Relampagos

UN-REPLAN REFINARIA DE PAULÍNIA
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Energia da natureza
A partir de um estudo desenvolvido por
diversas áreas da UN-Replan, foi produzida esta
apresentação sobre descargas atmosféricas -
os relâmpagos.
Utilizada em nossos Diálogos Diários de
Segurança, a mesma se destina a mostrar, de
forma didática, fatos e dados sobre este
fenômeno da natureza, auxiliando na prevenção
de acidentes.

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Energia da natureza
[de re + o radical latim lampare
‘fulgir’, ‘brilhar’]
Luz intensa e rápida
produzida pela descarga
elétrica entre duas nuvens, e
que, geralmente, precede o
ruído do trovão.
(Dicionário Aurélio)
Relâmpago

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Energia da natureza
Fonte: Revista Superinteressante

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A cada segundo,
cerca de cem mil
raios caem sobre a
terra, produzidos
por cerca de duas
mil tempestades,
conforme dados
do Lightning
Mapper Sensor
da NASA.
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A maior tempestade de raios conhecida foi a de
março de 1993 sobre a Flórida, nos Estados
Unidos: cerca de cinco mil raios por hora durante
um dia inteiro.

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Características dos raios envolvendo corpos humanos
A pele humana, capas plásticas de chuva, botas de borracha e
outros tipos de isolações não exercem nenhum efeito isolante
contra a incidência de raios, e o corpo humano representa um
condutor de aproximadamente 300 ohms da cabeça aos pés.
Descargas superficiais ocorrem ao longo do corpo humano ao
gradiente de tensão de cerca de 250 kv/m.A corrente de raio que
atinge a cabeça da pessoa se desenvolve de duas formas: por
condução através do corpo e na forma de descargas superficiais ao
longo do corpo.
As descargas superficiais provocam queimaduras na forma de
marcas ao longo do corpo, que são facilmente curadas.
A corrente de condução através do corpo humano causa parada
cardíaca e respiratória, geralmente resultando em morte.

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Problemas de segurança em acidentes com raios
Classificação e quantidade de pessoas atingidas
(dados de pesquisa)

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As peças metálicas ao longo do corpo
acentuam as descargas de superfície e tendem
a reduzir a corrente de condução.
É o próprio corpo humano, e não qualquer peça de metal,
que atrai a descarga atmosférica. Objetos erguidos acima da
cabeça amplificam esse efeito de atração.
Somente descargas diretas ou laterais provocam morte,
causada pela passagem de uma corrente de condução
elevada através do corpo humano.

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Em 11% dos acidentes com descargas diretas e laterais,
pessoas agachadas ou sentadas são mortas ou
gravemente feridas. Tais posturas não são seguras o
suficiente para evitar a incidência de descargas.
A permanência próxima a objetos como árvore,
mastro de barracas, chaminés, etc., que não são
equipados com captores e condutores de
descida, é mais perigosa do que permanecer em
campo aberto.

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O interior de uma gaiola de Faraday é um espaço seguro, dentro do qual os raios
não penetram. Na vida cotidiana, carros, ônibus, trens e prédios de concreto
representam espaços seguros.No interior de edifícios de madeira e pequenas
cabanas, é recomendável permanecer afastado pelo menos um metro das
paredes, pilares e teto.
Recomenda-se também, em
qualquer tipo de edificação, manter
afastamento de um metro de linhas
elétricas e telefônicas, bem como de
todo dispositivo ou aparelho
elétricos a elas conectado, pois há a
probabilidade de que surtos
atmosférico que se propaguem ao
longo de tais linhas causem danos
às pessoas a elas adjacentes.
Simulação da gaiola de Faraday,
no Museu de Ciência de Boston

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Acidentes com descargas diretas ou laterais
freqüentemente ocorrem quando as nuvens
de tempestade estão ainda distantes e os
trovões são ouvidos ao longe, ou quando as
nuvens parecem já ter se distanciado
bastante.
Quando os acidentes ocorrem, deve-se
proceder á reanimação artificial e massagem
cardíaca externa. Se a respiração e a
pulsação das vítimas são restabelecidas, a
operação de salvamento é quase sempre bem
sucedida, e elas se recuperam, sendo todos
os danos curados depois de um certo tempo.

