云的起电理论
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雷电学原理知识
雷电学原理知识1雷电:是雷雨云之间或云地之间产生的放电现象.雷雨云是产生雷电的先决条件2雷雨云的三个阶段: 形成阶段成熟阶段消散阶段3雷雨云起电的原理: 1 水滴破裂效应2 吸电荷效应3 水滴冰冻效应 4 温差起电效应4 大多数雷电放电发生在雷云之间(或雷云内部),当两块雷云的异性电荷集中区之间的电场强度超过这里的空气绝缘强度时,雷云之间就会发生放电.雷云对地放电过程,可分三阶段,即先导放电阶段,回击阶段和余晖阶段.1 先导放电阶段带电雷云在地面上空形成后,由于静电感应的作用,雷云电荷在地面上感应出反极性的电荷.雷云下部的电荷大多数是负极性的,因此在地面上感应出的电荷多为正极性的电荷.2回击阶段下行先导通道发展到临近地面时,由于其头部与地面物体之间的距离很短,场强可达到非常高的数值,使得这里的空气急剧游离,从而把先导通道中的负电荷与地面或地面物体上的正电荷接通,正负电荷分别向上和向下运动,去中和各自异性电荷,于是就开始了回击阶段.回击也称为主放电.4云间放电:由于电荷的不断积累,不同极性的云块之间的电场强度不断增大,当某处的电场强度超过空气可能承受的击穿强度时,就会形成云间放电5闪:不同极性的电荷通过一定的电离通道,互相中和,产生强烈的光和热的现象.既:放电通道中所产生的强光.雷: 在放电通道中所发生的热,迫使附近的空气突然膨胀,发出的巨大轰鸣声.6 雷电放电的重复性:一次雷电平均包括三、四次放电,第一次在雷云的最底层放电,重复的放电都是沿着第一次放电的通路发展的,随后的放电都是从较高的云层或相邻区发生.7 雷电放电的强度: 200—300KA 最高430KA8雷电产生的效应: 热效应电效应机械效应9闪电的种类: 1 片状雷电,云间放电多为片状雷. 2 线状雷电,雷云与大地之间的放电,多以线状的形式,通常雷云下部带负电,上部带正电.由于雷云的负电效应,使附近的地面感应出大量正电荷,所以地面带正电荷. 带状雷电线状雷的一种,是在闪电的过程中恰巧有水平大风吹过闪电通道,将几次线状闪电的放电通道吹分开来,肉眼看闪电通道变宽.3 球状雷电彩色的火焰状球体,表现为100-300mm直径,橙色或红色球体,最大直径也可能1m 存在时间为百分之几秒到几分钟,通常为3-5秒,辐射功率小于200W,有臭氧,NO2,或硫磺气味.4 联珠状雷电很少见的一种闪电,有人人为他是由一群球雷组成10雷电的空间分类: 云内闪电, 云际闪电, 云地闪电(落地雷,直击、雷)11地闪:雷云与大地的放电即:云地放电.多以线状形式出现,雷云与大地的放电中,90%为负极性雷击;放电过程为,向下移动的负极性先导激发,向地面输送负电荷;10%为正极性雷击; 放电过程为,下行先导激发,先导携正电荷,向地面输送正电荷12 先导放电: 放电开始时,其微弱的发光通道以100-1000km/s的平均速度,以脉冲的形式向地面延伸,形成阶梯先导,每段长度为25m;时间为50us;表现为树枝分叉状.分枝状的先导放电通道往往只有一条放电分枝能到达地面.13 枝状闪电的产生: 流柱沿着一条电阻最小的通道前进,遇到阻力时便随时改变前进的路线,于是空间出现不同枝状的闪电14滚球半径:从梯级先导通道前端向四周探索的10-100m长臂,这个长臂的臂长叫击距或闪击距离,标准叫滚球半径. 或者说:击距，定义为先导头与被击中物在最后一个间隙产生击穿电场瞬间的距离，或者说是，当被击物产生上行连接先导时，下行先导与被击物间的距离。
雷电产生原理：云层内的电荷分布与放电过程
雷电产生原理：云层内的电荷分布与放电过程
雷电的产生与云层内的电荷分布和放电过程有关。
雷电是大气中因电荷分布不均而产生的放电现象。
以下是雷电产生的基本原理：
1. 云层内的电荷分布：
冰晶与水滴的碰撞：在云层内，水滴和冰晶经过碰撞和运动，导致电子的转移和分离。
电子的上升与沉降：轻的冰晶通常上升到云层的上部，而水滴则可能下沉到云层的底部，导致电荷的分布不均。
2. 云中的电场形成：
电场的建立：由于云层内电子的上升和沉降，形成了电场。
正电荷积累在云层的上部，负电荷积累在云层的下部。
3. 雷云的发展：
云层的增长：电场的作用使得云层继续增长，积累更多的电荷。
4. 雷电放电：
静电放电：当电场强度足够大时，它可能导致静电放电。
