Meteorologia física

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UP-FCNM 
Daniel António Cossa 
Eunencio Afonso Chelengo 1 
 
Índice 
Introdução .................................................................................................................................. 1 
Objectivos .................................................................................................................................. 2 
Meteorologia física .................................................................................................................... 3 
Termodinâmica da atmosfera ..................................................................................................... 3 
Equação de estado para atmosféra ............................................................................................. 4 
Primeira lei da termodinâmica ................................................................................................... 6 
Transformação adiabática .......................................................................................................... 7 
Microfísica da precipitação ........................................................................................................ 9 
Formação de nuvens .................................................................................................................. 9 
Formação de gotas de água e de cristais de gelo ..................................................................... 10 
Nucleação homogénea ............................................................................................................. 10 
Nucleação heterogénea ............................................................................................................ 11 
Crescimento de gotas de água e cristais de gelo ...................................................................... 12 
Teoria de Bergeron-Findeisen .................................................................................................. 12 
Teoria de colisão-coalescência ................................................................................................ 13 
Formação de granizos .............................................................................................................. 15 
Electricidade Atmosférica ........................................................................................................ 15 
Conclusão ................................................................................................................................. 18 
Bibliografia .............................................................................................................................. 19 
 
 
 
 
 
 
 
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Eunencio Afonso Chelengo 2 
 
Introdução 
Os fenómenos naturais tais como chuvas, tempestades, trovões e relâmpagos sempre ocorrem 
no sistema terra-atmosfera, porem, poucos tem noção de como ocorrem processos que 
originam esses fenómenos. Portanto, neste trabalho fez-se uma abordagem exaustiva sobre 
meteorologia física, onde buscou-se explorar os principais campos de estudo da meteorologia 
física. 
O trabalho está estruturado de modo que possua uma revisão bibliográfica, onde está definido 
o conceito de meteorologia física, apresentados e explorados os campos de estudo da 
meteorologia física, possui ainda as conclusões a que chegou-se após a realização do trabalho 
e as referências bibliográficas consultadas na elaboração do mesmo. 
Objectivos 
 Descrever os processos termodinâmicos que ocorrem na atmosfera; 
 Explicar os processos de formação de nuvens, gotas de água, cristas de gelo e granizos; 
 Explicar os fenómenos eléctricos que ocorrem na atmosfera. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Eunencio Afonso Chelengo 3 
 
Meteorologia física 
Definição: É a área da meteorologia que investiga os fenómenos atmosféricos do ponto de 
vista da física, descrevendo-os e explicando-os a partir de teorias e da análise de resultados 
experimentais. 
A Meteorologia Física estuda os fenómenos atmosféricos relacionados directamente com a 
Física e a Química: processos termodinâmicos, composição e estrutura da atmosfera, 
processos físicos envolvidos na formação de nuvens e precipitação, electricidade atmosférica, 
e entre outros. 
Termodinâmica da atmosfera 
A termodinâmica da atmosfera estuda os fenómenos atmosféricos sob o ponto de vista da 
transformação de energia (potencial, cinética e térmica), de uma parcela de ar por processos 
de deslocamento (vertical) e processos de aquecimento ou esfriamento (condução térmica, 
radiação, mistura turbulenta, libertação de calor latente). 
Em grande escala, a termodinâmica da atmosfera estuda a energia potencial das massas de ar 
e em menor escala, estuda a modificação das variáveis termodinâmicas, como temperatura, 
pressão, humidade de ar, associadas ao deslocamento vertical das parcelas de ar em 
escoamento na atmosfera. 
O estudo termodinâmico da atmosfera em geral considera a composição do ar e sua 
distribuição vertical, seus componentes, como gases e partículas. Além disso, os estudos se 
debruçam sobre as propriedades e dinâmica de parcelas de ar seco e de ar húmido, suas 
propriedades conservativas e sobre os efeitos da mudança de fase na dinâmica das parcelas. 
A estrutura vertical da atmosfera é composta por diversas camadas sendo que a troposfera é a 
mais próxima da superfície (entre a superfície e aproximadamente 12 km). Dentro da 
troposfera, a temperatura média do ar diminui com a altitude sobre a superfície, 
predominando difusão turbulenta e escoamento turbulento em sua porção inferior e dentro 
das nuvens de grande desenvolvimento vertical. E a cada nova camada na vertical da 
atmosfera, a estrutura do gradiente vertical de temperatura se inverte. Por exemplo, na 
segunda grande camada, estratosfera, a temperatura aumenta com a altitude, predominando 
difusão molecular e escoamento laminar. 
 
