雷电的形成机理及特征
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第一节雷电的形成机理雷电是自然界中一种极为壮观的声、光、电现象,对人类的生产和生活有着巨大的影响。
那么,我们先从认识雷电谈起。
我国古籍中,有关雷电理论的记载十分丰富。
例如东周时《庄子》上记述:“阴阳分争故为电,阳阴交争故为雷,阴阳错行,天地大骇,于是有雷、有霆。
”这些学说与现代的雷电学说是如此相似,不过它比现代雷电学说要早2000 多年。
在古籍中关于建筑工程中避雷的记载也十分丰富。
南北朝的孟奥《北征记》中有如下记述:“凌云台南角一百步,有白石室,名避雷室。
”又有盛弦之《荆州记》中记述:“湖阳县春秋蓼国,樊重之邑了,重母畏雷,为立石室,以避之,悉之文石为阶砌,至今犹存。
”书中谈及的白石、文石,据分析应该属于绝缘性能较好的石块。
至于宋、元、明、清代的建筑物多用“雷公柱”(宋代称枨杆)等措施以避雷。
在古籍中关于雷击事故的记述就更多了,例如在《续晋阳春秋》上记述:“太元五年,霹雳含殿四柱,杀内侍二人。
”《晋安帝记》上记述:“义熙三年六月,震太庙鸱尾,彻壁柱,若有文字。
”《晋中兴书征祥说》上记述:“元兴三年,永安王皇后至住巴防,将设威仪入宫,天大雷震,人马多死。
”《沈括?梦溪笔谈》上记述:“内侍李舜举家为暴所震,其堂之西屋雷火自窗间出,赫然出檐。
人以为堂屋已焚,皆出避之。
及雷止,其舍宛然,墙壁窗纸皆默。
有一木格,其中杂贮诸器,其漆器银铝者,银悉容流在地,漆器不燃灼。
有一宝刀,极坚刚,就刀室中容为汁。
而室亦俨然。
人必谓:当先焚草木,然后流金石,今乃金石皆烁而草木无一毁者,非人情所测。
《齐书?五行志》:“永元三年正月,豫章郡,天火烧三千余家。
”以上只是我国古籍关于雷电灾害中的点滴摘录,当然它与现代雷电理论和防雷技术相比还有差距,但是从历史观点来看,我们的祖先能够在那么早的年代里就创造出那样完整的雷电理论,并且在技术上得到应用,这是我们民族光辉灿烂文化历史的一页。
1.1 雷电的特征雷电现象是自然界中一种瞬间放电现象,同时伴随有雷声,具有高电流、高电压、变化快、放电时间短、辐射强等特征。
气象雷电知识点总结一、雷电的形成原理1. 雷电的形成是由于云层内部的水滴和冰粒在相互碰撞的过程中,发生了电荷的分离与聚集。
通常情况下,云层上部的水滴和冰粒带正电,而云层下部的水滴和冰粒带负电。
这种正负电荷的分布使得云层内部形成了电场。
2. 当云层内部的电荷分布达到一定程度时,电场的强度就会足以克服空气的电阻,产生电火花。
这些电火花所产生的光和声就是我们所认识的闪电和雷声。
二、雷电的危害1. 对人类:雷电对人类的危害主要表现在触电、砸伤和电击三个方面。
雷电瞬间产生的高温和高压会对人体造成严重伤害,甚至危及生命。
2. 对物品:雷电对物品的危害主要表现在电气设备受损和火灾两个方面。
雷电产生的强电磁场和电流会对电器设备造成损坏,甚至引发火灾。
三、雷电的分类根据不同的发生环境和产生方式,雷电可以分为云地闪电、云云闪电、地云闪电、无云闪电和火花闪电五种类型。
1. 云地闪电:最常见的一种闪电。
它从云层中发出,并且击中地面。
2. 云云闪电:闪电在云层间产生。
3. 地云闪电:闪电从地面升向云层。
4. 无云闪电:也称为水雾闪电,是在无云天气条件下产生的闪电。
