|    首页    |    投稿    |       |    供求    |    收藏本站        欢迎  |  注销
兴农App

气象科普-防灾减灾系列之雷电:雷电

原标题:雷电
2020年07月29日 17:52  好搜百科   3    收藏
雷电是伴有闪电和雷鸣的一种放电现象。雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中,因此常伴有强烈的阵风和暴雨,有时还伴有冰雹和龙卷风。积雨云顶部一般较高,可达20公里,云的上部常有冰晶。冰晶的凇附,水滴的破碎以及空气对流等过程,使云中产生电荷。云中电荷的分布较复杂,但总体而言,云的上部以正电荷为主,下部以负电荷为主。因此,云的上、下部之间形成一个电位差。当电位差达到一定程度后,就会产生放电,这就是我们常见的闪电现象。
基本介绍
暴风云通常产生电荷,底层为阴电,顶层为阳电,而且还在地面产生阳电荷,如影随形地跟着云移动。阳电荷和阴电荷彼此相吸,但空气却不是良好的传导体。阳电奔向树木、山丘、高大建筑物的顶端甚至人体之上,企图和带有阴电的云层相遇;阴电荷枝状的触角则向下伸展,越向下伸越接近地面。最后阴阳电荷终于克服空气的阻障而连接上。巨大的电流沿着一条传导气道从地面直向云涌去,产生出一道明亮夺目的闪光。一道闪电的长度可能只有数百千米,但最长可达数千米。 闪电的温度,从摄氏一万七千度至二万八千度不等,也就是等于太阳表面温度的3~5倍。闪电的极度高热使沿途空气剧烈膨胀。空气移动迅速,因此形成波浪并发出声音。闪电距离近,听到的就是尖锐的爆裂声;如果距离远,听到的则是隆隆声。你在看见闪电之后可以开动秒表,听到雷声后即把它按停,然后以3来除所得的秒数,即可大致知道闪电离你有几千米。
积雨云顶部一般较高,可达20公里,云的上部常有冰晶。冰晶的凇附,水滴的破碎以及空气对流等过程,使云中产生电荷。云中电荷的分布较复杂,但总体而言,云的上部以正电荷为主,下部以负电荷为主。因此,云的上、下部之间形成一个电位差。当电位差达到一定程度后,就会产生放电,这就是我们常见的闪电现象。闪电的的平均电流是3万安培,最大电流可达30万安培。闪电的电压很高,约为1亿至10亿伏特。一个中等强度雷暴的功率可达一千万瓦,相当于一座小型核电站的输出功率。放电过程中,由于闪道中温度骤增,使空气体积急剧膨胀,从而产生冲击波,导致强烈的雷鸣。带有电荷的雷云与地面的突起物接近时,它们之间就发生激烈的放电。在雷电放电地点会出现强烈的闪光和爆炸的轰鸣声。这就是人们见到和听到的闪电雷鸣。
产生条件
在我们的地球表面,覆盖着一层厚厚的大气,地球大气在太阳光的照射下,形成大气对流运动现象,其中有一部分大气含有大量的水蒸气,形成水气云团。作高速对流运动的水气云团,作切割地球地磁场运动,水气云团从而受到地球磁场的作用,在水气云团的两端形成巨大的带正、负电荷水气云团积电层,巨大的带正、负电荷水气云团积电层,受大气对流的冲击,异种水气云团积电层在空中相遇,从而产生巨大的电荷放电现象,形成一种伴有闪电和雷鸣的雄伟壮观而又有点令人生畏的自然现象:雷电。雷电一般产生于旺盛的雨季,伴有强烈的剧风和暴雨,有时还伴有冰雹和龙卷风。
雷电产生的自然条件是:热带大气云团,向东、或向西作高速运动,才能产生雷电现象。作高速运动的寒带大气云团,不可能产生雷电;向南、或北作高速运动的大气云团,也不可能产生雷电。
雷电产生的物理条件是:
1、产生雷电的大气层是一个以水为溶剂与其它溶于水的微量物质为溶质组成的水溶液与气溶胶的混合体的水气云团,以及包围水气云团的绝缘空气组成。