这是一种云内部或云与地面之间的放电现象。
云与地面的放电：云底部的负电荷可能感应地面上的正电荷，导致云与地面之间的放电。
5. 雷暴的形成：
雷云的发展：上述过程形成了雷云，雷电放电则是雷云中电荷失衡时的结果。
雷暴：雷电放电伴随着雷声和闪电，形成雷暴，其中强烈的气流和对流进一步增强了电荷的分离。
雷电的产生是由于云层内部电荷分布不均匀，形成电场，导致放电现象。
雷电放电释放的能量产生闪电和雷声，形成一系列的天气现象。
雷电学原理知识
雷电学原理知识 The manuscript was revised on the evening of 2021雷电学原理知识1雷电:是雷雨云之间或云地之间产生的放电现象.雷雨云是产生雷电的先决条件2雷雨云的三个阶段: 形成阶段成熟阶段消散阶段3雷雨云起电的原理: 1 水滴破裂效应2 吸电荷效应3 水滴冰冻效应 4 温差起电效应4 大多数雷电放电发生在雷云之间(或雷云内部),当两块雷云的异性电荷集中区之间的电场强度超过这里的空气绝缘强度时,雷云之间就会发生放电.雷云对地放电过程,可分三阶段,即先导放电阶段,回击阶段和余晖阶段.1 先导放电阶段带电雷云在地面上空形成后,由于静电感应的作用,雷云电荷在地面上感应出反极性的电荷.雷云下部的电荷大多数是负极性的,因此在地面上感应出的电荷多为正极性的电荷.2回击阶段下行先导通道发展到临近地面时,由于其头部与地面物体之间的距离很短,场强可达到非常高的数值,使得这里的空气急剧游离,从而把先导通道中的负电荷与地面或地面物体上的正电荷接通,正负电荷分别向上和向下运动,去中和各自异性电荷,于是就开始了回击阶段.回击也称为主放电.4云间放电:由于电荷的不断积累,不同极性的云块之间的电场强度不断增大,当某处的电场强度超过空气可能承受的击穿强度时,就会形成云间放电5闪:不同极性的电荷通过一定的电离通道,互相中和,产生强烈的光和热的现象.既:放电通道中所产生的强光.雷: 在放电通道中所发生的热,迫使附近的空气突然膨胀,发出的巨大轰鸣声.6 雷电放电的重复性:一次雷电平均包括三、四次放电,第一次在雷云的最底层放电,重复的放电都是沿着第一次放电的通路发展的,随后的放电都是从较高的云层或相邻区发生.7 雷电放电的强度: 200—300KA 最高430KA8雷电产生的效应: 热效应电效应机械效应9闪电的种类: 1 片状雷电,云间放电多为片状雷. 2 线状雷电,雷云与大地之间的放电,多以线状的形式,通常雷云下部带负电,上部带正电.由于雷云的负电效应,使附近的地面感应出大量正电荷,所以地面带正电荷. 带状雷电线状雷的一种,是在闪电的过程中恰巧有水平大风吹过闪电通道,将几次线状闪电的放电通道吹分开来,肉眼看闪电通道变宽.3 球状雷电彩色的火焰状球体,表现为100-300mm直径,橙色或红色球体,最大直径也可能1m 存在时间为百分之几秒到几分钟,通常为3-5秒,辐射功率小于200W,有臭氧,NO2,或硫磺气味.4 联珠状雷电很少见的一种闪电,有人人为他是由一群球雷组成10雷电的空间分类: 云内闪电, 云际闪电, 云地闪电(落地雷,直击、雷)11地闪:雷云与大地的放电即:云地放电.多以线状形式出现,雷云与大地的放电中,90%为负极性雷击;放电过程为,向下移动的负极性先导激发,向地面输送负电荷;10%为正极性雷击; 放电过程为,下行先导激发,先导携正电荷,向地面输送正电荷12 先导放电: 放电开始时,其微弱的发光通道以100-1000km/s的平均速度,以脉冲的形式向地面延伸,形成阶梯先导,每段长度为25m;时间为50us;表现为树枝分叉状.分枝状的先导放电通道往往只有一条放电分枝能到达地面.13 枝状闪电的产生: 流柱沿着一条电阻最小的通道前进,遇到阻力时便随时改变前进的路线,于是空间出现不同枝状的闪电14滚球半径:从梯级先导通道前端向四周探索的10-100m长臂,这个长臂的臂长叫击距或闪击距离,标准叫滚球半径. 或者说:击距，定义为先导头与被击中物在最后一个间隙产生击穿电场瞬间的距离，或者说是，当被击物产生上行连接先导时，下行先导与被击物间的距离。
第六章、云雾和雷雨云荷电机制
c、碰撞感应起电机制 article Rebound
