關(guān)于雷電的基礎(chǔ)知識(shí)有哪些
關(guān)于雷電的基礎(chǔ)知識(shí)有哪些
雷電是伴有閃電和雷鳴的一種雄偉壯觀而又有點(diǎn)令人生畏的放電現(xiàn)象，我們對(duì)雷電的了解還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。下面是小編帶來(lái)的關(guān)于雷電的基礎(chǔ)知識(shí)的內(nèi)容，歡迎大家閱讀!
雷電的基本知識(shí)
大氣中的水蒸氣是雷云形成的內(nèi)因;雷云的形成也與自然界的地形以及氣象條件有關(guān)。根據(jù)不同的地形及氣象條件，雷電一般可分為熱雷電、鋒雷電(熱鋒雷電與冷鋒雷電)、地形雷電3大類。
1、熱雷電是夏天經(jīng)常在午后發(fā)生的一種雷電，經(jīng)常伴有暴雨或冰雹。熱雷電形成很快、持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)，1～2小時(shí);雷區(qū)長(zhǎng)度不超過(guò)200～300km，寬度不超過(guò)幾十千米。熱雷電形成必須具備以下條件。
(1)空氣非常潮濕，空氣中的水蒸氣已近飽和，這是形成熱雷電的必要因素。
(2)晴朗的夏天、烈日當(dāng)頭，地面受到持久暴曬，靠近地面的潮濕空氣的溫度迅速提高，人們感到悶熱，這是形成熱雷電的必要條件。
(3)無(wú)風(fēng)或小風(fēng)，造成空氣濕度和溫度不均勻。無(wú)風(fēng)或小風(fēng)的原因可能是這里氣流變化不大，也可能是地形的緣故(如山中盆地)。
上述條件逐漸形成云層，同時(shí)云層因極化而形成雷云。出現(xiàn)上述條件的地點(diǎn)多在內(nèi)陸地帶，尤其是山谷、盆地。
2、強(qiáng)大的冷氣流或暖氣流同時(shí)侵入某處，冷暖空氣接觸的鋒面或附近可產(chǎn)生冷鋒雷電。
(1)冷鋒雷(或叫寒潮雷)的形成是強(qiáng)大的冷氣流由北向南入侵時(shí)，因冷空氣較重，所以冷氣流就像一個(gè)楔子插到原來(lái)較暖而潮濕的空氣下面，迫使暖空上升，熱而潮的空氣上升到一定高度，水蒸氣達(dá)到飽和，逐漸形成雷云。冷鋒雷是雷電中最強(qiáng)烈的一種，通常都伴隨著暴雨，危害很大。這種雷雨一般沿鋒面幾百千米長(zhǎng)、20～60km寬的帶形地區(qū)發(fā)展，鋒面移動(dòng)速度每小時(shí)50～60km，最高可達(dá)每小時(shí)100km。
(2)暖鋒雷(或叫熱潮雷)的形成是當(dāng)暖氣流移動(dòng)到冷空氣地區(qū)，逐漸爬到冷空氣上面所引起的。它的發(fā)生一般比冷鋒雷緩和，很少發(fā)生強(qiáng)烈的雷雨。
3、地形雷電一般出現(xiàn)在地形空曠地區(qū)，它的規(guī)模較小，但比較頻繁。
雷電的現(xiàn)象介紹
雷電是伴有閃電和雷鳴的一種雄偉壯觀而又有點(diǎn)令人生畏的放電現(xiàn)象。雷電一般產(chǎn)生于對(duì)流發(fā)展旺盛的積雨云中，因此常伴有強(qiáng)烈的陣風(fēng)和暴雨，有時(shí)還伴有冰雹和龍卷風(fēng)。積雨云頂部一般較高，可達(dá)20公里，云的上部常有冰晶。冰晶的凇附，水滴的破碎以及空氣對(duì)流等過(guò)程，使云中產(chǎn)生電荷。云中電荷的分布較復(fù)雜，但總體而言，云的上部以正電荷為主，下部以負(fù)電荷為主。因此，云的上、下部之間形成一個(gè)電位差。