodo de varilla aislado del agua por un tubo de cuarzo. Se presentan imágenes de los objetos obtenidos.

1. Introducción

En [1,2] se presenta una descarga en la que aparecen formaciones autónomas de plasma, con una serie de propiedades similares a las centellas. Estos objetos tienen la forma de un volumen luminoso redondeado de tamaño 10-20 cm con límites superiores y laterales bastante marcados, flotando en la atmósfera desde la superficie del agua como una burbuja. Durante el periodo de existencia de los objetos, que es de unas décimas de segundo, la intensidad de su radiación disminuye monótonamente desde cegadora hasta apenas perceptible, y la forma redondeada se pierde gradualmente.

A pesar de la significativa diferencia entre los parámetros de la centella y el análogo creado, esta descarga parece ser muy interesante e importante tanto para comprender las propiedades de los objetos que se producen de forma natural como para lograr una gran similitud en su modelización. Esto se debe a la presencia de una combinación muy acertada del diseño de la instalación, las características de la descarga y las formaciones de plasma emergentes para la realización, las observaciones y las mediciones. Con la ayuda de la fotografía y el video es posible registrar de forma fiable algunos elementos del proceso y su dinámica, lo que ayuda a establecer una imagen del fenómeno.

2. montaje experimental

El montaje de la descarga consistía en un acumulador capacitivo C = 0.6-0.8mF a 5kV, un descargador, un equipo de medición y de grabación foto-video. En parte de los experimentos el acumulador estaba conectado al descargador sólo durante el tiempo de descarga tocando la varilla controlada por la mano del operador. En otros casos entre el descargador y el acumulador a través de un entrehierro adicional ~ 5 mm se incluía una reactancia L1=0.2 H o L2=1mH, combinada con un transformador resonante para crear un impulso de disparo con una tensión máxima de 50 kV a una frecuencia de 36 kHz para L1 y 25 kV a una frecuencia de 250 kHz para L2.

El descargador era un tarro de plástico de forma cilíndrica de 12-18 cm de diámetro por 10-20 cm de altura con electrodos. La jarra se llenó con agua del grifo de diversas fuentes de dureza y composición elemental, o con una solución débil de diversos productos químicos a base de agua destilada o agua del grifo de baja dureza. El ánodo era un anillo de alambre del mayor diámetro posible, situado cerca del fondo de la jarra y conectado al acumulador mediante un alambre aislado. Como cátodo se utilizó una varilla corta de carbono o acero con un diámetro de 5-10 mm, insertada en una sección de un tubo de cuarzo con el mismo diámetro interior y conectada desde abajo a un conductor aislado del agua, que iba al tanque de almacenamiento y servía de soporte del cátodo. El extremo del cátodo se situaba cerca del nivel del agua, y el corte del tubo de cuarzo estaba ~2-5 mm por encima. En algunos casos, un radio de bicicleta fijado axialmente por encima del agua servía de cátodo.

Fue posible medir las señales de las sondas eléctricas, la corriente de descarga, el voltaje, la característica voltamperimétrica, la intensidad de radiación con ayuda de la FEU y los LED mediante oscilogramas de dos canales grabados por una cámara de video. Para la grabación en video de la descarga y los oscilogramas se utilizó una cámara de video digital SONY DCR TRV11E con 640 X 480 fotogramas en modo “sport” (50 fotogramas por segundo) con un adaptador de stop-frame a través de memory-stick a un ordenador y gafas ópticas certificadas.

3. Descarga con agua del grifo

La Fig.1 muestra el esquema de la instalación desarrollada en el JINRF, que permite introducir una población abundante de iones en un club de aire caliente saturado de vapor de agua. La unidad se basa en una batería de condensadores con una capacitancia de 0.6 mF, que puede cargarse hasta 5.5 kV.

imageFig.1. Instalación para la obtención de plasmoides de larga vida. 1 – recipiente de polietileno, 2 – electrodo anular, 3 – electrodo central, 4 – batería de condensadores de 0.6 mF, 5 – descargador, 6 – gota de agua o suspensión de agua, 7 – tubo de cuarzo, 8 – electrodo de carbono o metálico, 9 – barra de cobre.