假定：降水粒子和云粒子在受到外电场的作用而极化。 机制: 如果电场垂直向下，则粒子上半部极化为负电，下半 部极化为正电。当降水与云粒子接触时，降水粒子正电荷与 云粒子负电荷相交换，导致降水粒子带负电，云粒子带正电， 通过重力分离机制，荷正电的云粒子向上运动，荷负电的降 水粒子向下运动，从而形成云中上正下负的电荷中心。
第六章 云雾和雷雨云的荷电机制
问题
•雷暴云内电荷结构如何形成？——起电机制
•云内起电的理论有很多种，但都还不能完善地解释 所有云荷电的实际观测结果。
有关云起电可分为：
➢云雾粒子起电 ➢雷雨云起电
主要内容
1）雷雨云的起电的电特点 2）云雾粒子大气离子扩散的起电机制 3）云中云滴起电机制 4）积雨云底部大雨滴破碎正电荷的起电机制 5）积雨云的温差起电机制 6）雷雨云降水起电理论 7）热带对流云起电机制
雷雨云起电1雷雨云的起电的电特点2云雾粒子大气离子扩散的起电机制3云中云滴起电机制4积雨云底部大雨滴破碎正电荷的起电机制5积雨云的温差起电机制6雷雨云降水起电理论7热带对流云起电机制1雷雨云的起电的电特点a云起电的一些特征a单个雷暴产生降水和闪电活动的平均持续时间为30minb一次闪电的破坏电场为34kvcm晴空中击穿电场则很高达30kvcm
气溶胶对云起电的影响
海上雷暴过程中， 气溶胶浓度较低， 云滴可以长成较大 尺度的雨滴而降落， 很少能进入冻结层。 无闪电发生
陆地上，气溶胶浓 度较高，会形成较 多的小云滴，除了 在较高的高度上冰 粒子很难形成。在 冻结层以上，雷电 活动活跃。
作业：
试述雷暴云内正、负电荷中心 是如何形成的。
区别：大气电场是否参与起电过程
雷暴云中的起电机制
雷暴云中的起电机制发布者：管理员发布时间：2005-10-08 10:44:51单位：中科院寒旱所雷暴云的典型电特征是云内的电荷分离并最终达到放电发生（闪电）的阶段。
关于雷暴云起电机制的研究有很多书涉及（Mason, 1971；Moore and V onnegut，1977），本书只给出有关起电机制的一些基本知识，详细可参考Mason（1971）和Mason（1980）的著作。
实际上，到目前为止，已经有多种关于云中起电机制的假设，有些是在实验室的基础上提出的（Gunn，1954，1956；Hallett and Mossop，1974；Takahashi，1978；Hallett，1979；Latham and Dye，1989；Latham，1980；Norville et al，1991；Williams and Zhang，1996；Saunders and Peck，1988；Jayaratne，1998a），有些是根据一些物理现象或概念在数值模拟的基础上提出的（Paluch and Sartor，1973；Chiu，1978；Kuetter et al，1982；Rawling，1982；Takahashi，1984；言穆弘和葛正谟，1985；Heldson and Farley，1987；Ziegler et al，1989；言弘谟等，1991；Scavuzzo et al，1998）。
这些假设大多以两个基本概念之一为基础：即以降水为基础的感应过程和非感应过程。
另外还有一种机制则与降水无直接的关系。
本节将给出几种典型起电机制的基本概念。
1．感应起电机制在感应起电机制中（图2-9），外部电场引起降水粒子的电极化，极化强度取决于所涉及粒子的介电常数。
在晴天电场下，电场方向自上而下。
在垂直电场中下落的降水粒子被极化后，上部带负电荷，下部带正电荷。
同这些较大的降水粒子相碰撞后的小冰晶或小水滴就获得正电荷，随上升气流向上，从而发生了电荷的转移过程，使得云粒子带正电荷、降水粒子带负电荷。
雷电原理 第六章 云雾和雷暴云荷电机制
云滴
离子浓度小
6.2.2 荷电机制 如图 6.1 对于单个云雾粒子而言， 其表面处大气正、
负轻离子浓度为零， 而离云雾粒子稍远处为具有云雾大 气正负轻离子的平均浓度值。 于是在离云雾粒子很近的 大气中，大气正、负轻离子浓度具的径向分布，从而形 成大气正、负轻离子向云雾粒子扩散的物理过程，并使 云雾粒子荷电。这种由于大气正、负轻离子扩散使云雾 粒子带电的过程称为大气离子扩散起电机制。
，也就是如果云滴在 t 时间内平均 上式求出的 J 是平均意义上的“云滴捕获离子速率”
96
陈渭民编著
捕获 n 个离子，则有
J lim n ，或 n Jt o(t ) t 0 t
(6.15）