 
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A temperatura aumenta na estratosfera devido a presença da máxima concentração da camada 
de Ozónio na altura aproximada de 30 km, e o Ozónio absorve grande quantidade de radiação 
solar na faixa do ultravioleta, provocando seu aquecimento. 
Além das camadas descritas nos parágrafos anteriores, fazem parte a mesosfera, a termosfera 
e a ionosfera. 
A termodinâmica da atmosfera aplica dois importantes conceitos da termodinâmica clássica a 
uma mistura de gases existentes na atmosfera: 
 Equação de estado de um gás ideal 
 (1) 
 1ª Lei da Termodinâmica 
 (2) 
Equação de estado para atmosféra 
PV =nR
*
T 
Onde: 
P - Pressão 
V - Volume 
n - número de moles 
T - Temperatura 
R
*
- é a constante universal dos gases e vale 8,314 J/K×mol 
 
 
 
 (1.1) 
Onde: 
m - Massa do gás 
M - Massa molecular em gramas (moléculas-gramas). 
Assim, 
 
 
 
 ou (
 
 
) (
 
 
) 
 
 
 
 
 
 (1.2) 
ρ - Densidade 
α - Volume específico. 
 
 
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 (1.3) 
Onde: R é a constante do gás e varia de gás para gás, pois depende da massa molecular M. 
Ar seco 
O ar seco é uma mistura de N2, O2, Ar e CO2 e a sua massa molecular média é Md =28,97. 
Portanto, 
 
 
 
 
 
 
 
 
. 
Com estas expressões, a equação do estado para o ar seco fica: 
 ou (1.4) 
Ar húmido 
A presença do vapor de água no ar, considera-se uma mistura de dois gases: ar seco e vapor 
de água, que comportam-se como gases ideais. Entretanto a pressão exercida pelo ar húmidoé definida pela seguinte equação: ou (1.5). 
Sendo , a massa molecular da água, igual a 0,018016 kg, então: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
. 
Da equação do estado do gás ideal conclui-se que a pressão exercida por um gás é 
proporcional a sua densidade e a temperatura, se uma das variáveis (densidade ou 
temperatura) permanece constante. À pressão constante, a temperatura é inversamente 
proporcional a densidade e vice-versa. 
Pode parecer, a partir do parágrafo anterior, que em dias quentes a pressão será alta e em dias 
frios será baixa. Contudo, isto não ocorre necessariamente, pois variações na temperatura 
afectam a densidade do ar. Em termos da lei dos gases isto significa que o aumento da 
temperatura não é normalmente acompanhado por um aumento na pressão ou que decréscimo 
de temperatura não está geralmente associado com pressão mais baixa. A lei dos gases ainda 
é satisfeita porque a densidade do ar cresce (número maior de moléculas) quando a 
temperatura diminui (menor movimento das moléculas). 
 
 
 
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Assim, temperaturas mais baixas significam maiores densidades e frequentemente maiores 
pressões na superfície. Por outro lado, quando o ar é aquecido na atmosfera, ele se expande 
(aumenta seu volume), devido a um movimento maior das moléculas e sua densidade 
diminui, resultando geralmente num decréscimo da pressão. 
 
Primeira lei da termodinâmica 
A primeira lei da termodinâmica afirma que, a variação da energia interna de um sistema 
depende apenas do calor por ele trocado com meio e do correspondente trabalho 
realizado. Analiticamente tem-se: (2). 
Sabe-se que: 
 
 
 
 
 
, para uma massa unitária tem-se 
 
 
 
 
 
 => => . (2.1) 
 A variação da energia interna é uma diferencial exacta que fica definida quando se 
estabelece os estados, inicial e final da transformação que sofre o sistema. 
O mesmo não ocorre com que dependem da evolução a que foi submetido o 
sistema, ao passar do estado inicial e final. Sendo , a primeira pode ser escrita da 
seguinte maneira: (2.1) 
Se o gás passar por uma transformação isocórica ( o trabalho é nulo. Nessas 
circunstâncias, o calor envolvido no resfriamento ou no aquecimento do sistema é resultante 
apenas da variação de sua energia interna. Sendo , então: 
 (2.2) 
Assim a redução da temperatura implica a queda na energia interna do gás e vice-versa. 
Dessa relação infere-se que: 
 *
 