Un recipiente de polietileno de 18 cm de diámetro se llenó hasta 15 cm con agua del grifo débilmente conductora. En el fondo del recipiente había un electrodo circular de cobre conectado mediante una barra de cobre aislada a un polo de la batería de condensadores. El segundo polo de la batería estaba conectado a un electrodo cilíndrico situado en el centro del recipiente, cerca de la superficie del agua y dirigido hacia el semiespacio de aire. La mayoría de las veces se utilizaba como electrodo central un carbón de 5 – 6 mm de diámetro para análisis espectral. El tubo de cuarzo que rodeaba el electrodo central se elevaba 2 – 4 mm por encima de él y 3 – 8 mm por encima de la superficie del agua. La resistencia eléctrica del agua entre los electrodos sumergidos era de 1 – 1.2 kW.

imageFig.2. Plasmoide volador después de su separación del chorro de plasma. El diámetro de la jarra con agua es de 18 cm.

Para obtener una centella artificial, se aplicaron 2 – 3 gotas (aproximadamente 0.1 ml) de agua al electrodo central hecho de carbón. Al cerrar – abrir rápidamente el pararrayos, un chorro de plasma sale volando del electrodo central con un ligero estallido, del que se separa un plasmoide luminoso autónomo. Flota lentamente en el aire y después de 0.2 – 0.5 s desaparece, desintegrándose en partes. En la Fig. 2 se registra el momento de separación de dicho plasmoide del chorro de plasma.

Un anillo de un alambre delgado (0.1 mm) de cobre o nicromo, pesado en balanzas analíticas, colocado en la trayectoria de la centella, se atomiza parcialmente, e incluso se funde en el chorro de plasma, aparentemente debido a la intensa recombinación de iones en la superficie metálica. En este caso, aparecen bolas fundidas características en los extremos de las partes conservadas del alambre.

En la mayoría de los casos, el electrodo central estaba conectado al polo negativo de una batería de condensadores. Existe una diferencia de potencial óptima entre los electrodos en la que el plasmoide adopta una forma redondeada. Para una configuración con las dimensiones mostradas, es de 4.2 – 4.8 kV. La corriente máxima en la descarga no superó los 30 – 50 A.

En un campo eléctrico horizontal creado por un condensador plano, la centella se estira hacia los lados, su vida útil disminuye. La igualdad aproximada de las cargas volumétricas de la población de iones positivos y negativos no excluye la existencia de un pequeño exceso de carga en los plasmoides.

El tamaño del plasmoide varía algo de una descarga a otra, pero suele oscilar entre 10 y 18 cm. El color de las centellas “de agua” se aproxima al de las descargas de gas excitadas en aire húmedo a presión reducida. La parte central lila del plasmoide está rodeada por una envoltura amarillenta difusa. Una pequeña mezcla de sales de sodio y calcio colorea el núcleo del plasmoide de amarillo o naranja.

imageFigura 3 Etapas de nacimiento, vuelo y desintegración de una centella artificial obtenida a partir de grafito coloidal, acetona y agua. Los números indican el número de fotogramas de la película de video. El intervalo de tiempo entre fotogramas es de 0.02 s. La película de vídeo completa “fball02.avi” está disponible en ftp://biod.pnpi.spb.ru/pub/people/stepanov.

Cuando el electrodo central de carbono se sustituye por un electrodo de hierro, cobre o aluminio, se mantiene el carácter básico del fenómeno. En una descarga pulsada, un chorro de plasma deslumbrante sale volando de un electrodo metálico humedecido con agua sin mezcla de materia orgánica y se separa un plasmoide volador. Su color depende del espectro de emisión de los átomos excitados del electrodo: los plasmoides de hierro son blanquecinos, los de cobre son verdosos, los de aluminio son blancos con una tonalidad rojiza.