实际上离子是一个一个捕获的。如果 t 足够小，使云滴在 t 时间内最多只能捕获一个离子。 设云滴个数是 n c ，捕到一个离子的云滴数为 n c ，则有
的库仑力。(6.2)式中右边第一项是由于离子分布不均匀引起离子扩散的散度，第二是由于离 子受库仑力的作用使离子浓度的变化。因为云滴为球形，捕获具有对称性，在球坐标中，上 方程改写为
n 1 n 2 (K r 2 kr 2 F (r )n ) t r r r
95
(6.3）
§6.2 云雾粒子大气离子扩散的起电机制
观测表明，云雾粒子初始阶段，云粒子很小，云雾粒子带有数量不大的电荷，对于云雾 大气，上升运动很弱，其带电的原因不可能是强上升气流引起的，对于云雾粒子的荷电可解 释为由于大气离子扩散引起的。 6.2.1 基本假定 与晴天大气相同，云雾大气中亦存有大量大气正、负离子。其中大气正、负轻离子的尺 度小，重量轻，具有较高的离子迁移率，成为大气离子由高浓度区向低浓度区扩散的主体。
离子浓度小
6.2.2 荷电机制 如图 6.1 对于单个云雾粒子而言， 其表面处大气正、
负轻离子浓度为零， 而离云雾粒子稍远处为具有云雾大 气正负轻离子的平均浓度值。 于是在离云雾粒子很近的 大气中，大气正、负轻离子浓度具的径向分布，从而形 成大气正、负轻离子向云雾粒子扩散的物理过程，并使 云雾粒子荷电。这种由于大气正、负轻离子扩散使云雾 粒子带电的过程称为大气离子扩散起电机制。
，也就是如果云滴在 t 时间内平均 上式求出的 J 是平均意义上的“云滴捕获离子速率”
96
陈渭民编著
捕获 n 个离子，则有
J lim n ，或 n Jt o(t ) t 0 t
(6.15）
实际上离子是一个一个捕获的。如果 t 足够小，使云滴在 t 时间内最多只能捕获一个离子。 设云滴个数是 n c ，捕到一个离子的云滴数为 n c ，则有
的库仑力。(6.2)式中右边第一项是由于离子分布不均匀引起离子扩散的散度，第二是由于离 子受库仑力的作用使离子浓度的变化。因为云滴为球形，捕获具有对称性，在球坐标中，上 方程改写为
n 1 n 2 (K r 2 kr 2 F (r )n ) t r r r
95
(6.3）
§6.2 云雾粒子大气离子扩散的起电机制
观测表明，云雾粒子初始阶段，云粒子很小，云雾粒子带有数量不大的电荷，对于云雾 大气，上升运动很弱，其带电的原因不可能是强上升气流引起的，对于云雾粒子的荷电可解 释为由于大气离子扩散引起的。 6.2.1 基本假定 与晴天大气相同，云雾大气中亦存有大量大气正、负离子。其中大气正、负轻离子的尺 度小，重量轻，具有较高的离子迁移率，成为大气离子由高浓度区向低浓度区扩散的主体。
论相变原理和雷雨云的起电机理
论相变原理和雷雨云的起电机理作者冯必恒（天津大学仁爱学院，化工系， 301600）摘要在研究雷雨云形成过程中提出了物质的六种不同状态和各自的物理性质，并推导出了相变除须满足温度和气压及电子转移三个条件。
并用假设解释了雷雨云的带电原因是因为温度梯度引起的，并设计出了用一个气球实验证明假设的方法。
关键词大气物理学与大气环境﹑雷雨云﹑起电机理﹑电子转移﹑相变﹑气固态﹑气液态﹑固液态Principle of phase transformation and tunderclouds forming processAbstract:When I discuss tunderclouds forming process, put forward a new theory about have six phase state.They had different physical property.Then I deduce phase change must sati sfies three conditions that temperature and atmospheric pressure and electron transfer.I discuss why tunderclouds are electrically charged,temperature gradient has great impact on tunderclouds.At last,I devi se a better experiment what use airballoon can demonstrate hypotheses.Key