5. 火花闪电:一种表面放电的形式,通常发生在高压电力线、火山爆发和大风暴等极端环境下。
四、雷电的预测和预防1. 雷电预测:目前,预测雷电的主要方法是通过气象雷达和观测站进行实时监测,以及数据模型分析进行天气预报。
同时,还可以通过一些气象指标和现象来判断雷电的发生概率,如云层的形态、风速和温度等。
2. 雷电预防:在雷电天气时,要加强室外作业人员的安全意识,尽量避开高大金属建筑或物体,以减少触电的风险;同时要注意随身携带避雷针和避雷帽等防护装备,以防电击伤害。
五、雷电的科学研究1. 雷电物理:科学家们通过实验室模拟和天文观测等手段,对雷电现象进行深入研究,试图揭示雷电发生的物理机理和规律。
2. 雷电防护:科学家们致力于研究雷电防护技术,包括避雷针的设计、建筑物的防雷设计和电气设备的防雷保护等。
雷电现象知识点雷电是一种自然现象,也是大自然中最为壮观的景观之一。
当大气中的正负电荷相互积累到一定程度时,就会产生雷电。
人们对雷电现象的了解主要集中在以下几个方面:雷电的形成原理、雷电的分类、雷电的危害以及如何保护自身。
一、雷电的形成原理雷电的形成需要两个基本条件:一是云层内部存在巨大的正负电荷分离;二是云与地面之间存在电势差引发放电。
在云层内部,上层云和下层云之间会发生电荷分离,形成正负电荷。
同时,地面也会带有一定的电荷。
当云与地面之间的电势差达到一定程度时,就会引发雷电放电。
二、雷电的分类雷电根据形成的环境和形式可以分为云地闪电、云云闪电和地闪电。
云地闪电是最为常见的一种形式,它发生在云和地面之间。
云云闪电则是发生在云层内部,一般由于云内部的电荷分离引发。
地闪电则是发生在地面上,一般是由于地表与云层之间的电荷分离引发。
三、雷电的危害雷电是一种非常危险的自然现象,它对人类和物质造成的危害不可忽视。
首先,雷电放电的强大电流和高温会对建筑物、电线、电器等物体造成损坏甚至引发火灾。
其次,雷电引起的电磁辐射可能对人体造成伤害,如电击、中风等。
此外,雷电还有可能引发山火,对自然环境造成破坏。
四、如何保护自身在雷电天气中,我们应该采取一些措施来保护自身的安全。
首先,要避免在雷电天气中进行户外活动,尤其是在露天场所,如高山、河边等。
其次,如果被困在室外,应迅速躲进建筑物或车辆中,并远离金属物体,如铁栏杆、伞等。
此外,还应避免使用有线电话和水龙头等有导电性的物体。
在室内,应关闭电器设备,并避免接触室内的金属物体。
总结:雷电现象是一种自然现象,具有巨大的能量和危害性。
了解雷电的形成原理、分类以及危害,可以让我们更好地预防和应对雷电天气,保护自身的安全。
在雷电天气中,我们应该注意避免户外活动,并采取措施保护自身,避免受到雷电的伤害。
雷电现象知识点归纳总结雷电是一种自然现象,常常伴随着暴风雨和闪电。
它是由于大气中形成的静电荷积累所产生的强电荷放电现象。
雷电是一种危险的自然现象,因此对雷电现象有深入的了解对我们生活和工作安全是非常重要的。
下面将就雷电现象的知识点进行归纳总结。
1. 雷电的形成雷电是通过大气中的水滴和冰粒子的碰撞产生的。
当云层中的水滴和冰粒子不断碰撞并相互摩擦产生静电,形成电子积聚在云层上部,正电荷积聚在云层下部。
当云与地面或云与云之间的静电荷不平衡时,就会产生放电的现象,形成闪电。
这个放电现象就是雷电。
