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Cause e formazione di un Fulmine

La scarica di un fulmine è un tipico fenomeno elettrostatico molto simile a livello fisico e logico a quello di una scarica elettrica che avviene tra due piastre di un condensatore piano quando la differenza di potenziale tra di esse supera la cosiddetta rigidità dielettrica del mezzo fisico frapposto, in questo caso l'aria atmosferica (modello a condensatore).

A livello microscopico la scarica sarebbe generata dalle particelle cariche negativamente presenti sulla superficie esterna della nube, che vengono attratte dalle particelle positive presenti nel suolo. Si genera quindi una differenza di potenziale. Sono state studiate varie cause che includono le perturbazioni atmosferiche (vento, umidità, attrito e pressione atmosferica), ma anche l'impatto di particelle provenienti dal vento solare e l'accumulo di particelle solari. Anche le particelle di ghiaccio all'interno della nuvola sono ritenute essere un elemento fondamentale nello sviluppo dei fulmini, in quanto possono provocare la separazione forzata delle particelle con cariche positive e negative, contribuendo così all'innesco della scarica elettrica.

Il meccanismo di formazione è solitamente il seguente: dalla nuvola ha inizio un canale ionizzato (detto canale di prescarica) che avanza nell'aria verso il basso, muovendosi a tratti con avanzamenti rapidi dell'ordine dei 50 metri e pause nell'ordine di 50 microsecondi, in modo che la velocità media risultante dell'avanzamento sia di circa 1 metro/microsecondo. Quando il canale ionizzato, che appare debolmente luminoso e presenta irregolarità di percorso e ramificazioni, raggiunge il punto di contatto con il suolo (o su una linea elettrica ad esempio) fluisce verso terra una elevata corrente dovuta alla scarica quasi completa del canale ionizzato (scarica di ritorno), la quale inizia dal suolo e si propaga verso la nube con una velocità di circa 10% - 30% di quella della luce rendendo via via notevolmente luminoso il condotto di fulmine e le sue ramificazioni. È possibile riprodurre il fenomeno fisico del fulmine tramite apparecchiature quali elettrofori, come ad esempio quello di Van de Graaff, sebbene il controllo di queste scariche elettostatiche sia limitato.

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