在水气云团中的水溶液与气溶胶的混合体内,存在着微量的酸、碱、盐等物质,这些酸、碱、盐等物质在水气中产生可以自由移动的正、负离子,这些正、负离子为雷电的产生提供了大量的电荷源。
2、水气云团在巨大的空气气流的推动下,需作切割地球磁场运动,从而水气云团中的大量的游离正、负离子则在地球磁场的作用下,向水气云团的两端聚集,形成巨大电荷体。
水气云团在巨大的空气气流的推动下,可能向上、向下、向东、向西、向北、向南等方向运动,只有当水气云团有向上、向下、向东、向西作高速运动时,高速运动的水气云团才作切割地球磁场的运动,水气云团中的大量的游离正、负离子则在地球磁场的作用下,向水气云团的两端聚集,当巨大的水气云团在高速切割地球磁场运动后,水气云团的两端就形成两个巨大的带电体,只要水气云团周围的绝缘空气足够厚、空气气流方向不变、气流速度不减,这个带巨大正、负电荷的水气云团就始终保持着。
3、在带巨大正、负电荷体的水气云团周围,产生一个巨大的静电场及电场引力;异种大气云团电荷体在电场力及大气对流的作用下相遇而产生放电现象,形成雷电。
a、当水分子从海洋、湖泊、河流、植被蒸发时,水蒸气分子的动能或温度比它逃逸出的水体低,于是水蒸气分子从水体中夺得了电子。部分带负电荷的水蒸气分子会被氧分子夺取电子,形成当地的负氧离子。其余水蒸气分子在高空凝结成云,无数个微小水滴携带了-q1的负电荷,地面获得了+q1的正电荷。
b、云体内出现了旋转体,它是人类发明起电机几十亿年前就被大自然创造出来的天然起电机;因为静电荷总是存在于物体的表面,和单一体积的水体相比,云体内无数个微小的冰晶、冰粒、水滴的总表面积剧增,具有巨大的电容、储存很多静电荷。热水蒸气沿旋转体内壁盘旋而上,与旋转体壁外的冷气体、水滴、冰晶接触,被夺去电子,失去电子的热水蒸汽上升到云体高处,其正电荷抵消了当地的负电荷,该处的水滴、冰晶、冰粒携带了正电荷+q2;旋转体外俘获了电子的冰晶、水滴下降到低处,携带了云体低处的负电荷-q2+-q1或-(q1+q2)。于是形成了地面带正电,云低处带负电,云高处带正电的布局。
c、雷电的发生:在下大雨之前,微小水滴、冰晶、冰粒会相互凝聚合并成大水滴,大水滴的表面积缩小、电容量减少,根据电容器的电压、电量与电容量的关系v=q/c,云体高处与低处的电位差将极度增加,当电位差达到击穿电压之后,闪电发生了。所以随之出现降雨的雨滴会很大。
d、没有雷电的云体以及降水:在海上刚刚形成不久的云体来不及产生旋转体或只产生了微量的旋转体,所以它们没有雷电,同理包括台风在内的热带气旋也没有雷电。因为冷暖空气碰撞或对流产生的连绵春雨、秋雨(毛毛雨)、冬季降雪缺失起电的条件以及电位差增加的条件,极少有雷电。
e、云体切割地球磁场起电假说存在这样的问题:
1、根据右手定则:向西移动的云体上面出现正电、下面是负电,而向东移动上面是负电、下面是正电,这与云体无论是向东或西移动,其高处都带正电、低处带负电,而地面带正电的布局不符。
2、早春、深秋、冬季云体也都切割磁力线,却极少出现雷电,这证明在磁场强度十分微弱的条件下,云体的运动速度不能克服引力使正负离子分离,很难产生足够的电势或电位差。
3、金星的一天相当于地球的234日,其自传速度和磁场都远小于地球,而它的雷电却非常强烈,所以金星云体是起电机起电而非磁场切割。
4、无法解释水体、植被附近负氧离子浓度很高的原因。
有关a~d请链接“强对流天气”、“气体动力学” 中国 王一况编辑的内容。