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Guia de segurança contra os perigos do raio
Permaneça dentro de prédio, carros, ônibus, trens e cabanas.Na falta
desta opção, entre e permaneça em área protegida por objetos altos,
como linhas elétricas aéreas, em área delimitada por um ângulo vertical
de 45 graus em relação aos seus pontos mais altos.

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Quando estiver em terreno aberto e plano, desvencilhe-se de
todos os objetos longos, como guardas-chuvas,varas de
pesca, tacos de golfe.Não remova peças metálicas que esteja
portando ou vestindo.Se você prever a iminência de um raio,
deite-se imediatamente. Em casos usuais, abaixe-se o máximo
possível, observe a atividade atmosférica e procure em torno
por edifício ou objetos altos que possam construir uma área
protegida. Ao ouvir trovões, dirija-se a edifícios ou áreas
protegidas.

Quando ingressar em
área protegida por
objetos altos,
mantenha, com relação
a estes, distância de
mais de dois metros a
abaixe-se o máximo.
Em caso de árvores
altas, mantenha no
mínimo dois metros de
distância de galhos e
folhas.
Permaneça em área segura até ter certeza de que os
trovões realmente acabaram.
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Proteção contra raios
A tradicional recomendação de não se abrigar sob árvores é mantida, pois se um
raio tiver de cair, as árvores, num campo aberto, são o local mais provável para
isso acontecer. O melhor que a pessoa pode fazer, por mais estranho e
constrangedor que pareça, é deitar completamente no chão, pois com isso a
massa corporal (que é 80% constituída de água) se espalha e fica equalizada com
o solo, deixando de haver a diferença de potencial elétrico que atrairia o raio.
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Há mais chance de que
algum outro objeto nas
proximidades seja mais
atrativo para a corrente
elétrica.

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No campo de futebol, o jogo deve ser imediatamente interrompido, pois
se um raio cair, vai afetar provavelmente mais de um jogador ao mesmo
tempo. Nos campos situados entre edificações com pára-raios, uma
centelha elétrica do raio que está caindo no prédio pode incidir no campo
de futebol.

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Pelo telefone – Enquanto o telefone celular não apresenta risco para o
usuário, por não ter ligação física com a terra – e portanto pode ser
usado mesmo durante a tempestade – o telefone convencional está
ligado ao cabo telefônico.
Além do choque, um raio pode causar,
entre outros danos, a surdez da
pessoa que estiver usando o telefone
nesse momento.

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Ainda se salvam os postos de gasolina, que seguem uma norma técnica específica
para as instalações dos depósitos de gasolina: eles devem ficar enterrados no solo
e vedados contra a entrada de oxigênio, o que evita a explosão do combustível;
assim a descarga elétrica passa pelo tambor e se dissipa no solo. Além disso, a
estrutura de cobertura deve ser metálica, para que a descarga elétrica seja
conduzida para o solo. Existe apenas um raro momento de perigo: quando o
frentista está abastecendo um veículo, em meio à tempestade, e alguma bolha de
oxigênio possa passar pela mangueira para o tanque subterrâneo de combustível.
Neste caso, um raio poderia provocar uma explosão do posto.
Por isso, embora pareça uma providência
radical, o certo seria os postos de combustível
interromperem a venda de combustível aos
motoristas durante o clímax da tempestade
com maior incidência de raios. Uma
distribuidora de combustível inclusive passava
essa recomendação, em cursos para os
frentistas dos postos.