La temperatura de la centella puede estimarse a partir de la velocidad de su ascenso vertical. Si tomamos el plasmoide como un palo de aire caliente y húmedo de 14 cm de diámetro, que flota en la atmósfera a 293 K con una velocidad de 1 – 1.2 m/s, la temperatura media estimada del plasmoide no supera los 330 K.

La duración de una centella artificial depende de varios factores: del tamaño y de la forma geométrica del electrodo central, de la tensión entre los electrodos, de la magnitud y de la duración del impulso de corriente, de la temperatura y de la conductividad eléctrica del agua aplicada al electrodo central. Existe otra posibilidad de modificar la vida útil del plasmoide: introducir en él una fase dispersa adicional. Para ello, debe aplicarse una suspensión de alguna sustancia al electrodo central; con una descarga de pulso, la sustancia se atomiza, se dispersa y, junto con la población iónica, entra en el plasmoide.

Se probaron docenas de sustancias: polvos de carbón, hidrocarburos con alto poder calorífico, hollín, una mezcla de carbón y sílice finamente dispersa, polvo de hierro carbonílico, suspensión coloidal de Fe3O4, arcilla, muestras de tierra, serrín, colofonia y otras sustancias naturales. El grafito coloidal y los óxidos de hierro finamente dispersos fueron seleccionados para un estudio detallado, aunque puede haber otros componentes de suspensión más óptimos. Sólo es necesario que la suspensión tenga una resistencia eléctrica elevada.

En la mayoría de los experimentos, se aplicó al electrodo central de carbono una suspensión de 3 g de grafito coloidal, 8 – 10 ml de acetona (agente humectante) y 90 ml de agua. La descarga eléctrica a través de una capa de esta suspensión produce un plasmoide volador y redondeado (Fig. 4), que flota lentamente en el aire y desaparece al cabo de 0.3 – 0.8 s, apareciendo muy raramente plasmoides con una vida más larga. El núcleo del plasmoide tiene el color de la llama, es decir, la dispersión del carbono y la destrucción de los orgánicos en la descarga pulsante van acompañadas de la formación de partículas incandescentes de hollín y radicales químicos.

Así, al introducir una potente población de iones de ambos signos en un club de aire caliente saturado de vapor de agua, aparece un plasmoide redondeado, luminoso y de larga vida. Acumula la energía gastada por la descarga eléctrica para formar pares de iones y la retiene durante mucho tiempo. La temperatura del plasmoide es ligeramente superior a la temperatura ambiente y sólo se desintegra con una explosión en raras ocasiones, cuando contiene mucho hidrógeno. En las superficies metálicas la recombinación de iones se acelera notablemente, al mismo tiempo los aerosoles de carbono finamente disperso y hierro oxidado introducidos en el plasmoide no reducen su vida útil.

4. Descarga con una solución química débil

Tras estudios adicionales en SPbSU y análisis de los resultados obtenidos, se ajustó la técnica de descarga. Para armonizar los transitorios gasodinámicos y eléctricos con el proceso de formación del plasma, se tomaron medidas para restringir el aumento de la corriente de forma similar a [3] y para dar a la parte principal de la conductividad en la descarga el carácter de conductividad inducida.

Para ello se introdujo en el circuito de corriente un estrangulador con gran inductancia. En la fabricación de ambos electrodos se utilizó un alambre de acero al carbono de 0.8-1 mm de diámetro, cuyo extremo superior se elevó por encima del tubo de cuarzo entre 5 y 8 mm. La solución se preparó a base de cloruro férrico grabado con lámina de cobre. Tras varias descargas preliminares, aparecieron en la solución productos de destrucción del ánodo. Su cantidad creciente y las transformaciones químicas subsiguientes hacían que cada descarga dependiera de la descarga previa. El carácter de la conductividad se controló mediante la presencia de una sección no lineal y la diferencia entre el curso hacia delante y hacia atrás de la característica voltio-amperio de la descarga. El escenario de preparación de la solución se llevó a cabo de forma que la tensión de almacenamiento inicial óptima fuera la más alta, de 5kV.

imageFigura 4. Formación y descomposición de formaciones autónomas de plasma.