words：Atmospheric physics and atmospheric environmentstate；Thundercloud；mechanism Charged particles come into being；electron transfer；phase change；state to intermediate between liquid and solid；state to intermediate between liquid and gaseous；state to intermediate between solid and gaseous正文一﹑现象雷雨云的顶部带正电荷底部带负电荷。
雷雨云带电的新理论及三个推论
雷雨云带电的新理论及三个推论作者：田原成海柱来源：《科技与创新》2016年第17期文章编号：2095-6835（2016）17-0043-01摘要：自然界中的臭氧层大多分布在离地15 000～50 000 m的高空。
臭氧层中的臭氧主要是由关键词：紫外线；氢气；双氧水；雷雨云中图分类号：P482 文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2016.17.043目前，世界上关于雷雨云的带电原理问题的学说有十几种之多，主流的有以下4种：①水滴破裂效应。
云中水滴在高速气流中作激烈运动，分裂成一些带负电的较大颗粒和带正电的较小颗粒，后者同时被上升气流携带到高空，前者落在低空。
这样正、负两种电荷便在云层中被分离，进而造成90%的云层下部带负电。
②吸电荷效应。
由于受到宇宙射线或其他电离作用，大气中存在正、负离子，又因空间存在电场，在电场力的作用下，正、负离子在云的上、下层分别积累，进而使雷雨云带电，又称为感应起电。
③水滴冻冰效应。
水滴在结冰过程中会产生电荷，冰晶带正电荷，水带负电荷。
当上升气流将冰晶上的水分带走时，就会导致电荷的分离，进而使雷雨云带电。
④温差起电效应。
实验证明了在冰块中存在正离子（H+）和负离子（OH-）。
当在温度发生变化时，离子发生扩散运动并相互分离。
积雨云中的冰晶和雹粒在对流的碰撞和摩擦运动中会造成温度差异，并因温差起电，带电的离子又因重力和天气的作用而分离扩散，最后达到一定的动态平衡。
至于雷雨云带电到底是因哪种效应或因多种效应的共同作用而产生的，科学界尚无定论，且分歧很大。
目前，科学界中的多种解释雷雨云带电的理论都是从物理角度入手解释的，而笔者是从光化学反应入手来解释这个物理现象的，具体观点为：雷雨云带电是因高空中的云受到本文从雷雨云层与臭氧层的相似性谈起，依据光解水制氢实验逆推，根据已经明确的数据分析了雷雨云层是如何带电的。
1 臭氧层中臭氧产生的原理大气层的臭氧主要以紫外线打击双原子的氧气，将其分为2个原子，然后每个原子与未分裂的氧合并成臭氧。
云怎么会带动大量的电荷
云怎么会带动大量的电荷？为什么带负电的云在云层下部？云怎么会带动大量的电荷？为什么带负电的云在云层下部？大家知道，云是地面蒸发的水蒸气在高空遇冷凝结而成的无数小水滴，那么它怎么会带上大量电荷呢？人们长期以来对云中电荷形成的研究发现，它与许多方面的因素有关。
现在人类对带电云的认识还是有限的，下面介绍几种说法和分析：人们发现，山谷中瀑布附近悬浮的雾滴都带负电，而瀑布下部较大的水滴都带正电。
实验室的实验表明，大水滴在受外力作用破裂后，形成的新水滴中，较大的明显带正电、较小的带负电，由此推断，积雨云形成过程中气流翻滚很厉害，水滴剧烈碰撞，大量破裂，大的下落、小的被气流带走，形成带正、负电的云块。
人们从云中电荷分布的实测资料发现，高于冰的熔点的液水区总带负电，而云顶的冰晶区总带正电。
实验表明，在已经冻结的冰和还没有来得及冻结的水之间可以产生几十伏到几百伏的电压，冰带负电、水带正电。
这是因为水里的一些电子在冻结时跑到冰上，在水里留下了正电荷。
由此分析，水滴在高空遇冷结成冰粒后下降，在下降途中会沾住遇到的水滴，在冰核周围形成一层水膜，于是冰与水之间产生电压，冰带负电、水带正电。
随着冰核沾住的水滴不断增多，水膜不断加厚，下落速度不断加快，最后终于被上升气流冲破形成许多带正电的小水滴，被上升气流带到云顶部，遇冷凝结，形成带正电的冰晶区。
而冰核下落到云底融化，形成带负电的液水区，这被认为是云内起电的主要因素。