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Os aviões são costumeiramente atingidos pelos
raios, porém como estão imersos no ambiente
ionizado, o raio passa pela carcaça metálica
(que forma também uma “gaiola de Faraday”) e
continua a descida em direção ao solo, sem
afetar os instrumentos de bordo.
Nos aviões existia uma situação semelhante a dos postos de gasolina:
depois de um acidente aéreo ocorrido cerca de 20 anos atrás, os tanques
de combustível da aeronave são instalados de forma a “flutuar” sobre
“coxinhos” de borracha, de forma a não ter contato algum com a carcaça
da aeronave.

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Os raios já foram responsáveis até pelo
lançamento de um foguete norte-americano
(aconteceu em 1987, na plataforma da ilha
Wallop, confessa a NASA).
Mesmo os astronautas da Apollo 12
perderam por algum tempo o controle da
nave, devido a um raio que afetou os
computadores de bordo.

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Num automóvel, os ocupantes devem evitar encostar nas partes metálicas.
Se um raio cair sobre o carro, percorrerá a carroçaria e acabará
centelhando para o solo, ocorrendo assim a dissipação, apesar de não
haver contato direto com o solo (os pneus são de borracha, isolantes). Por
isso, não se deve sair do carro nos primeiros instantes após a queda do
raio. Curiosamente, a chamada eletrônica embarcada não sofre os efeitos
da descarga elétrica: a carroçaria metálica do veículo funciona (como no
caso do avião) como uma gaiola Faraday, de forma que a descarga
elétrica não passa pelos componentes microprocessados existentes no
veículo.

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Já no caso de uma embarcação – um navio – o raio poderá
atingir os equipamentos de telecomunicação e navegação,
bem como os computadores de bordo, antes de ser
dissipado pelo casco na água. É por isso que a empresa
produtora dos equipamentos anti-raio está iniciando um
trabalho de divulgação desses produtos também no meio
marítimo, até porque como a água é excelente atratora de
raios, o navio que se interpõe entre o raio e a água tem
mais possibilidades de ser atingindo pelas descargas
atmosféricas e ter os equipamentos eletrônicos danificados.
A propósito, pela mesma razão se recomenda
sair imediatamente de piscinas ou do mar no
caso de se iniciar uma tempestade com raios...

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Pesquisas reformulam conceitos sobre as descargas atmosféricas
As pesquisas demonstram que, embora um raio possa ter até 100 mil
ampères ao descer, a grande parte dos raios na verdade inicia a descida
com 35 mil ampères. Ao atingir uma edificação, devido à forte dissipação
já ocorrida no percurso, a corrente já está com seis mil ampères. No
momento em que atinge a casa ou o prédio, não havendo o pára-raios, a
corrente seguirá pela estrutura férrea existente nas paredes até o solo.
O pára-raios tem apenas a função de facilitar essa
passagem, evitando danos à estrutura física do
prédio, mas ele não protege os equipamentos
elétricos existentes no interior da edificação. Se um
raio chega por um fio telefônico ou elétrico, ou pela
antena de televisão, vai percorrer os aparelhos
conectados à rede (mesmo que desligados), em
busca de uma saída para o solo, e nesse percurso
vai queimar os circuitos que encontrar.

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O choque elétrico
Uma corrente de 20mA (miliampère) que passa
pelo corpo humano pode ser fatal. Para que
isso ocorra a corrente elétrica, de alta
resistência, deve entrar e sair pela epiderme.

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Embora o Brasil seja detentor de tecnologia de ponta em termo de proteção contra
descargas atmosféricas, no cotidiano os sistemas de aterramento utilizados nos
prédios e nas casas – quando existem - deixam muito a desejar. Em certos casos,
as pessoas estariam mais seguras se eles não estivessem instalados.
Os aterramentos no Brasil

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Energia da naturezaOs aterramentos no Brasil
Uma norma básica do aterramento elétrico é a
IEC 200 dos Estados Unidos, segundo a qual
todos os aterramentos têm de estar interligados
fisicamente, em toda a estrutura física de uma
cidade. Os cabos elétricos naquele país
possuem três pólos: fase, neutro e terra. Cada
prédio novo que é construído deve interligar
seu fio terra com os demais. Isso cria uma
“gaiola de Faraday ”, uma espécie de malha ou
rede subterrânea que evita a diferença de
potencial no solo. É que se dois prédios
vizinhos possuem aterramentos diferentes e
não interligados, e um registra 5 ohms
enquanto o outro tem 20 ohms, por exemplo,
quando a descarga elétrica bate no solo,
retorna pelo fio-terra do prédio onde há menor
resistência elétrica, com todas as
conseqüências como se o raio tivesse caído
nesse outro prédio.

