Qual é a diferença entre raio, relâmpago e trovão?

A maneira pela qual uma nuvem acumula a quantidade de cargas elétricas necessárias para produzir um raio é um tema que ainda não foi totalmente compreendido.
Acredita-se que durante uma tempestade a queda e ascensão de partículas de gelo e gotículas de água vão atritando as nuvens, formando duas seções: uma com cargas elétricas positivas, outra com cargas elétricas negativas, ficando as nuvens mais baixas eletrizadas negativamente (como a nuvem A da figura abaixo), enquanto as mais altas adquirem cargas positivas (como a nuvem B da figura abaixo).

Várias experiências, algumas realizadas por pilotos voando perigosamente através de tempestades, comprovaram a existência desta separação de cargas.

Analisando a figura podemos concluir que entre as nuvens A e B existe um campo elétrico.

Além disso, estando a nuvem A mais baixa, ela induz uma carga positiva na superfície da Terra e, portanto, entre A e a Terra estabelece-se também um campo elétrico. À medida que vão se avolumando as cargas elétricas nas nuvens, as intensidades destes campos elétricos vão aumentando, acabando por ultrapassar o valor da rigidez dielétrica do ar (o maior valor do campo elétrico que pode ser aplicado a um isolante sem que ele se torne condutor). Quando isto acontece, o ar torna-se condutor e uma enorme centelha elétrica (relâmpago) salta de uma nuvem para outra ou de uma nuvem para a Terra. Esta descarga elétrica aquece o ar, provocando uma expansão que se propaga em forma de uma onda sonora, originando o trovão. Nosso ouvido é atingido não só pela onda sonora que chega diretamente da descarga, como também pelas ondas refletidas em montanhas, prédios, etc. Por este motivo, geralmente não percebemos o trovão como um estalo único mas com aquele ribombar característico.

Recentemente, após exaustivas pesquisas sobre raios, os físicos constataram que mais de 90% das descargas elétricas (raios) deslocam-se da Terra para as nuvens e menos de 10% das nuvens para a Terra. Constatou-se também que existem dois tipos de raios, os de “longa” duração (cerca de ¼ s), que podem causar incêndios e até produzir a fusão de metais, e os de “curta” duração (cerca de 10^-6 s),  que produzem fortes trovões.

A temperatura dentro de um raio é de cerca de 30.000^o C e aquece o ar com tamanha intensidade que este se expande explosivamente, criando o estrondo do trovão.