2. 雷电的分类雷电根据放电的形式不同可以分为大地传导闪电、云间放电和大气电击。
大地传导闪电是指云层与地面之间的放电现象。
云间放电是指云与云之间的放电现象。
大气电击是指云与地面间的放电现象。
根据这三种分类,可以看出雷电是多种形式的放电现象。
3. 雷电的危害雷电是一种危险的自然现象,具有强烈的毁灭力。
当雷电发生时,会伴随着强烈的闪电和响亮的雷声,同时还会产生强大的电磁场。
如果人体直接暴露在雷电之下,会导致电击伤,严重的情况下还可能导致死亡。
同时雷电还会造成人们周围环境的破坏,例如引起火灾、损坏电路等。
因此,对雷电的危害性要有充分的认识。
4. 雷电的防范为了避免雷电造成的危害,人们需要采取相应的措施进行防范。
首先,需要建立雷电预警系统,及时发布雷电警报,提醒人们采取避雷措施。
其次,在雷电来临时要迅速躲避到安全的地方,避开高大的物体、水管、电线等。
同时还要避免在雷电天气下涉水、使用电器等行为。
这样可以有效地减少雷电造成的危害。
5. 雷电的科学应用除了对雷电进行防范外,雷电还具有一些科学应用价值。
例如,雷电在大气电学研究中起着重要的作用。
通过对雷电的研究,可以更好地了解大气中的电荷分布以及放电机制。
同时还可以利用雷电的能量进行人造闪电实验,研究各种电器设备的抗雷击能力以及防雷措施等。
这些都可以促进科学的发展和人类文明的进步。
雷电的形成和运作原理雷电是一种自然现象,是大气中电荷的释放和移动所产生的强大电流。
它的形成和运作原理是由于大气中存在着电荷的不平衡,导致电荷的积累和释放,从而形成雷电现象。
一、雷电的形成雷电的形成是由于大气中存在着电荷的不平衡。
在大气中,正电荷和负电荷是相互存在的,它们的分布并不均匀。
当云层中的正电荷和负电荷之间的电压差达到一定程度时,就会发生放电现象,形成雷电。
1. 云层中的电荷分布不均匀云层中的水蒸气在上升过程中会冷却凝结成云滴,云滴之间会发生碰撞,使得云滴带电。
由于云层中的气流的作用,云滴会在云层中上升和下降,形成云层中的正电荷和负电荷的分布不均匀。
2. 云层中的电荷积累在云层中,正电荷和负电荷会相互吸引,使得它们在云层中积累。
正电荷会集中在云层的上部,而负电荷则会集中在云层的下部。
3. 云层与地面之间的电荷分布云层中的正电荷和负电荷会影响地面附近的电荷分布。
地面上的物体也会带有电荷,当云层中的正电荷和负电荷积累到一定程度时,会与地面上的物体之间形成电场,从而导致电荷的积累。
4. 电荷的释放当云层中的正电荷和负电荷之间的电压差达到一定程度时,电荷会通过空气中的离子通道进行释放。
这个过程就是雷电的形成。
二、雷电的运作原理雷电的运作原理是由于电荷的释放和移动所产生的强大电流。
当云层中的电荷释放时,会形成一条离子通道,这条通道会导致空气中的分子离子化,形成电流。
1. 电荷的释放当云层中的正电荷和负电荷之间的电压差达到一定程度时,电荷会通过空气中的离子通道进行释放。
这个过程就是雷电的形成。
电荷的释放会产生强大的电流,形成闪电。
2. 电流的传导电荷的释放会形成一条离子通道,这条通道会导致空气中的分子离子化,形成电流。
电流会沿着离子通道传导,从云层中的电荷释放到地面上的物体。
3. 电流的热效应雷电产生的电流非常强大,会产生巨大的热效应。
当电流通过空气中的离子通道时,会使空气瞬间升温,形成高温等离子体。