 
+
 
 *
 
 
+
 
 (2.3) 
Onde: é o calor específico de uma transformação a volume constante. 
A equação (2.3) pode ser expressa da seguinte maneira: , e substituindo na 
equação (2.1) obtém-se a equação da primeira lei da termodinâmica para volume 
constante: (2.4) 
Num processo em que calor é fornecido a uma massa unitária de material cuja temperatura 
varia, mas cuja pressão permanece constante, define-se um calor específico com pressão 
constante, , como: *
 
 
+
 
 (2.5) 
 
 
 
 
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Sendo => => => (2.6). 
Substituindo a expressão (2.6) em (2.4) obtém-se: 
 => (2.7) 
Visto que a pressão é constante, , então: (2.8). 
Da equação (2.7) obtém-se , e substituindo em (2.8) tem-se: (2.9). 
Assim combinando a equação (2.7) com a equação (2.9) obtém-se a equação para a primeira 
lei da termodinâmica para pressão constante: (2.10). 
 
Transformação adiabática 
É a transformação que ocorre sem troca de calor (dQ = 0), portanto o trabalho é realizado às 
deve-se a variação da energia interna: ou , ou ainda 
 (3). 
Para entender os processos adiabáticos na atmosfera é usual pensar nas correntes ascendentes 
e descendentes de ar como se fossem compostas de unidades discretas de massa, 
chamadas parcelas de ar, que são consideradas: 
 Termicamente isoladas do ambiente de modo que sua temperatura mude adiabaticamente 
quando sobem ou descem; 
 Como tendo a mesma pressão do ar ambiente no mesmo nível, que é suposto em 
equilíbrio hidrostático; 
 Movendo-se com lentidão suficiente para que sua energia cinética seja uma fracção 
omissível de sua energia total. 
O processo responsável pela formação de nuvens na atmosfera pode ser considerado um 
exemplo de processo adiabático. É o resfriamento por expansão, que ocorre quando a pressão 
sobre uma parcela de ar cai, como ocorre quando o ar sobe na atmosfera. Quando a parcela 
sobe e se expande ela "empurra" o ar em volta e com isto realiza trabalho (positivo). A 
energia para o trabalho de expansão é retirada da energia interna da parcela de ar, e portanto a 
temperatura cai quando o volume aumenta (dα > 0), como se pode concluir da equação (3): 
 
 
 
 (3.1). Pois p e cv são sempre positivos. 
 
 
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 O aquecimento por compressão ocorre quando o ar desce na atmosfera. Neste caso, na 
equação (3.1) dα<0 e portanto, dT>0. As mudanças de temperatura acima descritas 
são variações adiabáticas de temperatura. 
A taxa de variação da temperatura que uma parcela de ar seco sofre quando sobe ou desce na 
atmosfera é chamada taxa adiabática seca. Seu valor pode ser calculado a partir da equação 
(3), dividindo-a por dz: 
 
 
 (
 
 
)
 
 
 (3.2). 
Substituindo a equação hidrostática, 
 
 
 
 
 
 (3.3), obtém-se: 
 
 
 
 
 
 (3.4) 
O processo adiabático na atmosfera pode ser de dois tipos: seco e húmido. No processo 
adiabático seco, o ar resfria por diminuição de pressão na relação de 10°C/km, conforme o 
movimento ascendente do ar. Quando a temperatura chega a Temperatura de Ponto de 
Orvalho (TPO), ocorre a condensação mas mesmo assim o ar devido ao movimento 
ascendente continua a subir. Acima do nível de condensação devido ao movimento 
ascendente do ar a taxa de resfriamento é reduzida pela libertação de calor latente. 
Esta taxa de resfriamento mais baixa é chamada taxa adiabática húmida ou saturada e varia 
de acordo com a humidade presente no ar, de 3ºC/km, para ar muito húmido, a 9ºC/km, para 
ar com pouca humidade e a temperatura do ar continua abaixar mas na razão de 6ºC/km tal 
como ilustra a figura 1. 
Fig.1. processo adiabático na 
atmosfera 
 
 
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A taxa adiabática húmida é dada por: 
 
 
 
 
 
 
 
 (3.5) 
Onde: Γd é a taxa adiabática seca; 
 L é o calor latente de condensação; 
 Ws é a razão de mistura de saturação. 
Note-se que sempre 
 
 
 , portanto, Γs< Γd. 
Microfísica da precipitação 
A microfísica da precipitação debruça-se no estudo dos processos de formação das gotículas 
de nuvens, gotas de chuva, cristais de gelo, granizo e outros hidrometeoros. Esse estudo 
mostra a importância fundamental dos núcleos de condensação de nuvens e dos núcleos de 
condensação de gelo para a formação de gotículas e micro cristais de gelo. 
 