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E desligar o aparelho também não basta: é preciso desconectá-lo da
tomada, pois a descarga elétrica que atingir a edificação vai percorrer
todos os aparelhos elétricos em busca do caminho de saída para a terra
e, ao passar pelos circuitos microprocessados, os danificará.
Desligar o disjuntor no quadro geral de eletricidade também não é o
suficiente. Como a distância entre os pólos do disjuntor é pequena,
poderá haver uma centelha elétrica que pule de um pólo ao outro,
continuando seu caminho até passar pelos equipamentos elétricos.
Não basta desligar os aparelhos eletrônicos da
casa ou escritório, durante a tempestade. Como
as descargas elétricas podem chegar tanto pela
rede telefônica, pelo cabeamento de televisão e
principalmente pelas antenas de TV, é preciso
desconectar os aparelhos da rede telefônica e
dos cabos de televisão.

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Na medida em que os equipamentos
microprocessados – computadores,
equipamentos telefônicos e de fax,
televisores, fornos microondas,
equipamentos para receber sinais
televisivos por cabo ou satélite –
invadiram escritórios e residências, a
situação mudou radicalmente.
Mesmo em atividades mais comuns, até uns oito anos atrás, um bom
sistema de aterramento e um pára-raios resolviam, quando as nuvens
negras surgiam no céu.
O velho pára-raios protege a estrutura física do prédio ou da casa, mas
não os aparelhos eletrônicos que estejam ligados às tomadas, aos fios
telefônicos, aos cabos de televisão ou às antenas.

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Estabilizadores de tensão e principalmente filtros de linha elétrica comuns
também não apresentam qualquer proteção contra descargas elétricas,
lembra ainda o especialista. Aliás, a tendência é que esses equipamentos
saiam do mercado em breve, pois os no-breaks estão ampliando sua
participação no mercado e apresentando preços cada vez menores, e
além de estabilizarem a corrente elétrica permitem proteção contra sub e
sobretensão.

Fatos curiosos sobre os raios
Os relâmpagos aparecem
todos recortados no céu
porque as descargas
procuram os caminhos de
menor resistência numa
atmosfera cheia de cargas
elétricas variáveis.
Geralmente, as mudanças
de direção (ziguezague) do
raio que está caindo
ocorrem a cada 50 metros.
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Energia da natureza

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Energia da natureza
Ao contrário do dito popular, um
segundo raio tem muitas
possibilidades de cair no mesmo
lugar que o primeiro, pois o campo
elétrico que atraiu o primeiro raio
ainda permanece por algum tempo,
podendo atrair o segundo...

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E uma das pessoas mais atingidas por
raios (sete vezes) foi certamente o guarda-
florestal Roy Sullivan, do estado norte-
americano de Virginia: em 1942, perdeu
uma unha do pé; em 1969, 1970, 1972 e
1973, teve queimaduras leves; em 1976,
ficou com o tornozelo ferido; em 1977, foi a
vez do peito e da barriga ficarem
queimados.
Não morreu com as descargas elétricas,
mas se suicidou em 1983.