雷电大自然的电火花雷电:大自然的电火花雷电是大自然中一种强大而神秘的自然现象。
当大气中的电荷不平衡时,释放出的电能就会导致雷电的产生。
它以闪电和雷声为特征,给我们带来了震撼和敬畏之感。
本文将深入探讨雷电的形成原理、危险性及应对措施,以及雷电在人们生活中的一些意义。
一、雷电的形成原理雷电的形成源于大气中存在的正负电荷的不平衡状态。
在对流云内,水滴之间的碰撞会导致电子的离子化,形成负电荷;而冰晶则能够捕捉到大量的离子,从而形成正电荷。
由于负电荷的较高浓度,与大地之间形成了强烈的排斥作用,最终导致了天空中的闪电和雷声的产生。
二、雷电的危险性及应对措施雷电的高能量和破坏性在人类的生活中造成了很大的威胁。
首先,由于雷电释放的能量巨大,直接击中物体会导致火灾、爆炸等严重事故的发生。
其次,雷电的强电流可能会对人体造成伤害,引发电击事故。
因此,合理的防雷措施和注意事项尤为重要。
在雷雨天气中,避免站在开放场地,如高山、高楼和广场上,以减少受到雷击的风险。
室外的人员应尽快转移到安全的地方,如室内空间或金属避雷器下。
在室内,应避免接触排水管道、电线、电话线等具有导电性的物体。
此外,尽量避免使用电器设备来防止电击事故的发生。
三、雷电的意义及影响雷电作为一种自然现象,在人们的生活中有着独特的意义和影响。
首先,雷电可以为我们提供有关天气预警的信息。
当我们观察到雷电现象时,往往意味着暴雨、强风等极端天气的到来,提醒我们及时做好防范措施。
其次,雷电也是一种美丽而壮观的景观,许多人会专门去观赏雷电的表演,感受它带给人们的震撼和敬畏之情。
此外,雷电还对人类社会的许多领域产生了一定的影响。
例如,在航空航天领域,雷电是一个重要的安全因素,飞机和导弹的设计中必须考虑到雷电的影响。
在电力领域,雷电对输电线路和变电站设备造成的损坏也是一个不容忽视的问题,科学的防雷技术和设备可以保障电力系统的安全和可靠运行。
总结起来,雷电作为大自然的电火花,给我们带来了震撼和敬畏之感,但也带来了一定的危险和影响。
雷电知识点总结雷电是一种非常危险的自然现象,它经常造成严重的人员伤亡和财产损失。
了解雷电的知识对于我们避免雷电伤害至关重要。
本文将从雷电的形成原理、雷电的危险性、雷电的防护措施等方面进行总结。
希望读者能够通过本文了解雷电的重要知识,避免雷电伤害的发生。
一、雷电的形成原理雷电是在大气中发生的一种电现象,是由于大气中存在不均匀的电荷分布所引起的。
雷电的形成主要有以下几个步骤:1. 准备阶段在大气中,由于水蒸气的凝结、大气运动、山体等地形或建筑物、沿海及岛屿等的物体的作用,大气中的气体流动会形成雷暴云。
当云层厚度增加,云顶高度达到10千米以上时,就有可能发生雷暴活动。
2. 电荷分离阶段在雷暴云内部,云层上部的颗粒呈冰晶态,云层中层则为水晶体。
在冰晶云内,因上层云与下层云的相互摩擦导致电子的剥离,使上层云带负电,下层云带正电。
这种电荷分离是电荷形成的基础。
3. 电荷积聚阶段当负电的冰晶云在乌云底下移动时,由于电场作用力,导致下层的大气中底层云的电荷大量向地面集中,也可称为“感应电荷”。
当这种感应电荷与地面电荷接触时,即电场强度超过空气的击穿电场强度而形成体电荷闪和“大地闪”,大地处于这种电荷之间,会产生地面电压。
4. 放电阶段当电场强度增大到一定程度时,电荷之间会产生放电现象。
