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闪电?

一次闪电的能量?

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2006-06-29

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     地球每一秒钟都会遭受100次闪电的袭击,一次闪电可以让100瓦的灯泡亮3个月。 1。闪电的形成及基本性质:闪电是围绕地球的大气中积蓄的正负电荷,破坏大气绝缘进行中和时的一种放电现象。
  闪电一般都发生在多雨季节,相对集中在春末到秋初的一段时间里。闪电通常是由一种特殊的云团产生的,一般称作雷(暴)云,从其下面向上看,像是一团低沉、灰暗的乱云;从远处看,又像一捆高大的、近似圆柱形的旧棉花。
    其高度有时可以从低空达到20km以上,这种云团从远处看似很平静,但其内部却翻腾不停,存在着很强的上升气流,其上升速度可达到30m/s以上(相当于108km/h的风速)。
  雷电多发生在夏季的午后,其原因是地表气温高、湿度也较高,底层空气受热密度降低形成上升气流,与高空的低温干燥空气相对运动,就形成了雷暴云团。  这股强劲的上升气流带着下层的湿空气急剧上升,随着高度的增加气流的压强和温度逐渐降低,气流中的水蒸气凝结成水滴。
  进一步上升水滴形成了霰(小冰粒、小粒冰雹)和冰晶(小冰片)。在这个过程中由于水蒸气由气相转为液相、进而又转为固相,使上升气流的湿度大幅度降低( 与电冰箱冷冻室的状态有些相似)。  常识告诉我们,在低温干燥的环境下,稍有摩擦就很容易产生静电。
  霰和冰晶在形成后随上升气流继续上升并与干冷的空气摩擦产生静电,轻而薄的冰晶带正电荷,继续上升;凝结时因排出潜热而温度较高较重的霰带负电荷,上升速度减缓。在云团内的电荷分布状态是:上层带正电荷,大约在8km以上区域(-33℃以上区域);下层带负电荷,在3~8km之间(0~-33℃区域);另外,在云团底部还有一些带正电荷的小群云团,与大地上极性相反的电荷遥相呼应。
    当这些电荷达到雷击电势时,其间的空气电阻就被击穿,形成一个低电阻带。强大的电流在瞬间流过被击穿的低电阻带,形成了一次空地间放电——闪电,并伴有放电时的强烈声响——雷声。
  这就是一次典型的雷击过程,很多书上称之为“直接雷击”(直击雷)。在雷暴云团内部或云团间也经常发生放电现象,如果发生在距地面较近或距直接雷击点较近的地区,由于云团中电荷引力的作用,也会形成局部高电势并引发放电,称为“感应雷击”(感应雷)。
    其发生概率高于直击雷,但其破坏力一般小于直击雷。   还有一种特殊的“球状雷击”(球雷、滚雷),是由两块很小的云团或称之为两股带异性电荷的气流,由于电荷引力相伴着在低空漂浮,因为距离很近,当某一点的空气电阻被击穿时,就在这一点形成了一个球形的闪电。
  因为击穿的低电阻带已经形成,两股气流的电荷就持续地在这一击穿点上放电。  这种球状雷放电可以持续较长的时间,甚至能达到几秒钟,它随着地面形状在低空滚动呈漂浮状态,而且无孔不入。
  已有过球状雷由门窗缝隙进屋伤人的报道,球状雷的发生概率很低,但很危险;对于钢筋水泥框架结构的建筑物,有时还会发生“侧击雷”,也具有一定危险性。   还有一种情况,因为没有恰当的译名,各种专著中也较少提到,我们暂且直译称之为“地冲击”。
    当空中有带电云团,而大地上存在着极性相反的电荷时,我们站在地面,就像站在一个巨大电容器的一个极板上,而电容器的两个极板(云团、地面)都是带电的,电荷均匀地分布在两个极板的表面上。
  当发生闪电、也就是电容器放电时,电流集中流过击穿的低电阻带。同时,电流也从极板的各个部分迅速流向放电点。  即不仅在击穿的低电阻带有放电电流,而且还有由周围地区流向击穿点的电流,这个电流就是“地冲击”。
  地冲击造成的损害与高压电力线对地短路时造成的“跨步电压”有些相似,也能对设备造成相当严重的破坏、甚至伤害设备操作人员。地冲击也经常伴随着直击雷或感应雷发生。   2。  闪电的几项物理参数:一次闪电的冲击电流,一般是5K~50kA(最高曾有过300kA的记录);一次闪电的持续时间,大约是5~10μs;在闪电的路径上,按直线距离计,每米的雷击电压大约是3000kV(也有研究报告说该电压可高达100000Kv);一次闪电的路径长度最大可达16kM。
    而一个16kM长的闪电,两端电压高达48 000 000KV。假如这次闪电持续了10μs,若能将其所释放的能量储存并变换为市电的话,足够一户普通居民家庭使用一个月有余。
     3。雷电的危害:根据统计资料,地球上每秒钟大约发生100次闪电和雷击,即每天有800余万次闪电释放着巨大的能量。  前纽约世贸大厦每年约有23次直接雷击;上海浦东电视塔每年约受到20次直接雷击;北京和天津电视塔每年平均要遭受10次雷击,如果没有特别良好的避雷措施,其后果是不可想象的。
   。

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