Después de la ruptura iniciadora desde el cátodo, se desarrollaron varios canales de descarga a lo largo de la superficie de la solución, que se llenaron con plasma de erosión de la solución en ~10ms. Por encima del cátodo apareció un volumen en forma de cúpula gradualmente creciente y más luminoso, en el que entró el plasma de erosión del cátodo (Fig.4a).

La superficie lisa de este volumen, la “cáscara”, era una fina película elástica separada del relleno gaseoso por un espacio de varios milímetros o más. Estaba formada por partículas rodeadas de óxido del chorro de erosión catódica, que alcanzaban más fácilmente la parte superior del volumen de plasma y se deslizaban hacia abajo, reuniéndose en pliegues (Fig. 4b) o en un rollo (Fig. 4c). Al seleccionar con éxito los modos de erosión catódica y de corriente, la envoltura elástica se formó uniformemente sobre toda la superficie (Fig.4d), dando al objeto una forma esférica regular (Fig.4e).

Tras la separación de la descarga, la luminiscencia del contenido de la cáscara disminuyó gradualmente y desapareció, dejando una luminiscencia intrínseca más débil y duradera de la capa exterior del característico color rojo óxido. La subsiguiente pérdida de tensión y disminución de la elasticidad provocó que esta capa se arrugara, se rompiera por el centro y se transformara en un plasma en forma de toroide y luego en un vórtice de humo.

El encuentro del objeto con un anillo de 7 cm de diámetro de alambre de cobre de 0.08 mm colocado horizontalmente tuvo como resultado la separación del alambre en salpicaduras volantes y luminosas, la aparición de una región oscura en el centro del objeto (Fig. 4f), y luego su desaparición acompañada de un sonido grave.

No se produjo ninguna fusión del papel de aluminio de 10 mm alejado del cátodo por el objeto. La lámina colocada a unos centímetros del cátodo se transformó bajo la acción de la descarga en una fina red translúcida, ardiendo en algunos puntos del borde durante 1-2 s.

La colisión de la cáscara, que no había perdido su forma globular, con algodón no pudo provocar la ignición de este último, pero en presencia de contenidos luminosos brillantes, el algodón se encendió en casi todos los casos.

Se llevó a cabo la grabación simultánea en video de la formación del plasma luminoso y del entrehierro incluido en el circuito y que sirve de indicador visual de la presencia e intensidad de la corriente de descarga. Reveló la correlación de la dinámica del objeto con la descarga y después de su aparente separación.

Al utilizar un radio axial como cátodo, el objeto formado se eleva a lo largo del radio, y la deformación de la envoltura no se produce incluso después de la desaparición de la luminiscencia del contenido previamente introducido.

5. Discusión de los resultados

Con un aumento suficientemente suave del valor de la corriente y la selección de los parámetros de la solución, así como de los electrodos, se consigue el tipo inducido de conductividad y la descarga se distribuye suavemente sobre la superficie del líquido y un volumen significativo de aerosol por encima de ella. El carácter distribuido de la corriente de baja densidad, la participación efectiva de un agente refrigerante con bajo punto de ebullición – el agua, la presencia de partículas metálicas y dieléctricas, una gran masa de aire en el volumen de descarga y su forma inestable provocan un régimen de descarga fuertemente no equilibrado [4]. En estas condiciones, la energía principal se destina a la radiación y a la creación de plasma químicamente activo que contiene todos los estados estructurales-energéticos intermedios, desde gotas de agua hasta gas atomizado. Una pequeña fracción de la energía se concentra en iones, entre los cuales los más significativos para la formación de la estructura macroscópica del objeto son los iones multicarga basados en partículas metálicas fuertemente cargadas. La oxidación del hierro conduce a la aparición de óxidos hidratados estructuralmente ramificados en el plasma superenfriado, que unen cargas para formar una malla cargada [5] debido a las altas no idealidades de Coulomb y polarización.