当云底因电荷过多,电荷太密而形成负电荷强度较大而引起闪电放电。
这时,云底与地面间形成强大的电场。
当地面与云底间的电压梯度达到地雷击穿强度时,则会有闪电向地面放电。
二、雷电的危险性雷电是一种非常危险的自然现象,其危险性主要表现在以下几个方面:1. 造成人员伤亡当雷电触及人体时,会造成人员严重的电击伤害,甚至危及生命。
据统计,全球每年有数千人死于雷击,很多人也因为雷击而导致永久伤残。
因此,雷电对人类的危害非常严重。
2. 引发火灾雷电放电会产生高温和高能的电弧,当电弧接触易燃材料时,容易引发火灾。
据统计,在雷电天气下引发的火灾造成的财产损失巨大。
雷电基本知识雷电是自然界中常见的一种天气现象,常常具有破坏性和危险性。
了解雷电的基本知识对于人们预防和保护自己的生命财产安全至关重要。
本文将介绍雷电的形成原因、分类、特点以及安全防范措施。
一、形成原因雷电的形成是由于云层中存在大量的带正电和带负电的粒子,在云与地面之间形成电场。
当云层中正负电荷之间的电压差达到一定程度时,云与地面之间会发生放电现象,造成雷电。
二、分类雷电可以分为云地闪、云云闪和地云闪三种类型。
1. 云地闪:云与地面之间产生放电,这是最常见的类型。
云地闪的路径通常是从云底部开始,向地面延伸,同时伴有明亮的闪电和巨大的雷声。
2. 云云闪:云与云之间发生放电。
这种类型的雷电通常出现在大型雷暴云中,云与云之间的闪电远比云地闪弱。
3. 地云闪:地面与云之间产生放电。
通常情况下,这种类型的雷电较为罕见,但在特殊的天气条件下,如沙尘暴或火山喷发时,地云闪可能会发生。
三、特点1. 闪电:雷电中最为突出的特点就是闪电,它是由于电荷释放而产生的强光现象。
闪电通常伴随着巨大的雷声,而闪电的形态可以是直线、分叉状、弧形等各种形状。
2. 雷声:雷电产生时,由于电流通过致密的大气,会产生巨大的声响,称为雷声。
雷声的声音强烈而深沉,经常伴随着震耳欲聋的轰鸣声。
3. 电磁辐射:雷电释放的强大电磁辐射是雷电危险性的主要原因之一,它对人体的神经和心血管系统有一定的危害。
四、安全防范措施雷电是一种非常危险无法控制的自然现象,为了保护自身安全,人们应该采取以下防范措施:1. 避免户外活动:在雷电天气中,尽量避免在户外活动,特别是在露天空旷的场所。
如果无法避免必须外出,请选择高大的建筑物或车辆作为避雷对象。
2. 远离高大物体:雷电通常会选择最高最突出的物体进行放电。
在雷电天气中,要远离高大的建筑物、树木、电线杆等,以减少雷击的风险。
3. 就地躲避:如果被困在室外,远离高大物体,蹲下来,让身体尽量接触地面,将身体卷曲成一个球状,以减少雷击伤害。
第一节雷电的形成机理雷电是自然界中一种极为壮观的声、光、电现象,对人类的生产和生活有着巨大的影响。
那么,我们先从认识雷电谈起。
我国古籍中,有关雷电理论的记载十分丰富。
例如东周时《庄子》上记述:“阴阳分争故为电,阳阴交争故为雷,阴阳错行,天地大骇,于是有雷、有霆。
”这些学说与现代的雷电学说是如此相似,不过它比现代雷电学说要早2000多年。
在古籍中关于建筑工程中避雷的记载也十分丰富。
南北朝的孟奥《北征记》中有如下记述:“凌云台南角一百步,有白石室,名避雷室。
”又有盛弦之《荆州记》中记述:“湖阳县春秋蓼国,樊重之邑了,重母畏雷,为立石室,以避之,悉之文石为阶砌,至今犹存。