人们从地壳带有50万库仑的负电荷，地壳与大气层外缘的电离层间有30万伏电压的事实，提出又一说法，云层中不带电的水滴，受地壳所带负电荷的作用，根据电荷间的相互作用，水滴中的负电荷运动到水滴的上端，水滴的下端带正电。
当小水滴合并成大水滴开始下降时，下端的正电荷会排开空气中同性的正离子，而把沿途迎面而来的负离子收并过来。
上端的负电荷，虽然也对空气中的正离子有吸引作用，但由于正离子先被水滴下端的正电荷排开，等它们向上端的负电荷靠拢时，由于水滴下降速度很快，被排开的正离子已经追不上水滴了。
2.1华东-雷电
在同一块积雨云中，可以同时发生云闪、地闪，表 现为两支明亮的流光。
一支到达地面，另一支则于空中近乎水平方向伸展 很长的距离后消失，并有许多分枝。
环状闪电，山脉上环状的向上闪电，闪电流光从 一个塔伸出，打了个圈，然后沿着水平方向伸 很长距离。
1963年Surtsey火山喷发时发生的云空闪 电现象, 表现一条条很亮的流光。
线状闪电具有若干次放电，每一次放电称为 一次闪击。图1为一次线状闪电照片，表现了 线状闪电细而明亮的流光外貌特征。
带状闪电是宽度达到几米到十几米的闪电， 看上去像一条极为明亮的飘带。图2为一条带 状闪电的照片，表现了带状闪电宽而炽亮的 外貌特征。
图1 线状闪电照片
图2 带状闪电照片
联珠状闪电
联珠状闪电
积雨云起电主要有感应起电、温差起电、大云滴破碎 起电、对流起电（暖云）等多种理论。
除了触发闪电以外，闪电大多是起源于云 内，因为云中电场通常都是比周围空间的 电场强得多，在云的边界附近电场强度增 大。
当对流和降水实际上已经停止的积雨云消 亡阶段，强、负的电场在云下方的地面上 经常维持10分钟以上，同时伴有向下输送 的正电荷。
再在重力的分离下，带正电荷的冰晶随气 流上升到云上部，带负电荷的冰雹粒子沉 降到云的下部。
冻结起电
观测表明，当过冷却水滴打在冰面上没有 完全冻结前，先形成带有大量负电荷的凇、 冰层，由于凝结潜热释放，水滴温度突然 上升到0℃以上；
之后冰壳内的水逐渐冻结，冻结的雨滴外 壳带正电，内部带负电荷；
闪电形成与危害
起电原理 线状闪电过程
云闪
积雨云起电条件
积雨云内有很强的上升气流，除了雨滴之外，还有冰 雹等各种冰相粒子，云顶温度很低、云很厚，为云内 起电提供了充足的条件。
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关于云的起电理论很多，但目前还没有一种理论能够圆满地解释上述的所有问题，因为大气的运动在实验室里是模拟不出来的。
下面介绍几种比较完善的理论。
（1）温差起电理论一般情况下，如果一块物体冷热不均，热端带负电，冷端带正电。
云中的冰晶、水滴、冰雹等因接触、碰并、破碎、摩擦等作用，使得冰晶带正电，水滴、冰雹等带负电。
冰晶的密度小于水滴，小而轻，漂浮在云的上部。
（2）感应起电理论在晴天电场的作用下，云滴被极化，使它们下半部带正电，上半部带负电，通过云内的运动，产生上正下负两个主要的电荷中心，两个中心建立后，方向向下的电场得以加强，便会产生一个正反馈机制。
（3）切割磁力线理论北半球的云一般自西向东移动，而地球的磁力线则是由南极指向北极根据右手定则判断，正电荷向上移动，负电荷向下运动。
（4）破碎起电理论水滴在气流的剧烈运动中分裂成带负电的较大颗粒和带正电的较小颗粒，后者被上升气流带到高空。
云底带少量的正电：地面的感应或地面的尖端物体带的正电荷被强烈的上升气流带入云底。
雷电的形成机理是大气物理学的一个分支。
主要研究电离层以下大气中发生的各种电现象和它们的产生与相互作用过程的规律及应用。
大气电学有两大主要部分：晴天电学和扰动天气电学。
晴天电学主要研究晴天大气电场、大气电导率、地空电流和全球大气电平衡等；扰动天气电学主要研究雷雨云电结构和起电机制、雷与闪电过程、尖端放电过程与避雷方法等。
大气电场把地表面视为下极板、电离层导电层视为上极板，组成巨大球形电容两极板中间的大气基本不含电荷，上极板导电层含有正电荷，下极板的地表面含负电荷，这巨大电容器中间的电场称大气电场。
规定大气电场方向从低电位的地面朝上（与物理学静电学规定相反）。
尽管雷雨云移到某处时，雷雨云底部与相对应下垫面间的电场方向是向下的，但对全球而言，雷雨云区所占比例很小（约1%），故总体大气电场的方向是朝上的。
