雷電及霄擊的形成

l，雷擊

通常所謂雷擊是指一部分帶電的云層與另一部分帶異種電荷的云層，或者是帶電的云層對(duì)大地之間迅猛放電。這種迅猛的放電過(guò)程產(chǎn)生強(qiáng)烈的閃電井伴隨巨大的聲音。當(dāng)然，云層之間的放電主要對(duì)飛行罪有危害，對(duì)地面上的建筑物和人、畜沒(méi)有很大影響。然而，云層對(duì)大地的放電，則對(duì)建筑物、電氣電子設(shè)備和人、畜危害甚大，這是防雷界要研究的主要對(duì)象。

由于云層相互摩擦、碰撞而使不同的云層帶不同的電，當(dāng)電壓達(dá)到可以穿過(guò)空氣的程度以后，臨近的兩片云層會(huì)發(fā)生放電現(xiàn)象，產(chǎn)生電花和巨大的響聲。肉眼看到的一次閃電的過(guò)程是很復(fù)雜的，當(dāng)雷雨云移到某處時(shí)，云的巾下部是強(qiáng)大負(fù)電荷中心，云底部變成正電荷中心，在云底與地面問(wèn)形成強(qiáng)大電場(chǎng)。在電荷越積越多，電場(chǎng)越來(lái)越強(qiáng)的情況下，云底首先㈩現(xiàn)大氣被強(qiáng)烈電離的一段氣柱，稱為梯級(jí)先導(dǎo)。這種電離氣柱逐級(jí)向地面延伸，每級(jí)梯級(jí)先導(dǎo)是直徑約5m、K 50m、電流約100A的暗淡光柱，它以平均約150 000m／s的高速度一級(jí)一級(jí)地伸向地面，在寓地面5—50m時(shí)，地面便突然向上回?fù)簦負(fù)舻耐ǖ朗巧鲜鎏菁?jí)先導(dǎo)開辟出的電離通道。回?fù)粢?0 000km／s的更高速度從地面馳向云底，發(fā)出光亮無(wú)比的光柱，歷時(shí)40／zs，通過(guò)電流超過(guò)10 000A，這即第一次閃擊。相隔幾秒之后，從云中一根暗淡光柱攜帶巨大電流，沿第一次閃擊的路徑飛馳向地面，稱為直竄先導(dǎo)，當(dāng)它離地面5—50m時(shí)，地面再向上回?fù)簦傩纬晒饬翢o(wú)比的光柱，這即第二次閃擊。接著又類似第二次那樣產(chǎn)生第三、四次閃擊。通常由3—4次閃擊構(gòu)成一次閃電過(guò)程。一次閃電過(guò)程歷時(shí)約o．25s，在此短時(shí)間內(nèi)，窄狹的閃電通道上要釋放巨大的電能，因而形成強(qiáng)烈的爆炸，產(chǎn)十沖擊波，然后形成聲波向四周傳開，這就是雷聲。

2．雷云形成的假說(shuō)

雷電形成的三個(gè)條件；空氣中必須有足夠的水汽；有使潮濕水汽強(qiáng)烈持久上升的氣流；有使潮濕空氣上升凝結(jié)成水珠或冰晶的氣象、地理?xiàng)l件。不管是直擊雷還是感應(yīng)雷都與帶電的云層分不開，帶電的云層稱為雷云。有關(guān)雷云形成的假說(shuō)很多，但至今尚未有一種被公認(rèn)為無(wú)懈可擊的完整學(xué)說(shuō)，這里僅介紹其中被認(rèn)為比較完善并經(jīng)常被推薦的假說(shuō)。

(1)電場(chǎng)極化假說(shuō)。根據(jù)大量科學(xué)測(cè)試可知，地球本身就是一個(gè)電容器，通常大地穩(wěn)態(tài)時(shí)帶負(fù)電荷500 000C左石，距離地面80km以上的電離層具有一定的導(dǎo)電能力，而且是帶正電荷的，而大地是帶負(fù)電荷的，故形成比較穩(wěn)定的大氣電場(chǎng)。因此，電離層和大地這兩個(gè)帶電導(dǎo)體中間被不導(dǎo)電的大氣所絕緣，這兩者之間便形成一個(gè)已充電的電容器，它們之間的電壓為300kV左右，其場(chǎng)強(qiáng)為上正下負(fù)，使處于其中的任何導(dǎo)體上端帶負(fù)電荷，下端帶正電荷(云層也是如此)，即發(fā)生極化。此外，近地大氣中還常有…·定量的離子，其中正離子較重(約為電子的2000倍)，活動(dòng)不大，而負(fù)離子則活動(dòng)性較大，在大氣電場(chǎng)的作用下，負(fù)離子向上運(yùn)動(dòng)，正離子向下運(yùn)動(dòng)，形成上負(fù)下正離子層；另外，空氣中水滴分裂后形成上負(fù)下正的帶電云層，進(jìn)—·步被大氣電場(chǎng)極化，這些云層電荷量逐漸積累增多，達(dá)到了足夠的能量時(shí)，便產(chǎn)生閃電現(xiàn)象，形成雷電。