Mientras que los productos de desintegración fríos del plasma químicamente activo retrasan la recombinación y son inhibidores de la combustión, las partículas metálicas calientes actúan como catalizador. Por lo tanto, el establecimiento de la distribución natural de la temperatura de los componentes del plasma a lo largo del radio del objeto, teniendo en cuenta los flujos de materia, conduce a la redistribución de los propios componentes y a la división funcional del objeto en una serie de regiones [4,6]. En la parte central caliente, los procesos de mezcla de materia, combustión, recombinación y generación de radiación son más activos. En la parte exterior fría, expuesta a la radiación de las capas interiores, se acumulan las partículas metálicas y dieléctricas más grandes, creando varias capas [4] con diferente no-idealidad. La existencia de carbono en estas condiciones sólo óxidos gaseosos no permite que los objetos basados en él tengan la misma envoltura elástica que en el caso del hierro, lo que afecta a la forma de los objetos.

La dependencia del estado del objeto con respecto a la descarga en la fase de separación visual de la zona de brillo catódico, la combustión del hilo y la no combustión de la lámina delgada de aluminio indican la presencia de corrientes remotas invisibles al ojo que sostienen la existencia del objeto. El mantenimiento de la cáscara sobre la base del plasma de polvo fuertemente no ideal es posible en principio por fuentes de radiación de diferente naturaleza: química, nuclear. Sin embargo, el hecho mencionado es ante todo esencial para la explicación de la ocurrencia de algunas centellas en condiciones de tormenta [7] y la comprensión de sus propiedades.

5. Conclusiones

Los objetos estudiados tienen forma globular y, según los autores de SPbSU y MSU, representan un estado condensado metaestable excimérico [8] basado en un plasma fuertemente no ideal de partículas metálicas y dieléctricas, formado en el proceso de autoorganización estructural y energética. Este estado tiene baja energía y densidad de materia, pero un brillo de luminiscencia significativo para el ojo y se relaja en las condiciones consideradas. Su existencia se apoya en la liberación de energía del plasma químicamente activo en descomposición y en la descarga eléctrica.

Lista de referencias.

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El misterio de las centellas (1457)

El misterio de las centellas (1457)

Plasmoides luminosos de larga vida procedentes de descargas eléctricas en aire húmedo

S. I. Stepanov*, A. I. Egorov, G. D. Shabanov

Instituto de Física Nuclear de San Petersburgo que lleva el nombre de B.P. Konstantinov R.R. B.P. Konstantinov RAS

*Email: stepanov@omrb.pnpi.spb.ru

De los fenómenos de la electricidad atmosférica de especial interés son las centellas – formaciones voladoras, compactas y luminosas. El descubrimiento de un método reproducible de producción de plasmoides de larga vida a partir de plasma hidratado en la atmósfera abierta [1-3] permitió iniciar un estudio sistemático de sus propiedades. Los resultados de estos estudios se presentan parcialmente en este trabajo.

Image1El montaje experimental (Fig. 1) para la producción de plasmoides permitió una descarga eléctrica prolongada (100 ms) a través de vapor de agua. La base del montaje fue una batería de condensadores 1 con una capacitancia de 0.6 mF, que se cargó a 4.8 – 5.5 kV. Un recipiente de polietileno 2 se llenó hasta 15 cm con agua del grifo 3 débilmente conductora. En el fondo del recipiente había un electrodo circular de cobre 4 conectado al polo positivo conectado a tierra de la batería. El electrodo central negativo 5 estaba en el centro del recipiente y sobresalía del agua entre 3 y 6 mm. El electrodo central consistía en una varilla de grafito de 5 mm de diámetro rodeada por un tubo aislante de cuarzo. En el pozo del electrodo era posible colocar hasta 0.1 g de agua o de suspensión acuosa de la sustancia que se pretendía introducir en el plasmoide. La conexión y desconexión de la corriente de descarga se realizaba manualmente mediante el descargador 6.