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Embora eles possam surgir até num céu limpo, em tempestades de areias ou gelo,
os raios são gerados em apenas um tipo de nuvem: a cumulonimbo, diferente das
outras por ter maior extensão vertical (sua base está situada 2 km de altura do
solo,enquanto o topo fica 18 km acima). O ar quente e úmido próximo ao solo, mais
leve que a ar frio da alta atmosfera sobe e vai esfriando, até chegar ao topo da
nuvem, que registra cerca de 30 graus centígrados negativos. Então, o vapor de
água que estava misturado ao ar quente vira granizo e despenca, atritando com
outras partículas menores, como cristais de gelo, fazendo com que ambos fiquem
eletricamente carregados.
O granizo – que acumulou carga
negativa – vai para a base da nuvem,
enquanto cristais de gelo, com carga
positiva, continuam a ascensão para o
topo da nuvem, por serem mais leves.
Quando a diferença entre as cargas do
topo (positivo) e a base (negativa) da
nuvem fica muito intensa, ocorre o
relâmpago.

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A diferença de tempo entre o relâmpago e o correspondente trovão
ocorre porque a luz é muito mais veloz (300 mil km/segundo) que o som
(344 m/s no ar, à temperatura de zero grau centígrado), chegando assim
muito mais rápido ao observador. Pode-se até calcular a distância de
onde o raio caiu até o observador pelo tempo que demora para ser
ouvido o trovão: cada três segundos do tempo entre o relâmpago e o
trovão equivalem a
aproximadamente um
quilômetro de distância (cinco
segundos equivalem a uma
milha). O trovão é causado pela
rápida expansão do ar – que é
aquecido pelo raio a cerca de
30 mil graus centígrados, cinco
vezes mais que a temperatura
na superfície do sol.

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Os pesquisadores lembram que os cabos de fibra óptica não apresentam
problemas com os raios, pois o que circula dentro deles são impulso
luminoso, e o revestimento não é condutor de eletricidade.
Além disso, por serem
finos e flexíveis, as
normas recomendam
que eles sejam
instalados em
passagens
subterrâneas.

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Muitos pensam que as bolas de cor alaranjada colocadas na fiação entre
torres de alta tensão se destinam apenas a facilitar a visualização dos cabos
entre as torres, por pilotos de avião e helicóptero. Na verdade, essas bolas -
tecnicamente chamadas de esferas disssipadoras eletro-geométricas - são
colocadas nos cabos entre as torres - e nunca nos fios de alta tensão,
servindo para atrair os raios que possam
atingir os fios e jogá-los pelo cabo de
uma esfera para a outra, até que a
corrente chegue à estrutura metálica das
torres, e por ela atinja o solo.
É que se torna inviável colocar pára-raios
nos fios, e aquela solução evita que o
raio parta os cabos e os atire sobre as
estradas - o que poderia provocar graves
acidentes.

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Relâmpago e Trovão
Durante uma tempestade, verificou-se que ocorre uma
separação de cargas elétricas, ficando as nuvens mais
baixas eletrizadas negativamente enquanto que as mais
altas, positivamente. Desta forma, tem-se a existência de
um campo elétrico entre duas nuvens. Entre as nuvens
mais baixas e a Terra também tem-se a existência de
um campo elétrico. À medida que as cargas vão se
acumulando nas nuvens, a intensidade desse campo
elétrico aumenta de tal valor, que a região entre as
nuvens (ar) torna-se um condutor. Ocorrendo isso, uma
enorme centelha elétrica (relâmpago) salta de uma
nuvem para outra ou de uma nuvem para Terra. Esta
descarga elétrica aquece o ar ao seu redor, provocando
uma expansão que se propaga em forma de onda
sonora originando o trovão.

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O inventor do pára–raios, Benjamin Franklin (1706-1790), fez em 1752
uma experiência que quase lhe custou a vida: usou um fio de metal num
papagaio (pipa) que empinou numa tempestade, preso a uma chave, que
por sua vez era manobrada através de um fio de seda.
Já a linha fina usada nos papagaios
comuns não tem grande capacidade de
condução de cargas elétricas (devido à
pequena espessura do fio e às
características da linha, a condutividade
é mínima).
Sua sorte foi que apenas algumas cargas
elétricas leves desceram por esse
dispositivo, pois se tivesse realmente
atraído um raio, teria morrido eletrocutado,
como aconteceu com o físico russo Georg
Richmann, que tentou repetir a experiência.