防雷廠家提示您：當(dāng)含水蒸氣的空氣受到熾熱的地面烘烤而上升，或者較溫暖的潮濕空氣與冷空氣相遇時(shí)都會(huì)產(chǎn)生向上的氣流。這些含水蒸氣的氣流上升時(shí)溫度逐漸下降形成雨滴、冰雹(稱為水成物)，這些水成物在地球靜電場(chǎng)的作用下被極化，如圖l—4所示，負(fù)電荷在上，正電荷在下，它們?cè)谥亓ψ饔孟侣湎碌乃俣缺仍频魏捅?這二者稱為云粒子)要大，因此極化水成物在下落過(guò)程中要與云粒子發(fā)生碰撞。碰撞的結(jié)果是其十一部分云粒子被水成物所捕獲，增大了水成物的體積，另一部分未被捕獲的被反彈回去。而反彈回去的云粒子帶走水成物前端的部分正電荷，使水成物帶上負(fù)電荷。由于水成物下降的速度快，而云粒子下降的速度慢，因此帶正、負(fù)兩種電荷的微粒逐漸分離(稱為重力分離作用)，如果遇到上升氣流，云粒子不斷上升，分離的作用更加明顯。最后形成帶正電的云粒子在云的上部，而帶負(fù)電的水成物在云的下部，或者帶負(fù)電的水成物以雨或雹的形式下降到地面。當(dāng)帶電云層一經(jīng)形成，就形成雷云空間電場(chǎng)，空間電場(chǎng)的方向和地面與電離層之間的電場(chǎng)方向是一致的，都是上正下負(fù)，因而加強(qiáng)了大氣電場(chǎng)的強(qiáng)度，使大氣中水成物的極化更厲害，在上升氣流存在的情況下更加劇重力分離作用，使雷云發(fā)展得更快。

在上面的分析中，好像雷云總是上層帶正電荷，下層帶負(fù)電荷。實(shí)際上氣流并不單是只有上下移動(dòng)，而是比這種運(yùn)動(dòng)更為復(fù)雜，因此雷云電荷的分布也比上面講的要復(fù)雜得多。

根據(jù)科學(xué)工作者大量直接觀測(cè)的結(jié)果，典型的雷云中的電荷分布大體如圖l—5所示。

科學(xué)：l：作者的測(cè)試結(jié)果表明，大地被雷擊時(shí)，多數(shù)是負(fù)電荷從雷云向大地放電，防雷廠家提示您：少數(shù)是雷云上的正電荷向大地放電；在一塊雷云發(fā)性的多次雷擊中，最后一次雷擊往往是雷云上的正電荷向大地放電。觀測(cè)證明，發(fā)生正電荷向大地放電的雷擊顯得特別猛烈。L面的假說(shuō)首先是山威爾遜(Wilson：提出的，通常把它叫作咸爾遜假說(shuō)。

(2)溫差起電假說(shuō)。科學(xué)實(shí)驗(yàn)已證明，在冰中有一小部分的分子處于電離狀態(tài)，形成較輕的II和較重的羥基(OH—)離子，并且其濃度隨溫度的爿高而很快增加，溫度較，日的部位離子濃度較大，溫度較低的部位離子濃度較低；H的擴(kuò)散系數(shù)和遷移豐比OH要大lo倍以上。

因此當(dāng)冰中有溫度梯度時(shí)就會(huì)出現(xiàn)離子濃度梯度，如圖1—6(9)所i；。

由于溫度熱端起初具有較高的正、負(fù)離子，而后沿此濃度梯度，H—擴(kuò)散得快，導(dǎo)致正、負(fù)離子分離，使冷端獲得靜正電荷電量，而熱的一端獲得靜的負(fù)電荷，冰體巾電荷生成的電場(chǎng)

出自：防雷廠家