晴天电场常被看作正常大气电场，其场强随纬度增大而增强、随离地面高度而变小，全球平均看，陆区地表面附近电场强度为120伏/米左右，海面上则约为130伏/米。
在工业区污染严重、气溶胶粒子多的地方，晴天电场强度可达300~400伏/ 米。
晴天电场场强随高度减弱是很强烈的，在10公里高度处的值仅为地面值的3%即约4伏/米。
晴天电场强度有日变化和年变化。
陆面在地方时04-06时和12-16时出现极小值，07─10时和19─21时为极大值；一年之中，冬季为极大值、夏季为极小值。
在海面和两极地区，在世界时19时出现极大值，04时左右为极小值，这些地区大气电场年变化不明显。
大气电导率和离子迁移率大气不仅含中性分子和原子，还含有一些离子，这些离子分为轻离子（由几个分子聚集在一起而带一个正电荷或负电荷，直径约千分之一微米）和重离子（荷电的气溶胶粒子，常带一个正电荷或负电荷，比轻离子大成千上万倍）。
描述大气离子在电场中移动快慢的参数称迁移率，由于大气离子基本上都只带一个单位电荷，所以在同样的电场强度的电场中，轻离子的迁移率要比重离子的大得多。
例如在场强为1伏/厘米的电场中，大气轻离子移动速率为115厘米/秒，而重离子的移动速率只是这个数的几百分之一。
大气电学中，把正比于大气离子浓度和迁移率乘积的参数称为大气导电率λ，λ随高度按指数律增加，这与大气电场强度随高度的变化趋势相反。
大气导电率比铜的电导率640000/欧姆·厘米要小得多，大气的导电性是很弱的。
当用J记大气电流密度，用E 代表大气电场强度，则有关系式J=λE成立。
其中J是不随高度变化的。
地空电流在晴天大气电场作用下，大气中的正离子向下运动、负离子向上运动，如此形成的微弱电流称地空电流。
这电流是比较稳恒的，不随高度变化，把这个微弱电流与地球表面积相乘，便得到全球地空电流的总电流强度为1800安培，如果只存在晴天地空电流，那么在1800安培电流放电的情况下，只需要几分钟，便可使地表面这个巨大“电容器” 下极板的负电荷全部中和而使其电荷消失。
因此，必定存在与晴天地空电流相反方向的补偿电流，把地表面的正离子输向大气（向地面输入负离子），以维持晴天大气电场基本不变，这就是闪电电流和尖端放电电流等。
雷雨云电结构模式没有雷雨云便没有雷电，因此对雷雨云的探测研究是十分重要的。
在20世纪30年代以后，人类通过施放大量探测气球，获得了较丰富的资料，总结出最早的雷雨云电结构模式如图所示：存在两个主电荷中心，云底附近另有一个次电荷中心。
它们分别是中心位于约6公里高度处，约含+24库仑电量的正电荷中心、中心位于约3公里的、约含─20库仑的负电荷中心、中心位于1.5公里、含有约+4库仑电量的次电荷中心。
后来虽然也提出过许多雷雨云电结构的种种模式，对荷电中心的高度，荷电量进行修正，甚至也有倾斜形式的电结构模式，但至今并无一致公认的比前述原始模式更合理的模式，因而原始模式仍是当前常用的模式，它也称雷雨云电结构的电偶极子模式。
雷雨云起电雷雨中的电荷怎样产生的？怎样形成上、下荷电中心？由于雷雨云内部观测十分困难和危险，要对上述问题作出圆满的解答，目前还作不到。
曾提出过几种雷雨云起电的理论，例如感应起电理论、温差起电理论、大水滴破裂起电理论、冰的融化起电理论等，它们都只能部分地解释云内电荷分布观测事实。
例如感应起电理论便这样认为：在晴天电场作用下，云质粒和降水质粒（固态或液态质粒，比云质粒大得多）都被感应而极化，它们的上半部带负电、下半部带正电。
因降水质粒下降速度大，故常与路途中的云粒子相碰，一部分粒子被捕获，另一部分云粒子被弹开，但把负电荷留下，而成为带正电荷粒子，在云中上升气流作用下，这样的云粒子便聚积于云的上部，在那里形成正电荷中心。
经碰撞后带正电的降水质粒重，有的掉出云去，其余便聚积于云下部或中部，形成负电荷中心。
又例如冰的融化起电理论认为：固态降水粒子（冰粒子）降到0℃层以下便融化，原来冰隙中的空气变成气泡并破裂，溅散走一些带负电的小滴粒，于是融化粒子（即水滴或冰水混合体）带正电，在云底强上升气流区域聚积，形成一个带正电的次电荷中心。
打雷和闪电当天空中乌云密布，雷雨云迅猛发展时，突然一道夺目的闪光划破长空，接着传来震耳欲聋的巨响，这就是闪电和打雷，亦称为雷电。
就雷的本质而言，它属于大气声学现象，是大气中的小区域强烈爆炸产生的冲击波而形成声波，而闪电则是大气中发生的火花放电现象。