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A energia transferida pelo raio entre a nuvem e a terra é em média de
1.012 watts (uma lâmpada comum de 100 watts consome essa energia se
ficar ligada pouco mais de dez horas). O que mata, no raio, é o choque e o
calor produzidos por sua alta voltagem. Os homens são mais atingidos
que as mulheres, pelo simples fato de haver mais homens que mulheres
fora das casas, quando ocorrem as tempestades.

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O raio só se torna visível na fase final do processo, quando ocorre a
chamada descarga de retorno. Pode ser positivo ou negativo, sendo
que o positivo (mais raro) tem o dobro da amperagem do negativo e
sua corrente elétrica contínua dura cerca de 200 milésimos de
segundo, mais que o dobro da tempo verificado no raio negativo (daí
serem os raios positivos mais destrutivo, podendo iniciar um incêndio
florestal). A diferença é que os negativos partem da base da nuvem,
enquanto os positivos surgem do topo do cumulonimbo, carregado
positivamente.
Na região sudeste do Brasil, curiosamente, 60% dos raios são positivos
(contra a média mundial de apenas 10%), não sendo conhecida ainda
uma explicação definitiva para o fenômeno (suspeita-se que seja pela
reunião de grande número de cumulonimbos com as correntes
atmosféricas procedentes da Antártida, formando um campo elétrico
positivo no topo das nuvens tão forte e distante das bases dessas
nuvens que trocaria energia diretamente com a terra).

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Ainda sobre o assunto estradas, vale observar que se um motorista dirige
seguidamente por muito tempo, ao sair do carro pode sofrer um choque
causado pela eletricidade estática, pois o veículo ficou muito tempo em
atrito com o ar, acumulando a carga elétrica (o atrito arranca elétrons -
cargas negativas - do metal do veículo, que fica assim com prótons - as
cargas positivas - a mais), e o motorista acaba fazendo a ligação entre as
partes metálicas e o solo, ao colocar os pés no chão.

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Aliás, é por essa razão que os caminhões-tanque possuem correntes
que arrastam pelo chão: elas servem para descarregar a eletricidade
estática do veículo, evitando eventual explosão do combustível
transportado.
Nas corridas de Fórmula-1, por
exemplo, os boxes das equipes
têm o chão revestido de chapas
flexíveis de cobre, que retiram
as cargas positivas da lataria
dos carros de corrida,
restabelecendo o equilíbrio
elétrico, como se fosse um fio-
terra. Assim, o reabastecimento
dos veículos pode ser feito em
segurança.

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E, voltando ao assunto computador, técnicos de manutenção de equipa-
mentos observam que se a rede de computadores possui aterramento, a
descarga elétrica que chegue pela via telefônica é dissipada através do
terra da rede, mas quando o aterramento inexiste ou é ineficiente, todas
as placas de rede dos computadores são queimadas na passagem dessa
descarga elétrica.

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Um raio que caia nas proximidades de um computador poderá danificar o
circuito elétrico, ocasionando a parada do equipamento e a inevitável
perda dos dados que estejam na memória de trabalho. Porém, não afetará
a memória magnética, ou seja, os programas contidos no disco rígido.
Aliás, o efeito do raio que não atinja a corrente elétrica que alimenta o
computador é semelhante ao observador por pessoas e empresas que
usam computadores perto de pedreiras: no momento da detonação dos
explosivos, surgem ondas de choque com a capacidade de alterar a
corrente elétrica nos chips dos computadores situados nas proximidades.
Caso não haja danos, basta
nesse caso religar o computador
e refazer o trabalho a partir da
última vez em que os dados
foram salvos no disco rígido.

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Bibliografia
Revista Cipa
Enciclopédia O Mundo Em Que Vivemos
Revista Superinteressante
Revista Globo Ciência
Revista Os Caminhos da Terra
Internet
Pesquisa e apresentação produzidas pela
Gerência de Comunicação da UN-Replan
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