”书中谈及的白石、文石,据分析应该属于绝缘性能较好的石块。
至于宋、元、明、清代的建筑物多用“雷公柱”(宋代称枨杆)等措施以避雷。
在古籍中关于雷击事故的记述就更多了,例如在《续晋阳春秋》上记述:“太元五年,霹雳含殿四柱,杀内侍二人。
”《晋安帝记》上记述:“义熙三年六月,震太庙鸱尾,彻壁柱,若有文字。
”《晋中兴书征祥说》上记述:“元兴三年,永安王皇后至住巴防,将设威仪入宫,天大雷震,人马多死。
”《沈括•梦溪笔谈》上记述:“内侍李舜举家为暴所震,其堂之西屋雷火自窗间出,赫然出檐。
人以为堂屋已焚,皆出避之。
及雷止,其舍宛然,墙壁窗纸皆默。
有一木格,其中杂贮诸器,其漆器银铝者,银悉容流在地,漆器不燃灼。
有一宝刀,极坚刚,就刀室中容为汁。
而室亦俨然。
人必谓:当先焚草木,然后流金石,今乃金石皆烁而草木无一毁者,非人情所测。
《齐书•五行志》:“永元三年正月,豫章郡,天火烧三千余家。
”以上只是我国古籍关于雷电灾害中的点滴摘录,当然它与现代雷电理论和防雷技术相比还有差距,但是从历史观点来看,我们的祖先能够在那么早的年代里就创造出那样完整的雷电理论,并且在技术上得到应用,这是我们民族光辉灿烂文化历史的一页。
1.1 雷电的特征雷电现象是自然界中一种瞬间放电现象,同时伴随有雷声,具有高电流、高电压、变化快、放电时间短、辐射强等特征。
1.1.1 雷电具有很大的电流根据统计资料表明,每次雷击闪电电流大小和波形有很大差别,尤其是不同种类放电差别更大。
雷电流在流通过程中是变化的,其在几个微秒内达到最大值,约数十至数百千安,然后在几十微秒内衰减下去。
其大小与地理位置、地质条件、季节等因素都有关系。
一般平原地区比山地雷电流大,正闪电比负闪电能量大,第一闪击比随后闪击电流大。
1.1.2 雷电具有很高的电压闪电电荷量是指一次闪电中正电荷与负电荷中和的数量。
这个数量直接反映一次闪电放出的能量,也就是一次闪电的破坏力。
闪电电荷的多少是由雷云带电荷情况决定的,与地理条件和气象情况有关,也存在很大的随机性。
大量观测数据表明,一次闪电放电电荷可从零点几库仑到1000多库仑,这些电荷在微秒内瞬时放电,所以,云层对大地之间的将电压高达几百万到几千万伏。
1.1.3 雷电波的能量主要集中在低频范围从雷电波频谱结构可以获悉雷电波电压、电流的能量在各频段的分布,根据这些数据可以估算被保护系统在其频带范围内雷电冲击波的幅度和能量大小,进而确定防雷措施;另一方面,可以根据它的频谱特性来选择合适的传输线。
根据雷电的标准波形,由计算可知,从0~30MHz的电流峰值明显较大,并且峰值大致相同,30MHz以上的电流峰值明显下降,频率越高,电流峰值越低。
也就是说:雷电流主要分布在低频部分,随频率升高而递减。
在波尾相同时,波前越陡高次谐波越丰富;在波前相同的情况下,波尾越长,低频部分越丰富。
根据这些数据可以估算通信系统频带范围内雷电冲击的幅度和能量大小,进而确定雷电防护措施。
1.1.4 雷电活动规律雷电活动从季节来讲以夏季最活跃,冬季最少,从地区分布来讲是赤道附近最活跃,随纬度升高而减少,极地最少。
雷灾事故的历史资料统计和实验研究证明,雷击的地点以及遭受雷击的部位是有一定规律,同一区域容易遭受雷击的地点和部位有:土壤电阻率较小的地方,如有金属矿床的地区、河岸、地下水出口处、湖沼、低洼地区和地下水位高的地方;山坡与稻田接壤处;具有不同电阻率土壤的交界地段。
