UFAM 2015

A rigidez dielétrica corresponde ao maior valor de intensidade do campo elétrico aplicado a um isolante, sem que ele se torne um condutor e varia de um material isolante para outro. No caso do ar, a rigidez dielétrica depende de diversos fatores, dentre eles a pressão, a temperatura, a taxa de crescimento da tensão, a umidade relativa do ar, etc., mas seu valor típico é de aproximadamente 30𝑘𝑉 𝑐𝑚. Assim, quando a intensidade do campo elétrico no ar ultrapassar esse valor, ele deixa de ser isolante e torna-se condutor. Sabe-se que durante a formação de uma tempestade ocorre separação de cargas elétricas, ficando as nuvens mais baixas eletrizadas negativamente, enquanto as nuvens mais altas se eletrizam positivamente. À medida que a quantidade de cargas elétricas nas nuvens aumenta, a intensidade destes campos vai aumentando, podendo ultrapassar o valor de quebra da rigidez dielétrica do ar. Quando isso acontece, o ar torna-se condutor e uma enorme centelha elétrica (relâmpago) irá saltar de uma nuvem para outra ou de uma nuvem para a Terra. No entanto, estudos recentes indicam que a intensidade do campo elétrico dentro das nuvens de tempestade atinge valores máximos entre 1 e 4𝑘𝑉 𝑐𝑚, inferiores, portanto, àquele para a quebra da rigidez dielétrica do ar na altura das nuvens, indicando que outros processos atuam na formação de um relâmpago. Considere a situação em que duas nuvens, eletrizadas com cargas iguais e de sinais opostos, estão separadas por 200𝑚. De maneira simplificada, podemos modelar esta situação considerando as duas nuvens como constituindo um capacitor plano de capacitância 0,1𝑛𝐹. Deste modo, podemos afirmar que, no momento em que a intensidade do campo elétrico entre as nuvens atinge o valor de 4𝑘𝑉 𝑐𝑚, a diferença de potencial entre as nuvens e a quantidade de carga em cada nuvem vale, respectivamente: