Las condiciones necesarias para que se produzca un rayo son conocidas desde hace un tiempo. Sin embargo, nunca se ha verificado cómo se generan exactamente los rayos, así que hay espacio para el debate. Las principales teorías se enfocan alrededor de la separación de las cargas eléctricas y la generación de un campo eléctrico dentro de una tormenta. Estudios recientes indican que el hielo, granizo y gotas de agua semicongelada son esenciales para el desarrollo de un rayo. Las tormentas que no consiguen producir grandes cantidades de hielo, generalmente no logran generar rayos.
Todavía no es posible pronosticar cuándo y dónde se producirá un rayo y probablemente nunca se pueda. Pero educándose a usted mismo sobre los rayos y aprendiendo sobre las reglas de seguridad básicas, usted, su familia, y sus amigos pueden evitar exposiciones innecesarias a los peligros de una de las fuerzas más impredecibles de la naturaleza.

Separación de Cargas

Las tormentas eléctricas tienen entornos muy turbulentos. Las fuertes corrientes ascendentes y descendentes ocurren con frecuencia y muy cerca unas de otras. Las corrientes ascendentes transportan pequeñas gotas de agua líquida desde las regiones más bajas de la tormenta hasta alturas de entre 10500 y 21000 metros por encima del nivel de congelación.
Mientras tanto, las corrientes descendentes transportan granizo y hielo desde las regiones altas de la tormenta . Cuando estas colisionan, las gotas de agua se congelan y liberan calor. Este calor, mantiene la superficie del granizo y el hielo ligeramente más caliente que su entorno, y se forma un «granizo blando”. Cuando este granizo colisiona con las las gotas de agua adicionales y partículas de hielo, ocurre un fenómeno crítico:

Los electrones son arrancados de las partículas ascendentes y se acumulan en las partículas descendentes. Debido a que los electrones están cargados con carga negativa,el resultado es una nube de tormenta con carga negativa en su base y carga positiva en su parte superior.

Generación del Campo

En el mundo de la electricidad, los opuestos se atraen y los de misma carga se repelen. Cuando las cargas positivas y negativas comienzan a separarse dentro de la nube, un campo eléctrico se genera entre su parte superior y su base. Una mayor separación de estas cargas en grupos de regiones positivas y negativas da lugar a un fortalecimiento del campo eléctrico.
Sin embargo, la atmósfera es un muy buen aislante que inhibe la carga eléctrica, asique una cantidad ENORME de carga tiene que acumularse antes de que se produzca un rayo. Cuando se alcanza ese umbral de carga, la fuerza del campo eléctrico supera las propiedades aislantes de la atmósfera y se producen los rayos.
El campo eléctrico dentro de una tormenta no es el único que se desarrolla. Debajo de la base cargada negativamente de la tormenta, en la superficie de la tierra comienza a acumularse carga positiva (ver imagen de la izquierda). Esta carga positiva seguirá a la tormenta a donde sea que vaya, y es responsable de los rayos nube a tierra. Sin embargo, el campo eléctrico dentro de la tormenta es mucho maś fuerte que el que hay entre la base de la tormenta y la superficie de la Tierra, así que la mayoría de los rayos (75-80%) ocurren dentro de la nube de tormenta.

Cómo se produce un Rayo entre una Nube y el Suelo

Una tormenta que se mueve acumula otra cantidad de cargas positivas a lo largo del suelo, que viajan junto con la tormenta (imagen 1). Mientras se incrementan las diferencias en las cargas, las partículas cargadas positivamente trepan objetos altos como árboles, casas, y postes telefónicos.

Un canal de carga negativa, llamado «líder escalonado», descenderá desde el fondo de la tormenta hacia el suelo (imagen 2). Es invisible al ojo humano, y carga contra el suelo con una serie de pasos rápidos, cada uno ocurre en menos tiempo que un parpadeo. Mientras el líder negativo se acerca al suelo, las cargas positivas se acumulan en el suelo y en objetos.
Esta carga positiva «alcanza» a la carga negativa que se aproxima con su propio canal, llamado “streamer” (imagen 3). Cuando estos canales se conectan, el resultado de la transferencia eléctrica es lo vemos como un rayo. Después del rayo inicial, si hay suficiente carga restante, los rayos adicionales utilizarán el mismo canal darán al rayo su aspecto parpadeante.