Para estudiar las propiedades del chorro de plasma y del plasmoide se creó un equipo de medición especial. Para medir la tensión U1 entre los electrodos, se conectó en paralelo a ellos una resistencia R1 = 100 kOhmios, de una parte de la cual se alimentó la tensión al ADC. La medición de la luminosidad y del tiempo de vida del chorro y del plasmoide se realizó mediante el fotosensor 7 – era una fotomatriz de silicio de 24*36 mm. El fotosensor se colocó en la cámara 8 en lugar de la película fotográfica. El campo de visión del fotosensor abarcaba el espacio donde existía el plasmoide, empezando por la altura H1 = 15 cm desde la superficie del agua hasta la altura H2 = 50 cm.

Image2La carga eléctrica total del plasmoide se midió con un cilindro de Faraday modificado hecho como una rejilla 9 con un diámetro de 25 cm. La rejilla se conectó a una resistencia R2 = 2.0 megaohmios. Un amplificador operacional con una alta resistencia de entrada se conectó a una parte de la resistencia. Para reducir las interferencias, la rejilla se colocó en una pantalla 10 de alambre conectada a tierra.

Image3Además, se realizaron estudios de las propiedades eléctricas del chorro de plasma y del plasmoide utilizando una única sonda. Se trataba de una bola de 0,4 mm de diámetro hecha de nicromo. El cable que conducía a la sonda estaba envuelto en un aislante de vidrio. La sonda se conectó a tierra mediante una resistencia de 0,3-160 Mohm. Como electrodo de referencia (contrasonda) se utilizó una pantalla electrostática conectada a tierra. Se podía aplicar a la sonda un offset en el rango de -600…+600 V.

Las señales de los sensores se registraron mediante la tarjeta de medición de la empresa “L-card” con procesador, memoria, ADC (1.6 µs, 12 dígitos, 16 entradas analógicas). Las señales de varios sensores se registran en un archivo con un muestreo temporal de 0.2 ms.

Al cerrar – abrir rápidamente el descargador, un chorro de plasma salió volando del electrodo central con un ligero chasquido. Se elevó a una altura de 15 – 20 cm durante ~ 100 ms. En este momento, hay tensión entre los electrodos del recipiente (etapas 1.2 en Fig. 2) y una corriente de ~ 50 A (al principio de la descarga). Además, la parte superior del chorro se convierte en un plasmoide volador autónomo con un diámetro de 10 – 18 cm (etapa 3). El plasmoide lentamente, con una velocidad de 1 – 1.5 m/s se eleva hacia arriba (etapas 4 – 6) y después de 0.2 – 0.5 s se desintegra en partes, que se extinguen. La reproducibilidad de los experimentos es cercana al 100%. Al añadir diferentes sustancias al pozo del electrodo central, el carácter del fenómeno en su conjunto sigue siendo el mismo, pero cambian la intensidad y el color de la luminiscencia. El color del plasmoide depende del espectro de emisión de los átomos excitados del electrodo y de la sustancia añadida al pozo. Los experimentos y gráficos descritos a continuación se refieren a plasmoides obtenidos en un electrodo de grafito sin aditivos. Un gran número de interesantes fotografías de plasmoides, que muestran claramente su estructura, fueron obtenidas por S. E. Emelin y A. L. Pirozersky y están disponibles en la página web [4].

Image4Image5La temperatura media del plasmoide se estimó mediante la velocidad de su ascenso vertical. Si se toma el plasmoide como un palo de aire caliente de 14 cm de diámetro, flotando en la atmósfera a 293 K con una velocidad de 1.2 m/s (los datos se obtuvieron procesando un archivo de video [5]), la temperatura media calculada del plasmoide no supera los 330 K.