易遭受雷击的建(构)筑物:高耸突出的建筑物,如水塔、电视塔、高楼等;排出导电尘埃、废气热气柱的厂房、管道等;内部有大量金属设备的厂房;地下水位高或有金属矿床等地区的建(构)筑物;孤立、突出在旷野的建(构)筑物。
同一建(构)筑物易遭受雷击的部位:平屋面和坡度≤1/10的屋面,檐角、女儿墙和屋檐;坡屋度>1/10且<1/2的屋面;屋角、屋脊、檐角和屋檐;坡度>1/2的屋面、屋角、屋脊和檐角;建(构)筑物屋面突出部位,如烟囱、管道、广告牌等。
1.2 雷电的形成机理雷电是指一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层,或者是带电的云层对大地之间迅猛的放电。
这种迅猛的放电时产生强烈的闪电并伴随巨大的声音。
那么,雷电具体的形成过程又是怎样的呢?1.2.1 雷云的形成雷电的形成与带电的云层---雷云的存在分不开,有关雷云形成的假说很多,但至今尚未有一种被公认为无懈可击的完整学说,这里我们介绍其中被认为比较完善并经常被推荐的假说---威尔逊假说。
根据大量科学测试得知,地球本身是一个电容器,通常大约稳定的携带负电荷50万C左右,而地球上空存在一个带正电的电离层,这两者之间便形成一个充好电的电容器,它们之间的电压约为300KV左右,并且场强为上正下负。
当地面含水蒸气的空气受到炽热的地面烘烤受热上升,或者较温暖的潮湿空气与冷空气相遇而被垫高,都会产生向上的气流。
这些含水蒸气的气流在上升时温度逐渐下降,形成雨滴、冰雹,就称为水成物,这些水成物在地球静电场的作用下被极化,极化后负电荷在上,正电荷在下,它们在重力作用下落下的速度比云滴和冰晶(这二者称为云粒子)要大,因此极化水成物在下落过程中要与云粒子发生碰撞。
碰撞的结果是其中一部分云粒子被水成物所“捕获”,这样就增大了水成物的体积,另一部分未被“捕获”的被反弹回去。
而反弹回去的云粒子带走水成物前端的部分正电荷,使水成物带上负电荷。
由于水成物下降的速度快,而云粒子下降的速度慢,因此带正、负两种电荷的微粒逐渐分离(这叫重力分离作用)。
如果遇到上升气流,云粒子不断上升,分离的作用更加明显。
最后形成带正电的云粒子在云的上部,而带负电的水成物在云的下部,或者带负电的水成物以雨或雹的形式下降到地面。
当带电云层一经形成,就形成雷云空间电场,空间电场的方向和地面与电离层之间的电场方向是一致的,都是上正下负,因而加强了大气的电场强度,使大气中水成物的极化更厉害,在上升气流存在的情况下,更加剧重力分离作用,使雷云发展得更快。
看到上面的分析,好像雷云总是上层带正电荷,下层带负电荷。
实际上气流并不单是只有上下移动,而比这种运动更为复杂。
因此雷云电荷的分布也比上面讲的要复杂得多。
根据科学工作者的大量直接观测记录,可以确定,当大地遭受雷击时,多数是负电荷从雷云向大地放电,少数是雷云上的正电荷向大地放电;在一块雷云发生的多次雷击中,最后一次雷击往往是雷云上的正电荷向大地放电。
观测证明,发生正电荷向大地放电的雷击显得特别猛烈。
还有假说认为,降雨是驱使正负电荷分开的原因。
为了验证这一假说,美国一些科学家利用雷达来测试闪电之后降雨速度的变化情况。
按道理说,假如雨滴是逆电场力而降落,速度必然受阻,闪电之后,电场强度减弱,降雨速度就应自然加快。