Nuvem 
É qualquer conjunto visível de gotículas de água, de partículas de gelo, ou de ambas, em 
suspensão na atmosfera. 
As nuvens são constituídas por gotículas de água condensada oriunda da evaporação da água 
na superfície do planeta, ou cristais de gelo que se formam em torno de núcleos 
microscópicos, geralmente de poeiras suspensas na atmosfera. Existem vários tipos nuvensdentre os quais destacam-se: nuvem cúmulos forçadas, nuvens cúmulos activas, nuvens 
cúmulos passivas, nuvens cumulonimbus, nuvens cumulus congestus, nuvens stratocumuls. 
Formação de nuvens 
As nuvens formam-se a partir da condensação do vapor de água existente em ar húmido na 
atmosfera. 
Existem nuvens que são formadas pela ascensão e resfriamento adiabático do ar. A elevação 
do ar é um processo chave na produção de nuvens que pode se produzido por convecção, por 
convergência do ar, por elevação topográfica ou por levantamento frontal. 
 
 
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Fig. 2. Processos de elevação do ar. 
À medida que o ar é resfriado, a quantidade de vapor de água que pode conter diminui, de 
modo que o ar ascendente torna-se saturado e ocorre a condensação. 
No vapor de água puro somente se produz condensação com supersaturação, variando com a 
temperatura; mas na atmosfera o processo é muito facilitado devido a presença de impurezas 
chamadas núcleos de condensação. 
Estes podem ser higroscópicos, isto é, retêm água mesmo à baixa humidade relativa; ou 
podem ser partículas sólidas e insolúveis sobre as quais a água se condensa quando a 
humidade relativa é elevada. O tamanho destes núcleos varia de aproximadamente 
 Com essas partículas presentes, a atmosfera atinge supersaturação inferior a 
humidade durante a condensação. 
Formação de gotas de água e de cristais de gelo 
A formação de gotas de água e de cristais de gelo, ocorre através de dois processos: 
Nucleação homogénea e Nucleação heterogénea. 
Nucleação homogénea 
É a formação de gotículas de água por colisão aleatória de moléculas de vapor de água. Esta 
formação de gotículas ocorre em ambiente de ar limpo. 
Levando-se em conta a baixa concentração do vapor de água em relação aos demais 
constituintes do ar, a ocorrência de nucleação homogénea é pouco provável, mesmo em 
ambientes controlados, com humidade relativa bastante superior a 100%. Experiencias feitas, 
mostraram que foi necessária uma supersaturação de 400% para que ocorresse a condensação 
em torno de iões negativos e de 600% em torno de iões positivos. Desta forma, o processo de 
nucleação homogénea não explica a formação de gotas de nuvens na atmosfera pois, sob 
condições de subsaturação as gotículas de água pura formadas por este processo tendem a 
evaporar. 
 
 
 
