Il Fulmine in Meteorologia

Il fulmine è un fenomeno atmosferico legato all’elettricità atmosferica, e quelli più facilmente osservabili sono quelli fra nuvola e suolo.

Tale fenomeno atmosferico consiste in una scarica elettrica di grandi dimensioni fra due corpi con elevata differenza di potenziale elettrico.



Il Fulmine

In Meteorologia il fulmine è detto anche saetta o folgore, le scariche fra due nuvole, o all’interno di una stessa nuvola, è chiamata saetta.

Qualsiasi oggetto sospeso nell’atmosfera può innescare un fulmine, come quelli fra nuvole, aeroplano e suolo, o i cosiddetti fulmini globulari al suolo, ancora in fase di studio.

Generalmente si descrive il fulmine come una singola scarica, tuttavia sono molto frequenti scariche in rapida successione, con un intervallo di tempo, tra una scarica e l’altra, tra i 5 e i 500 millisecondi.

L’attività luminosa connessa alla scarica di un fulmine è detta lampo, mentre l’espansione del canale ionizzato in seguito alla scarica genera un’onda d’urto molto rumorosa, ossia il tuono.

Il lampo lo si può osservare prima di sentire il tuono, poiché il suono viaggia a velocità molto inferiore a quella della luce e quindi percepirà un ritardo di circa tre secondi per ogni chilometro di distanza dal fulmine.

Nello specifico il fulmine è una colonna di gas ionizzato, cioè plasma, le cui caratteristiche fisiche sono:

Corrente elettrica
Temperatura (stato termico di un corpo) elettronica
Diametro della colonna di plasma
Carica elettrica totale
Differenza di potenziale

  • I tipi di fulmini sono:

Negativo discendente, la scarica pilota ha carica negativa e parte dall’alto.
Positivo discendente, la scarica pilota ha carica positiva e parte dall’alto.
Negativo ascendente, la scarica pilota ha carica negativa e parte dal basso.
Positivo ascendente, la scarica pilota ha carica positiva e parte dal basso.


Come e perché si forma un fulmine

Il fulmine genera un forte impulso elettromagnetico che provoca interferenze nella ricezione di segnali radio che possono danneggiare componenti elettronici funzionali a bassa frequenza.

Mediante le osservazioni tramite l’uso di telescopi spaziali, è stato possibile scoprire l’emissione di radiazione elettromagnetica a più alta energia fin nello spettro dei raggi gamma.

Queste osservazioni hanno rivelato l’esistenza di un fenomeno inatteso e inspiegabile, sottoponendo la teoria dei fulmini a seri dubbi, soprattutto con la scoperta della produzione di antimateria nei fulmini.

La scarica di un fulmine è un fenomeno elettrostatico molto simile a 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.

Nello specifico la scarica sarebbe generata dalle particelle cariche negativamente presenti sulla superficie esterna della nube, che vengono attratte dalle particelle positive presenti nel suolo, generando quindi una differenza di potenziale.

Tra le varie cause nelle perturbazioni atmosferiche vi sono vento, umidità, attrito e pressione atmosferica, ma anche l’impatto di particelle provenienti dal vento solare e l’accumulo di particelle solari.

Le particelle di ghiaccio all’interno della nuvola sono ritenute anch’esse un elemento fondamentale nello sviluppo dei fulmini, in quanto possono provocare la separazione forzata delle aprticelle con cariche positive e negative, contribuendo così l’innesco della scarica elettrica.

  • Meccanismo di formazione:

Dalla nuvola ha inizio un canale ionizzato, detto canale di prescarica, che avanza nell’aria verso il basso.

Quando il canale inonizzato raggiunge il punto di contatto con il suolo, fluisce verso terra una elevata corrente dovuta alla sua scarica quasi completa, la quale, dal suolo, ritorna verso la nube velocemente rendendo via via notevolmente il condotto di fulmine e le sue ramificazioni.

Il fenomeno fisico del fulmine si può riprodurre tramite apparecchiature quali elettrofori, anche se il controllo di queste scariche elettrostatiche sia limitato.


Avvertenze e pericolosità

  • Un corpo colpito da un fulmine viene riscaldato per effetto Joule, cioè un elemento circuitale in cui coinfluisce una corrente e ai cui capi vi è una differenza di potenziale pari alla potenza elettrica.
  • Tale effetto, e a seconda dei casi, e se sussistono grandi correnti, possono incendiare o fondere all’istante, mentre quando un fulmine si scarica nell’acqua può vaporizzarsi.
  • Quando un fulmine colpisce una persona si parla di fulminazione, mentre si parla di folgorazione per indicare le lesioni violente prodotte dalle scariche elettriche provenienti dagli impianti industriali.
  • Il fulmine può danneggiare il cervello e arrestare il battito cardiaco in una frazione di secondo, e dato che l’impulso elettrico è caratterizzato anche da alte frequenze, e che parte della corrente scorre sull’esterno del corpo, ustiona in particolar modo la pelle.
  • Un fulmine può provocare danni garvi alle persone anche se queste non vengono colpite direttamente, l’onda d’urto infatti può investire le persone vicine spostandole e stordendole.
  • Se un fulmine si scarica su un albero, questo esplode a causa della improvvisa vaporizzazione della linfa, proiettando schegge.

Essere colpiti da un fulmine è assai improbabile, ma non rarissimo, se non si adottano adeguate precauzioni quando esso si manifesta, infatti per ridurre i rischi si utilizano i parafulmini.

Ciò che attrae le scariche elettriche è la presenza di materiali conduttori oppure di energia nelle sue varie forme, e tendono a concentrarsi sulle punte.

La densità di carica elettrica, tra la carica del corpo e la sua superficie, misurabile in un materiale conduttore, risulta massima nelle sue punte e sui suoi spigoli, dove tendono a concentrarsi le particelle elettriche libere.

La casa e anche i luoghi al chiuso costituiscono un riparo sicuro in caso di temporale, si consiglia quindi di:

  • Evitare di utilizzare apparecchiature connesse alla rete elettrica e i telefoni fissi non cordless.
  • Evitare di toccare elementi metallici quali tubature e le parti metalliche di porte e finestre.
  • Evitare di fare la doccia, lavare i piatti ed in genere di entrare in contatto con l’acqua.
  • Mantenere una distanza di qualche metro da porte e finestre.
  • Utilizzare i cellulari al chiuso sono sicuri in quanto il loro campo elettromagnetico è troppo debole per attrarre in forma significativa i fulmini.
  • Le automobili e gli aeroplani sono sicuri perché sono una gabbia di Faraday, un contenitore in materiale elettricamente conduttore, e quindi isolano l’ambiente interno dai campi elettrostatici presenti al loro esterno.
  • La posizione più sicura, in mancanza di un luogo chiuso, è quella di stare piegati sulle proprie ginocchia, non in piedi e non sdraiati sul terreno, ed evitare di stare in gruppo con altre persone.
  • Una fonte di rischio sono gli elementi sporgenti, gli alberi, pali e masse d’acqua, come il mare e i laghi.

Poiché il corpo umano è un conduttore elettrico, la posizione piegata sulle ginocchia, e isolata dagli altri, è quella che minimizza la superficie conduttrice e di scambio termico che potrebbe attrarre un fulmine.


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