Questão 79 do ENEM 2016 — Ciências da Natureza

Para entendermos o fenômeno dos raios, precisamos analisar o que acontece nas nuvens durante uma tempestade. No interior das nuvens de tempestade (cumulonimbus), ocorrem intensas correntes de ar que provocam o choque e o atrito entre partículas de gelo e gotas de água. Esse atrito constante causa a eletrização dessas partículas, levando a um enorme acúmulo de cargas elétricas (positivas em algumas regiões da nuvem e negativas em outras).

Quando uma nuvem fica muito carregada, ela induz na superfície da Terra (logo abaixo dela) uma carga de sinal oposto. Por exemplo, se a base da nuvem está carregada negativamente, ela repelirá os elétrons do solo, deixando a superfície da Terra com uma carga resultante positiva.

Esse acúmulo de cargas opostas separadas por uma certa distância cria um campo elétrico ($E$) entre a nuvem e o solo. O ar atmosférico, em condições normais, é um isolante elétrico (ou dielétrico), o que significa que ele não permite a passagem de corrente elétrica. No entanto, todo material isolante possui um limite máximo de campo elétrico que consegue suportar sem conduzir eletricidade, conhecido como rigidez dielétrica.

À medida que mais cargas se acumulam na nuvem, a intensidade do campo elétrico entre a nuvem e o solo aumenta continuamente. Quando esse campo elétrico atinge um valor superior à rigidez dielétrica do ar (que é de aproximadamente $3 \times 10^6 \text{ V/m}$), o ar sofre ionização. Seus átomos perdem elétrons, transformando o ar em um meio condutor (plasma). É exatamente nesse momento que ocorre a descarga elétrica, ou seja, o raio, permitindo que as cargas fluam rapidamente entre a nuvem e o solo para restabelecer o equilíbrio elétrico.

Portanto, as descargas elétricas ocorrem devido ao aumento da intensidade do campo elétrico entre as nuvens e a superfície da Terra, que acaba rompendo a capacidade isolante do ar.