 
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Condições para a formação de gotas 
 Condição Subsaturada - a pressão de vapor de água real é menor que a pressão de vapor 
de saturação (equilíbrio de Clausius-Clapeyron), isto é, a humidade relativa é menor que 
100%. 
 Condição Supersaturada - a humidade relativa é maior que 100% (supersaturação). 
Condição Subsaturada 
Em condições subsaturadas a formação de gotinhas ocorre devido à colisão e agrupamento 
aleatório de moléculas de vapor de água, gotinhas embrionárias se formam mas evaporam 
todas. 
Isso ocorre devido ao fato de quanto maior for a gotícula, maior será a energia ΔE requerida 
pelo sistema para sua formação, portanto não se trata de um processo que ocorra de forma 
espontânea na atmosfera terrestre. 
Condição supersaturada 
Em condições supersaturadas as gotículas que se formam por colisão molecular e que 
atingirem um tamanho crítico crescem espontaneamente através do processo de difusão de 
vapor e gotículas com menor raio tendem a evaporar. 
Nucleação heterogénea 
Diz-se que há nucleação heterogénea quando a condensação (ou sublimação) do vapor de 
água se processa na superfície de partículas não hídricas, solúveis ou não, naturalmente 
presentes no ar. Tais partículas são genericamente conhecidas como núcleos de condensação 
ou de sublimação, conforme originem gotas líquidas ou sólidas (gelo). 
A nucleação heterogénea de gotas e cristais é a forma que ocorre na atmosfera terrestre, 
porque não requer condições de grande supersaturação do vapor de água, mas somente alguns 
poucos porcentos, tipicamente 1 a 3% acima do valor de saturação (ou condição de equilíbrio 
de Clausius-Clapeyron) (100%) e ar comum húmido, composto pelo ar real que contém 
partículas aptas a funcionar como núcleos de condensação de nuvem e núcleos de 
condensação de gelo. 
 
 
 
 
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Na nucleação heterogénea de gotas de nuvem ou de cristais de gelo, as moléculas de vapor de 
água presentes na atmosfera se agrupam a volta de um núcleo de condensação de nuvem para 
formar um pequeno volume envolvido por moléculas de água, formalmente uma gotícula 
nucleada, com diâmetro maior do que aquela que poderia ser conseguida pelo processo de 
nucleação homogénea. 
A formação de uma gotícula inicial, de tamanho suficientemente grande para que o 
crescimento seja espontâneo, ocorre a partir de uma partícula especial chamada núcleo de 
condensação de nuvem, e no caso de um cristal de gelo a formação ocorre em torno de 
partículas especiais chamadas núcleos de condensação de gelo, que crescem para formar o 
cristal de gelo. 
Crescimento de gotas de água e cristais de gelo 
Há duas teorias que procuram explicar o desenvolvimento de gotas e de cristais de gelo até 
alcançarem o tamanho com o qual chegam à superfície. 
A primeira diz respeito às nuvens frias, isto é, aquelas que estão total ou parcialmente 
submetidas a temperaturas inferiores a 0ºC (teoria de Bergeron-Findeisen). 
A outra aplica-se as nuvens quentes, ou seja, aquelas cuja temperatura é superior a 0ºC (teoria 
de colisão-coalescência). 
Teoria de Bergeron-Findeisen 
O processo de Bergeron baseia-se sobre duas propriedades da água. 
A primeira é a propriedade de que gotículas de nuvem não congelam a 0°C, mas sim uma 
temperatura de aproximadamente -40°C. 
No processo de congelamento das gotas de nuvem deve haver baixa temperatura para que 
uma porção de gelo de tamanho suficiente seja formada pela agregação aleatória de um 
número suficiente de moléculas de água na gotícula. 
Água em estado líquido abaixo de 0°C é geralmente denominada superesfriada. O 
congelamento fica facilitado, quando as gotículas superesfriadas se agruparem sobre a 
superfície de uma partícula sólida chamada núcleo de congelamento, podendo ocorrer em 
temperaturas mais altas. 
Os núcleos de congelamento são menos abundantes na atmosfera relativamente aos núcleos 
de condensação e geralmente não se tornam activos até a temperatura de -10°C (ou menos). 
Portanto, nuvens com temperatura entre 0 e -10°C são tipicamente compostas de gotículas de 
água superesfriada. Entre -10°C e -20°C gotículas líquidas coexistem com cristais de gelo. 
 