闪电通常是在雷雨云的情况出现，偶尔也在雷暴、雨层云、尘暴、火山爆发时出现。
闪电的最常见形式是线状闪电，偶尔也可出现带状、球状、串球状、枝状、箭状闪电等等。
线状闪电可在云内、云与云间、云与地面间产生，其中云内、云与云间闪电占大部分，而云与地面间的闪电仅占六分之一，但其对人类危害最大。
闪电过程肉眼看到的一次闪电，其过程是很复杂的。
当雷雨云移到某处时，云的中下部是强大负电荷中心，云底相对的下垫面变成正电荷中心，在云底与地面间形成强大电场。
在电荷越积越多，电场越来越强的情况下，云底首先出现大气被强烈电离的一段气柱，称梯级先导。
这种电离气柱逐级向地面延伸，每级梯级先导是直径约5米、长50米、电流约100安培的暗淡光柱，它以平均约150000米/秒的高速度一级一级地伸向地面，在离地面5─50米左右时，地面便突然向上回击，回击的通道是从地面到云底，沿着上述梯级先导开辟出的电离通道。
回击以5万公里/秒的更高速度从地面驰向云底，发出光亮无比的光柱，历时40微秒，通过电流超过1万安培，这即第一次闪击。
相隔几秒之后，从云中一根暗淡光柱，携带巨大电流，沿第一次闪击的路径飞驰向地面，称直窜先导，当它离地面5─50米左右时，地面再向上回击，再形成光亮无比光柱，这即第二次闪击。
接着又类似第二次那样产生第三、四次闪击。
通常由3─4次闪击构成一次闪电过程。
一次闪电过程历时约0.25秒，在此短时间内，窄狭的闪电通道上要释放巨大的电能，因而形成强烈的爆炸，产生冲击波，然后形成声波向四周传开，这就是雷声或说“打雷”。
全球大气电平衡就全球而论，晴天大气电流、降水电流、闪电电流和尖端放电电流等四者的向上、向下电流达到动态平衡，称全球大气电平衡。
据估算，全球晴天大气电流为1800安培，方向是向下的。
到达地面的降水物（雨滴、冰雹、雪花等）有的带正电荷，有的带负电荷，但总体而言，降水是向地面输送正电荷，全球因降水而形成向下的电流是600安培。
全球每秒钟约发生100多个闪电，其中1/5~1/6为云地闪电，以每次云地闪电使大气向地表输送20库仑负电荷来计算，可估计得全球因闪电造成的向上电流为400安培。
人造尖端或自然尖端的放电电流，方向是向上的，电流总数值约200安培。
上述四项电流达到平衡，使之可稳定地维持全球地表恒定拥有巨大数量的负电荷，维持全球有恒定的大气电场。
尖端放电与避雷针在强电场作用下，物体曲率大的地方(如尖锐、细小的顶端，弯曲很厉害处)附近，等电位面密，电场强度剧增，致使这里空气被电离而产生气体放电现象，称为电晕放电。
而尖端放电为电晕放电的一种，专指尖端附近空气电离而产生气体放电的现象。
当雷雨云过境时，云的中下部是强大负电荷中心，云下的下垫面是正电荷中心，云与地面间形成强电场，记地面电位为P，则依次各等位面记为P─1，P─2，......。
在地面凸出物如建筑物尖顶、树木、山顶草、林木、岩石等尖端附近，等电位面就会很密集，这里电场强度极大，空气发生电离，因而形成从地表向大气的尖端放电。
避雷针是一根耸立在建筑物顶上的金属棒(接闪器)与金属引下线和金属接地体等三部分组成的防雷装置。
它的作用是使可能会袭击建筑物的闪电吸引到它上面，再进入地里，借以保护建筑物。
关于避雷针为何能防雷的机制，尚待进一步研究。
有人认为避雷针的尖端放电，中和了雷雨云中积累的电荷，起到了消除电的作用，但近年来通过尖端放电电量计算，其远不能中和所有电荷。
关于大气物理学：大气物理学是研究发生在大气中的物理现象、物理过程和它们的演变规律及应用的学科，是大气科学的一个分支。
大气物理学作为一门独立的学科，只有约40多年的历史，是一门仍处在发展中的学科，它主要包括大气声学、大气电学、大气光学、大气边界层物理学、云雾降水物理学、大气辐射学、高层大气物理学、雷达气象学、卫星气象学和大气探测学等。
大气物理学与物理学、数学、电子学、天气学、空气污染气象学、大气化学等学科的关系十分密切，是天气预报、大气探测和人工影响天气等工作的基础，它还是环境科学的一个部分。
因此通天雷神，你需要再着重研究一下大气声学、大气电学、大气边界层物理学和云雾降水物理学。
这样有利于提高你的基础物理学素质。
大气声学是研究大气中声波(包括可闻声、次声、超声)的产生机制和声波在空气中的传播规律及应用的学科，是大气物理学的一个分支。
大气声学的研究内容主要包括：声波衰减和异常传播现象、声波反射、折射与散射等。