簡述雷電是怎么形成的雷電活動有什么規(guī)律
簡述雷電是怎么形成的雷電活動有什么規(guī)律
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，那么你對雷電的形成了解多少呢?一起和學(xué)習(xí)啦小編來看看雷電是怎么形成的吧!
雷電的形成
1、對流云初始階段的“離子流”假說
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)層比外層的電勢差約高0、25V。為了平衡這個(gè)電勢差，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)對流發(fā)展開始時(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程有如下幾種：
?、?過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)也不會凍結(jié)，這種水滴叫過冷水滴。過冷水滴是不穩(wěn)定的，只要它們被輕輕地震動一下，就馬上凍結(jié)稱冰粒。當(dāng)過冷水滴與霰粒碰撞時(shí)，會立即凍結(jié)，這叫撞凍。當(dāng)發(fā)生撞凍時(shí)，過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)，并且由于外部凍結(jié)放的潛熱傳到內(nèi)部，其內(nèi)部液態(tài)過冷水的溫度比外面的冰殼高。溫度的差異使得凍結(jié)的過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。
?、?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。
③ 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程中，摔掉表面還未來得及凍結(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有固態(tài)水粒子。這種云叫暖云或水云。暖云也會出現(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)里也有起電過程發(fā)生。
在雷雨云的發(fā)展過程中，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，必須依靠霰粒生長過程的碰撞、撞凍和摩擦等才能發(fā)生。
雷電活動的規(guī)律
1、雷電活動的一般條件如下。
(1)地質(zhì)條件：土壤電阻率的相對值較小時(shí)，就有利于電荷很快聚集。局部電阻率較小的地方容易受雷擊;電阻率突變處和地下有導(dǎo)電礦藏處容易受雷擊;實(shí)際上接地網(wǎng)電阻率，會增大雷擊概率。
(2)地形條件：山谷走向與風(fēng)向一致，風(fēng)口或順風(fēng)的河谷容易受雷擊;山岳靠近湖、海的山坡被雷擊的概率較大。
(3)地物條件：有利于雷雨云與大地建立良好的放電通道?？諘绲刂械墓铝⒔ㄖ铮ㄖ褐械母呗柦ㄖ锶菀资芾讚?大樹、接收天線、山區(qū)輸電線路容易受雷擊;符合尖端放電的特性，基站鐵塔建成后也會增大雷擊的概率。
2、根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，下列地點(diǎn)可能是雷害發(fā)生概率較高的地點(diǎn)。
(1)10m深處的土壤電阻率r10發(fā)生突變的地方。
(2)在石山與水田、河流交界處，礦藏邊界處，進(jìn)山森林的邊界處，某些地質(zhì)斷層地帶。
(3)面對廣闊水域的山岳陽坡或迎風(fēng)坡。
(4)較高、孤立的山頂。
(5)以往曾累次發(fā)生雷害的地點(diǎn)。
(6)孤立桿塔及拉線，高聳建筑群及其他接地保護(hù)裝置附近。
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對人和建筑造成危害，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。
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