 
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Abaixo de -20°C (a temperatura de activação de muitos núcleos de deposição) as nuvens 
consistem de cristais de gelo. 
A segunda é a propriedade de que os núcleos que formam gotículas de água são muito mais 
abundantes que núcleos que formam cristais de gelo, por exemplo, nas nuvens com 
temperaturas entre -10°C e -20°C gotículas de água superesfriada são muito mais abundantes 
que cristais de gelo, pois um só cristal de gelo pode estar rodeado por centenas de milhares de 
gotículas de água superesfriada. 
A pressão de vapor de saturação sobre cristais de gelo é muito menor que sobre gotículas de 
água superesfriada. Esta situação ocorre porque cristais de gelo são sólidos, o que significa 
que moléculas de água individuais no gelo são mantidas juntas mais firmemente que aquelas 
formando uma gotícula líquida. Portanto, é mais fácil para as moléculas de água escapar de 
gotículas líquidas superesfriadas. Por isso, aspressões de vapor de saturação são maiores 
sobre as gotículas líquidas superesfriadas que sobre os cristais de gelo. 
Consequentemente, quando o ar está saturado (UR=100%) em relação às gotículas líquidas, 
ele está supersaturado em relação aos cristais de gelo. 
O processo de Bergeron depende da diferença entre a pressão de saturação do vapor sobre a 
água e sobre o gelo. 
Teoria de colisão-coalescência 
Este processo consiste na colisão e coalescência entre gotículas de água. As nuvens são 
inteiramente compostas de gotículas de água líquida e precisam conter gotículas com 
diâmetros maiores que 20mm para que se forme precipitação. Estas gotículas maiores se 
formam quando núcleos de condensação "gigantes" estão presentes e quando existem 
partículas higroscópicas (que absorvem humidade). Estas partículas higroscópicas removem 
vapor d’água do ar em humidades relativas abaixo de 100%. Como essas gotículas gigantes 
caem rapidamente, elas colidem com as gotículas menores e mais lentas e coalescem 
(combinam) com elas, tornando-se cada vez maiores (Fig. 3). Após um milhão de colisões, 
elas estão suficientemente grandes para cair até a superfície sem se evaporar. Gotículas em 
nuvens com grande profundidade e humidade abundante têm mais chance de atingir o 
tamanho necessário. 
Correntes ascendentes também ajudam, porque permitem que as gotículas atravessem a 
nuvem várias vezes. 
 
 
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 As gotas de chuva podem crescer até 6 mm de diâmetro, quando sua velocidade terminal for 
de 30km/h. Neste tamanho e velocidade, a tensão superficial da água, que a mantém inteira, é 
superada pela resistência imposta pelo ar, que acaba "quebrando" a gota. As pequenas gotas 
resultantes recomeçam a tarefa de anexar gotículas de nuvem. Gotas menores que 0,5 mm ao 
atingir o solo, são denominadas chuvisco e requerem em torno de dez minutos para cair de 
uma nuvem com base em 1000 m. 
 
Fig. 3. Processo de colisão e coalescência 
Gotas de chuva produzidas em nuvens quentes são usualmente menores que aquelas de 
nuvens frias. 
Granizos 
O granizo é um conjunto de partículas que ao entrar em contacto com o ar frio modifica seu 
estado passando do estado líquido para o sólido, formando pedras de gelo. É caracterizado 
pelo formato de esfera, pelo diâmetro que se inicia com 5mm e aumenta gradativamente, 
pode apresentar transparência ou cor translúcida e temperatura igual ou menor que 8ºC. 
O granizo só se forma num tipo de nuvem específico, chamado cumulonimbus que também 
respondem pela presença de trovões e relâmpagos. Entretanto, não há incidência de chuva de 
granizo em regiões mais frias (regiões polares) sendo mais comum nas regiões mais quentes 
do mundo. 
 
 
 
 
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Formação de granizos 
Os granizos se formam quando gotas de água evaporadas dos rios, mares, lagos e também da 
superfície terrestre chegam as nuvens cumulonimbus se deparando com uma temperatura 
abaixo dos -80ºC. No interior de tais nuvens, os granizos se iniciam em tamanhos pequenos 
que ao entrar em contacto com outros granizos se chocam e se unem formando assim uma só 
pedra de gelo com tamanho, massa e peso maior, permitindo que o peso da pedra de gelo seja 
maior que a força antigravitacional, fazendo com que a nuvem não consiga sustenta-lo, dando 
inicio a uma chuva de granizo. 
Fig. 4. Processo de formação de granizo 
Electricidade Atmosférica 
Todas as nuvens possuem um grau de electricidade. No entanto, nuvens com movimentos 
verticais intensos possuem cargas eléctricas suficientes para gerar campo eléctrico, onde, na 
maioria das vezes resulta em descargas luminosas em seu interior. 
Fig. 5. A distribuição das cargas eléctricas em uma 
tempestade atmosférica 
 
