雷电是怎样产生的?

雷电是怎样产生的?

电是发生在雷雨云中的电学现象,并且,也只有雷雨云才可能造成雷电.因此,雷雨云的存在就成了雷电发生的先决条件.在大多数情况下,雷雨云在产生雷电的同时,还伴随着降水,雷雨云在气象学里叫积雨云.只有发展成熟并伸展得很高的积雨云才有雷电现象出现.
在发展成熟的积雨云里,正电荷集中在云的上部,负电荷集中在云的中下部,但在云的底部,还有一个范围不大的带正电荷的区域,这里上升气流有局部的极大值.云中电荷的产生和分布,与雷雨云形成的客观过程以及云中所发生的微物理过程有关.
在雷雨云的不同部位,聚集了两种不同极性的电荷,当聚集的电荷达到一定的数量时,在云内不同部位之间或云与地面之间就形成了很强的电场.这电场的强度平均可以达到几千伏特／厘米,局部区域可以高达1万伏特／厘米.这么强的电场,足以把云内外的大气层击穿,于是,在云与地面之间,或者云的不同部位之间,以及不同云块之间激发出耀眼的闪光,这就是闪电.
人们经常看见的闪电形状是线状闪电或枝状闪电,它有耀眼的光线.整个闪电象横向或向下悬挂的枝叉纵横的树枝,又象地图上支流很多的河流.线状闪电多数是云对地的放电,它是对人类危害最大的一种闪电.
雷电是怎样产生的,避雷针又是怎样避雷的呢?
大气由于宇宙射线或其它电离现象的作用,会产生正负离子.正负离子能自由运动,这就使空气能导电.当大气各处电位不同时,负离子向正电区运动,正离子向负电区运动,进行正负电荷中和,达到电的平衡.
但是,在云层里,情况就不太一样.云是由许多微小的水滴组成的,离子吸附在水滴上,成为球电荷.由于水滴的质量大,行动笨拙；即使是直径只有几个微米的水滴,也是气体离子的一个沉重包袱.所以云里的电荷移动缓慢,不易达到电平衡.在大气电场影响下,正负电荷在云的上下层分别积累.常常是正电荷聚集在云的上层,负电荷聚集在云的下层.
当带电的云离地面较近时,云和地形成一个巨大的电容器.云和地各是电容器的一个极,云和地之间的大气就是电介质.雷雨时,两极之间的电压差别很大,能达每米几万伏.
当电场强度超过空气的介电强度时,就会把空气击穿,进行放电.放电时,带电粒子撞击空气分子,使空气分子电离.在云和地之间形成一条由电子、离子组成的电的通路.云中的电荷就沿着这条通路入地,这就是我们看到的发自云中而窜入地下的闪电.由于瞬时电流可达几万甚至几十万安培,闪电周围空气的温度达几万度,由于气体的受热,附近气压突然升高到几十以至几百个大气压,巨大的气压向四周爆发时,发出吓人的响声,像爆炸一样,这就是雷鸣.
被闪电击中的地方,瞬时能量极大,会使所触及的树木房舍炸裂起火,就像命中一枚炸弹一般.
捷径人人爱走,电也是这样,要走电阻最小的通路.避雷针就是竖立在建筑物最高处的一根与地相通的金属杆.杆的上端是尖的,尖端容易放电,形成电阻小的通路.云中的电荷可经避雷针入地,建筑物即可免受雷击.
这种避雷方法是富兰克林发明的,所以叫富兰克林避雷针.这种避雷针的保护范围有似一把没有撑足的伞,它的保护半径只有避雷针安装高度的1-1.5倍.因此,当建筑物很大时,就要在上面装许多支避雷针.特别是平顶的大建筑群,避雷针排列成行,宛如针林一般.
如何提高避雷针的效能,早在1914年,匈牙利物理学家爱尔·齐拉特已发现利用放射性物质能使空气电离的原理可以增强避雷效能.近年来随着同位素技术应用日益普及,许多先进国家,研制出了放射性同位素避雷针.
在欧州雷电最频繁的意大利和西班牙半岛上,许多易受雷电影响的建筑,如无线电发射台、变电站、燃料油或天然气贮存库、军工厂、核工厂都装置了这种新型的避雷针.对一些有保存价值的古代遗迹,如雅典的卫城、西班牙的参坦达纪念碑,也采用了这种新型的避雷针.
我国广州的石油化工厂、南京的栖霞山化工厂、四川的维尼伦厂等也采用了放射性同位素避雷针.北京的长城饭店也已采用.