當(dāng)電位差達(dá)到一定程度后，就會(huì)產(chǎn)生放電，這就是我們常見(jiàn)的閃電現(xiàn)象。閃電的的平均電流是3萬(wàn)安培，最大電流可達(dá)30萬(wàn)安培。閃電的電壓很高，約為1億至10億伏特。一個(gè)中等強(qiáng)度雷暴的功率可達(dá)一千萬(wàn)瓦，相當(dāng)于一座小型核電站的輸出功率。放電過(guò)程中，由于閃電通道中溫度驟增，使空氣體積急劇膨脹，從而產(chǎn)生沖擊波，導(dǎo)致強(qiáng)烈的雷鳴。帶有電荷的雷云與地面的突起物接近時(shí)，它們之間就發(fā)生激烈的放電。在雷電放電地點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的閃光和爆炸的轟鳴聲。這就是人們見(jiàn)到和聽(tīng)到的閃電雷鳴。
雷電的種類
雷電分直擊雷、電磁脈沖、球形雷、云閃四種。其中直擊雷和球形雷都會(huì)對(duì)人和建筑造成危害，而電磁脈沖主要影響電子設(shè)備，主要是受感應(yīng)作用所致;云閃由于是在兩塊云之間或一塊云的兩邊發(fā)生，所以對(duì)人類危害最小。
直擊雷就是在云體上聚集很多電荷，大量電荷要找到一個(gè)通道來(lái)泄放，有的時(shí)候是一個(gè)建筑物，有的時(shí)候是一個(gè)鐵塔，有的時(shí)候是空曠地方的一個(gè)人，所以這些人或物體都變成電荷泄放的一個(gè)通道，就把人或者建筑物給擊傷了。直擊雷是威力最大的雷電，而球形雷的威力比直擊雷小。
雷云的形成
產(chǎn)生雷電的條件是雷雨云中有積累并形成極性。科學(xué)家們對(duì)雷雨云的帶電機(jī)制及電荷有規(guī)律分布，進(jìn)行了大量的觀測(cè)和試驗(yàn)，積累了許多資料，并提出各種各樣的解釋，有些論點(diǎn)至今還有爭(zhēng)論。
1、對(duì)流云初始階段的“離子流”假說(shuō)
大氣中存在這大量的正離子和負(fù)離子，在云中的雨滴上，電荷分布是不均勻的，最外邊的分子帶負(fù)電，里層的帶正電，內(nèi)層比外層的電勢(shì)差約高0、25V。為了平衡這個(gè)電勢(shì)差，水滴就必須優(yōu)先吸收大氣中的負(fù)離子，這就使水滴逐漸帶上了負(fù)電荷。當(dāng)對(duì)流發(fā)展開(kāi)始時(shí)，較輕的正離子逐漸的被上升的氣流帶到云的上部;而帶負(fù)電的云滴因?yàn)楸容^重，就留在了下部，造成了正負(fù)電荷的分離。
2、冷云的電荷積累
當(dāng)對(duì)流發(fā)展到一定階段，云體伸入0℃層以上的高度后，云中就有了過(guò)冷水滴、霰粒和冰晶等。這種由不同相態(tài)的水汽凝結(jié)物組成且溫度低于0℃的云，叫冷云。冷云的電荷形成和積累過(guò)程有如下幾種：
① 過(guò)冷水滴在霰粒上撞凍起電
在云層重有許多水滴在溫度低于0℃時(shí)也不會(huì)凍結(jié)，這種水滴叫過(guò)冷水滴。過(guò)冷水滴是不穩(wěn)定的，只要它們被輕輕地震動(dòng)一下，就馬上凍結(jié)稱冰粒。當(dāng)過(guò)冷水滴與霰粒碰撞時(shí)，會(huì)立即凍結(jié)，這叫撞凍。當(dāng)發(fā)生撞凍時(shí)，過(guò)冷水滴外部立即凍成冰殼，但它的內(nèi)部仍暫時(shí)保持著液態(tài)，并且由于外部?jī)鼋Y(jié)放的潛熱傳到內(nèi)部，其內(nèi)部液態(tài)過(guò)冷水的溫度比外面的冰殼高。溫度的差異使得凍結(jié)的過(guò)冷水滴外部帶上正電，內(nèi)部帶上負(fù)電。當(dāng)內(nèi)部也發(fā)生凍結(jié)時(shí)，云滴就膨脹分裂，外表皮破裂成許多帶正電的冰屑，隨氣流飛到云層上部，帶負(fù)電的凍滴核心部分則附在較重的霰粒上，使霰粒帶負(fù)電并留在云層的中下部。