然而,试验的结果是,闪电前后降雨的速度并没有什么变化。
这就意味着,降雨不是驱使正负电荷分开的原因。
另外,广州有位唐山樵先生对雷云的形成提出了如下的假说:雷电的出现是与气流、风速密切相关的,而且与地球磁场也有一定的联系。
雷雨云内部的不停运动和相互磨擦而使雷雨云产生大量的正、负电荷的小微粒,即所谓的摩擦生电。
这样,庞大的雷雨云就相当于一块带有大量正、负电荷的云块,而这些正、负电荷不断地产生,同时也在不断地的复合,当这些云块在水平方向向东或向西迅速移动时(最大风速可达40m/s),它与地球磁场磁力线产生切割,这就好像导体切割磁力线产生电流一样,云中的正、负电荷将产生定向移动,其移动的方向可按右手定则来判断。
若云块是由西向东移动,而地磁场磁力线则是由地球南极指向地球的北极,因此大量的正电荷向上移动,负电荷向下移动,这样云的下部将积聚越来越多的负电,而云的上部积聚大量的正电,当电场强度达到足够高(25~30KV/cm)时将引起雷云间的强烈放电,或是雷云中的内部放电,或是雷云对地放电,即雷电。
综上所述,雷电的成因仍为摩擦生电及云块切割磁力线,把不同电荷进一步分离。
由此可见,雷电的成因或者说主要能源来自于大气的运动,没有这些运动,是不会有雷电的。
这也说明了为什么雷电总伴随着狂风骤雨而出现。
1.2.2 电离层与地面间的电荷平衡上面说过,地球是一个表面带负电荷的球体,并且它所带的负电荷量长期稳定在5×105C水平,而在地球上空的电离层上则带有相等的正电荷,使电离层与地面之间的电压约300KV。
因而在电离层与地面之间存在一个电场,晴天时在地面附件的电场强度为120V/m,在电场的作用下产生电流,根据观测和计算表明,该放电电流强度为大约为1800A,如果长期如此,电离层与地面之间的电荷将很快放电完毕。
然而事实上,它们之间大致长期保持恒定的电量和电压,这主要由于雷暴的形成和雷击作用,把正电荷从大地送回到电离层,起到对电离的正电荷充电作用。
根据卫星观测资料及电学观测资料估计,在任何时刻,全球表面上连续发生着大约1000个雷暴,从而使电离层与大地之间的电场保持平衡。
1.2.3 尖端放电与雷击由物理学可知,通常物体内部的正电荷和负电荷是相等的,所以整体不显示带电现象,当某一物体所具有的正、负电荷不相等时,这个物体就显示带电的特性,当物体内部的正电荷多于负电荷,物体带正电,反之带负电。
由于电荷都有异性相吸、同性相斥的特性,所以带电物体中的同性电荷总是受到互相排斥的电场力作用。
以带尖锋的金属球为例,假如金属球带上负电(同理也可以解释带上正电),由于电荷同性相斥的作用,电子总是分布到金属球的最外层表面,并且有“逃离”金属球表面的趋势。
球尖锋部分的电子受到同性电荷往外排斥力最强,故最容易被排斥离开金属球,这就是通常说的“尖端放电”。
此外当带电物体周围的空气越潮湿或带有与带电体相反电荷的离子时,带电体也越易放电。
当天空中有雷云的时候,因雷云带有大量电荷,由于静电感应作用,雷云下方的地面和地面上的物体都带上与雷云相反的电荷。
雷云与其下方的地面就成为一个已充电的电容器,当雷云与地面之间的电压高到一定的时候,地面上突出的物体会放电,同时,天空带电的雷云在电场的作用下,少数带电的云粒(或水成物)也向地面靠拢,这些少数带电微粒的靠拢,叫做先驱注流,又叫电流先导。