在带巨大正、负电荷体的水气云团周围,将产生一个巨大的静电场,根据静电感应原理,原带电云团与其它水气云团或最近地面物体离正或负电荷体最近的一侧被电感应带上巨大的异种电荷。巨大的正、负电荷体之间产生巨大的电场引力,巨大电场引力使带电云团与云团或物体快速接近,当带电云团与其它云团或与地面物体的距离达到绝缘空气的击穿电压时,就发生尖端放电现象。
类型形式
开叉的普通闪电称为枝状闪电。枝状闪电的通道如被风吹向两边,以致看来有几条平行的闪电时,则称为带状闪电。闪电的两枝如果看来同时到达地面,则称为叉状闪电。
闪电在云中阴阳电荷之间闪烁,而使全地区的天空一片光亮时,那便称为片状闪电。
未达到地面的闪电,也就是同一云层之中或两个云层之间的闪电,称为云间闪电。有时候这种横行的闪电会行走一段距离,在风暴的许多公里外降落地面,这就叫做“晴天霹雳”。
闪电的电力作用有时会在又高又尖的物体周围形成一道光环似的红光。通常在暴风雨中的海上,船只的桅杆周围可以看见一道火红的光,人们便借用海员守护神的名字,把这种闪电称为“圣艾尔摩之火”。
超级闪电指的是那些威力比普通闪电大100多倍的稀有闪电。普通闪电产生的电力约为10亿瓦特,而超级闪电产生的电力则至少有1000亿瓦特,甚至可能达到万亿至100000亿瓦特。纽芬兰的钟岛在1978年显然曾受到一次超级闪电的袭击,连13公里以外的房屋也被震得格格响,整个乡村的门窗都喷出蓝色火焰。
袭击时间
就在你阅读这篇文章的时候,世界各地大约正有1800个雷电交作在进行中。它们每秒钟约发出600次闪电,其中有100次袭击地球。
乌干达首都坎帕拉和印尼的爪哇岛,是最易受到闪电袭击的地方。据统计,爪哇岛有一年竟有300天发生闪电。而历史上最猛烈的闪电,则是1975年袭击津巴布韦乡村乌姆塔里附近一幢小屋的那一次,当时死了21个人。
频率特性
在任何给定时刻,世界上都有1800场雷雨正在发生,每秒大约有100次雷击。在美国,雷电每年会造成大约150人死亡和250人受伤。全世界每年有4000多人惨遭雷击。在雷电发生频率呈现平均水平的平坦地形上,每座300英尺高的建筑物平均每年会被击中一次。每座1200英尺的建筑物,比如广播或者电视塔,每年会被击中20次,每次雷击通常会产生6亿伏的高压。
每个从云层到地面的闪电实际上包含了在60毫秒间隔内发生的3到5次独立的雷击,第一次雷击的峰值电流大约为2万安培,后续雷击的峰值电流减半。最后一次雷击之后,可能会有大约150安培的连续电流,持续时间达100毫秒。
经测量,这些雷击的上升时间大约为200纳秒或者更快。通过2万安培和200纳秒,不难计算得到dI/dt的值是每秒10^11安培。
危害
闪电的受害者有2/3以上是在户外受到袭击。他们每3个人中有两个幸存。在闪电击死的人中,85%是男性,年龄大都在10岁至35岁之间。死者以在树下避雷雨的最多。
苏利文也许是遭闪电袭击的冠军。他是退休的森林管理员,曾被闪电击中7次。闪电曾经烫焦他的眉毛,烧着他的头发,灼伤他的肩膀,扯走他的鞋子,甚至把他抛到汽车外面。他轻描淡写地说:“闪电总是有办法找到我。”
雷电对人体的伤害,有电流的直接作用和超压或动力作用,以及高温作用。当人遭受雷电击的一瞬间,电流迅速通过人体,重者可导致心跳、呼吸停止,脑组织缺氧而死亡。另外,雷击时产生的是火花,也会造成不同程度的皮肤烧灼伤。雷电击伤,亦可使人体出现树枝状雷击纹,表皮剥脱,皮内出血,也能造成耳鼓膜或内脏破裂等。
功与过
任何事物都是一分为二的。大气中雷电的发生,有它带来灾害的一面,也有它功绩的一面。对它的灾害面人们了解较多,而对它的功绩可能鲜为人知。那么,它的主要功绩有哪些呢?