Para medir la carga del plasmoide, se colocó una rejilla de medición (dentro de una malla metálica) por encima del recipiente a una altura de 30 cm de la superficie del agua. Al entrar en contacto con la rejilla, el plasmoide emergente desaparecía, creando una corriente a través de la resistencia R2 (Figura 4). Al principio del gráfico se observa una señal debida a la descarga. Después no hay señal: el plasmoide se eleva pero aún no toca la rejilla. Más tarde, en el intervalo 320 – 580 ms, podemos ver la señal causada por la carga del plasmoide fluyendo a través de la rejilla y la resistencia R2 a tierra. Integrando la corriente en este intervalo de tiempo, se puede determinar la carga del plasmoide. Las cargas del plasmoide medidas de esta forma resultaron ser negativas. La magnitud de la carga estaba en el rango de -4…-10 nKl, siendo el valor más probable -8 nKl. Si suponemos que la carga del plasmoide se concentra en un volumen esférico de radio R=6 cm, el potencial del plasmoide respecto al suelo puede estimarse de la siguiente manera Image6

El estudio del chorro de plasma mediante una única sonda colocada a una altura de 12 – 18 cm mostró que su potencial es negativo y es de -1.8 …-2.2 kV. Por lo que se puede concluir que el plasmoide recibe su carga de la parte superior del chorro.

El plasmoide también se investigó con una sola sonda. En el desplazamiento cero, las cargas negativas se recogen del plasma (Fig. 5), – el campo eléctrico en este caso se dirigió de la sonda al plasma. En el momento en que la sonda se encuentra en la superficie superior del plasmoide, se observa una fuerte ráfaga de corriente.

A una polarización de -400…-500 V, la señal de la sonda (figura no mostrada), en el momento en que la sonda estaba dentro del plasmoide, correspondía a la colección de cargas negativas, lo que significa que el potencial dentro del plasmoide excedía, modulo el potencial de polarización aplicado – lo que es consistente con las medidas realizadas con la rejilla. En el momento en que la sonda estaba en la superficie superior del plasmoide, había una colección de cargas positivas. Esto significa que el potencial del plasma aquí es aproximadamente igual al potencial de polarización aplicado a la sonda.

Así pues, los plasmoides luminosos voladores, que, según testigos presenciales, se asemejan a centellas de corta duración, tenían una carga intrínseca y un potencial de aproximadamente -1300 V. Cabe señalar que también se detectó un campo eléctrico con una intensidad de 60 kV/cm en un plasmoide obtenido en vapor de agua saturado [6].

Los autores agradecen a S. E. Emelin, A. L. Pirozersky, E. A. Drobchenko y A. M. Pirogov por su ayuda en la fabricación de equipos de medición, experimentos y valiosas discusiones, así como a L. A. Noskin por proporcionar equipos electrónicos para el trabajo.

[1] G.D. Shabanov, Letters in ZhTF, 2002, vol. 28, número 4, pp. 81 – 86.

[2] A.I. Egorov, S.I. Stepanov, ZhTF, 2002, vol. 72, número 12, pp. 102 – 104.

[3] S.E. Emelin, A.L. Pirozersky, A.I. Egorov, et al, en Proc. Cold transmutation of nuclei, M, 2002, p. 240 – 248. (Mater. 9 All-Russian Conf., Dagomys, 2002).

[4] http://www.balllightning.narod.ru

[5] ftp://biod.pnpi.spb.ru/pub/people/stepanov/fball02.avi

[6] E.T. Protasevich, ZhTF, 1993, vol. 63, número 7, pp. 201 – 204.

https://web.archive.org/web/20040401154830/http://balllightning.narod.ru/2003/Gatchina/Stepanov03-1/Stepanov03.htm