② 冰晶與霰粒的摩擦碰撞起電
霰粒是由凍結(jié)水滴組成的，成白色或乳白色，結(jié)構(gòu)比較松脆。由于經(jīng)常有冷水滴與它撞凍并釋放潛熱，它的溫度一般比冰晶高。在冰晶中含有一定量的自由離子(OH-和H+)，離子數(shù)隨溫度升高而增多。由于霰粒與冰晶接觸部分存在著溫度差，高溫端的自由離子必然要多于低溫端，因而離子必然從高溫端向低溫端遷移。離子遷移時(shí)，帶正電的氫離子速度較快，而帶負(fù)電的較重的氫氧根離子則較慢。因此，在一定時(shí)間內(nèi)就出現(xiàn)了冷端氫離子過(guò)剩的現(xiàn)象，造成了高溫端為負(fù)，低溫端為正的電極化。當(dāng)冰晶與霰粒接觸后，又分離時(shí)，溫度較高的霰粒就帶上了負(fù)電，而溫度較低的冰晶就帶上了正電。在重力和上升氣流的作用下，較輕的帶正電的冰晶集中到云的上部，較重的帶負(fù)電的霰粒則停留在云層的下部，因而造成了冷云的上部帶正電而下部帶負(fù)電。
?、?水滴因含有稀薄鹽分而起電
出了上述冷云的兩種起電機(jī)制外，還有人提出了由于大氣中水滴含有稀薄鹽分而產(chǎn)生起電機(jī)制。當(dāng)云滴凍結(jié)時(shí)，冰的晶格中可以容納負(fù)的氯離子，卻排斥正的鈉離子。因此，水滴凍結(jié)的部分帶負(fù)電，而未凍結(jié)的部分帶正電(水滴凍結(jié)時(shí)是從里向外進(jìn)行的)。由于水滴凍結(jié)而成的霰粒在下落的過(guò)程中，摔掉表面還未來(lái)得及凍結(jié)的水分，形成許多帶正電的小云滴，而凍結(jié)的核心部分則帶負(fù)電。由于重力和氣流的分選作用，電正點(diǎn)的小滴被帶到云的上部，而帶負(fù)電的霰粒則停留在云的中、下部。
3、暖云的電荷積累
在熱帶地區(qū)，有一些云整個(gè)云體都位于0℃以上區(qū)域。因而只含有水滴而沒(méi)有固態(tài)水粒子。這種云叫暖云或水云。暖云也會(huì)出現(xiàn)雷電現(xiàn)象。在中緯度地區(qū)的雷暴云，云體位于0℃等溫線一下的部分，就是云的暖區(qū)。在云的暖區(qū)里也有起電過(guò)程發(fā)生。
在雷雨云的發(fā)展過(guò)程中，上數(shù)機(jī)制在不同的發(fā)展階段分別起作用。但是，最主要的帶電機(jī)制還是由于水滴凍結(jié)造成的。大量觀測(cè)事實(shí)表明，只有當(dāng)云頂呈現(xiàn)纖維狀，絲縷結(jié)構(gòu)時(shí)，云彩發(fā)展成為雷雨云。飛機(jī)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，雷雨云中存在以冰、雪晶和霰粒為主的大量云粒子，而且大量電荷的積累即雷雨云迅猛帶電機(jī)制，必須依靠霰粒生長(zhǎng)過(guò)程的碰撞、撞凍和摩擦等才能發(fā)生。
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