 
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A figura 5 mostra a distribuição de cargas no interior de uma tempestade. As magnitudes 
destas encontram-se aproximadamente entre 10 e 100C (Coulomb) tanto para as cargas 
positivas quanto para as negativas. Nota-se que a localização das cargas negativas (chamada 
de main charging zone) fica bem definida entre os níveis de temperatura de -10°C e -20°C. Já 
as cargas positivas não possuem uma região bem defina, porém, sabe-se que estão acima do 
nível das cargas negativas. 
As descargas atmosféricas (relâmpagos) sempre existiram na Terra, sendo estas definidas 
como descargas eléctricas que ocorrem dentro de uma nuvem, entre duas nuvens, entre uma 
nuvem e a atmosfera, ou entre uma nuvem e o solo (os chamados raios, que representam 
tipicamente 20% das descargas). 
Os relâmpagos podem ser verticais (que predominam na parte da frente de uma trovoada) e 
os horizontais (que predominam na parte de trás de uma trovoada). 
Eles estão sempre presentes em qualquer trovoada, aquecem localmente o ar e as 
temperaturas podem chegar aos 30000ºC. Esse aquecimento causa a expansão explosiva do ar 
ao longo da descarga eléctrica, resultando numa violenta onda de pressão, composta de 
compressão e diminuição de densidade, que os nossos ouvidos ouvem como um trovão. Uma 
trovoada típica produz três ou quatro descargas eléctricas por minuto. 
É importante ressaltar que a maioria dos registos de relâmpagos são observados em nuvens 
frias, no entanto, também são encontrados registos em nuvens quentes. Outro resultado 
observacional importante, de onde vem a base da maioria das teorias sobre tempestades 
eléctricas, é que os registos das mais intensas descargas eléctricas são acompanhados de 
intensa precipitação de granizo e saraiva (grandes pedras de gelo) no interior da nuvem 
(detectados por radar). 
Para grande parte destas teorias, as partículas de granizo ou saraiva que precipitam no interior 
da nuvem colidem com gotículas de água e cristais de gelo, gerando assim um aumento das 
cargas negativas na main charging zone. Entretanto, tem-se também pequenas partículas que 
ascendem impulsionadas pelos intensos movimentos convectivos gerando carga positiva no 
topo da nuvem. 
 
 
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As descargas eléctricas possuem papel fundamental na evolução do planeta e, principalmente, 
no desenvolvimento da vida na Terra, pois através da energia dissipada pelas descargas, 
numerosos processos químicos se desenvolveram, dando origem a diversos compostos que 
colaboraram enormemente para o surgimento das primeiras formas de vida. 
Para os seres humanos, por causa dos seus efeitos, sempre foram temidas, observadas e 
associadas a forças sobrenaturais, estando também intimamente ligadas à descoberta e início 
da utilização do fogo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UP-FCNM 
Daniel António Cossa 
Eunencio Afonso Chelengo 18 
 
Conclusão 
Após a elaboração do trabalho constatou-se que: 
 A meteorologia física dedica-se no estudo dos fenómenos que ocorrem na atmosfera sob 
ponto de vista da física; 
 Os fenómenos termodinâmicos que ocorrem na atmosfera são descritos pela equação de 
estado e pela primeira lei da termodinâmica; 
 O processo de formação de nuvens é um exemplo de um processo adiabático; 
 A nuvem é um condutor eléctrico, e possui na parte superior cargas eléctricas positivas, e 
negativas na parte inferior. 
 O relâmpago é um fenómeno que resulta das descargas eléctricas dentro de uma nuvem, 
entre duas nuvens, entre uma nuvem e a atmosfera, ou entre uma nuvem e o solo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UP-FCNM 
Daniel António Cossa 
Eunencio AfonsoChelengo 19 
 
Bibliografia 
1. GALVANI, E. & AZEVEDO, T. R. A frente polar Atlântica e as características de 
tempo associadas. IN: Simpósio Brasileiro de Geografia Física Aplicada, 10. Rio de 
Janeiro, UERJ, 2003; 
2. VAREJÃO-SILVA, M.A. Meteorologia e Climatologia. INMET: Brasília, 2000; 
3. https://pt.m.wikipedia.org/wiki/meteorologia-fisicauh. Acessado ao 20 de Agosto de 2015 
pelas 8:31min; 
4. http://www.mundoeducacao.com/geografia/granizo.htm. Acessado ao 22 de Agosto de 
2015 pelas 13:49min 
5. Textos de apoio de Meteorologia elaborado por dr Fernando Matias.