第一,雷电很重要的功绩是制造化肥。雷电过程离不了闪电,闪电的温度是极高的,一般在三万度以上,是太阳表面温度的五倍!闪电还造成高电压。在高温高电压条件下,空气分子会发生电离,等它们重新结合时,其中的氮和氧就会化合为亚硝酸盐和硝酸盐分子,并溶解在雨水中降落地面,成为天然氮肥。据测算,全球每年仅因雷电落到地面的氮肥就有四亿吨。如果这些氮肥全部落到陆地上,等于每亩地面施了约二公斤氮素,相当于十公斤硫酸铵!
第二,雷电还能促进生物生长。雷电在发生时,地面和天空间电场强度可达到每厘米万伏以上。受这样强大的电位差的影响,植物的光合作用和呼吸作用增强,因此,雷雨后一至二天内植物生长和新陈代谢特别旺盛。有人用闪电刺激作物,发现豌豆提早分枝,而且分枝数目增多,开花期也早了半个月;玉米抽穗提早了七天;而白菜增产了百分之十五至百分之二十。不仅如此,如果作物生长期能遇上五至六场雷雨,其成熟期也将提前一星期左右。
第三,雷电能制造负氧离子。负氧离子又称空气维生素,可以起到消毒杀菌、净化空气的作用。在雷雨后,空气中高浓度的负氧离子,使得空气格外清新,人们感觉心旷神怡。
第四,雷电还有巨大的能量。地球上平均每秒有一百次闪电,一次闪电约释放八千瓦小时的电能,因此,每年全世界的雷电约放出二百五十亿千瓦小时的能量。遗憾的是,人类目前还无法对它加以利用。
相关知识
雷电次数——当雷暴进行时,隆隆的雷声持续不断,若其间雷声的时间间隔小于15分钟时,不论雷声断续传播的时间有多长,均算作是一次雷暴;若其间雷声的停息时间在15分钟以上时,就把前后分作是两次雷暴。
雷电小时——就是说在该天文小时内发生过雷暴,更通俗些说是在这个时间里曾听到过雷声而不论雷暴持续时间的长短如何。某一地区的"年雷电小时数"也就是说该地区一年中有多少个天文小时发生过雷暴,而不管在某一小时内雷暴是足足继续了一小时之久,还是只延续了数分钟。
雷暴日数——也叫做雷电日数。这是我们所最熟悉的。只要在这一天内曾经发生过雷暴,听到过雷声,而不论雷暴延续了多长时间,都算作一个雷电日。"年雷电日数"等于全年雷电日数的总和。
雷暴月数——也叫做雷电月数,即指在这一个月内曾发生过雷暴。"年雷暴月数"也就是指一年中有多少个月发生过雷暴。
扫描二维码以在移动设备观看
读完这篇文章后,您心情如何?

新疆兴农网 微信公众平台
兴农网 Android/iOS
新疆国家农村信息化示范省工程 主办:新疆维吾尔自治区人民政府 承办:新疆气象局

新ICP备14002633号-2

新公网安备 65010202000026号

地址:乌鲁木齐市建国路327号 电话:0991-2630133 传真:0991-2630253 信箱:xjxnw@163.com
Copyright ©www.xjxnw.com All Rights Reserved 新疆兴农网 版权所有 掌新软件 技术支持