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雷電是怎么形成的?上行先導與下行先導發(fā)展過程

文章出處:本站 人氣:1143發(fā)表時間:2023-07-17

雷電是人們熟知的一種自然現(xiàn)象,雷鳴閃電,可怕而又宏偉壯觀。過去,人們解釋不了這種現(xiàn)象,把雷電當神來崇拜,大家熟悉的《西游記》中就有雷公、電母等神話形象,令人敬畏。一些生命起源學說認為,是雷電孕育了地球現(xiàn)在的繁榮和文明。在對此觀點疑惑的同時,人類確確實實地領(lǐng)略了雷電的巨大能量和威猛的破壞力,雷電給人類帶來的災難不勝枚舉。

雷電是怎么形成的呢?

雷電是雷云和大地間或帶異種電荷的雷云間的放電現(xiàn)象。這種迅猛的放電過程產(chǎn)生強烈的閃電并伴隨巨大的聲音。發(fā)生閃電的云被稱為雷雨云,層積云、雨層云、積云、積雨云都有可能成為雷雨云,但最常見的是積雨云。 雷電是一種大氣中放電現(xiàn)象,產(chǎn)生于積雨云中。積雨云在形成過程中,一部分云團帶正電荷,另一部分云團帶負電荷。它們對大地的靜電感應,使地面或建(構(gòu))筑物表面產(chǎn)生異性電荷,當電荷聚集到一定程度時,不同電荷云團之間,或云與大地之間的電場強度可以擊穿空氣(一般為25~30KV/CM),開始游離放電,我們稱之為“先導放電”。

云對地的先導放電是云向地面跳躍式逐漸發(fā)展的,當?shù)竭_地面時(地面上的建筑物,架空輸電線等),便會產(chǎn)生由地面向云團的逆導主放電。在主放電階段里,由于異性電荷的劇烈中和,會出現(xiàn)很大的雷電流(一般為幾十KV至幾百KV),并隨之發(fā)生強烈的閃電和巨響,這就形成雷電。(氣象學會) 云的形成過程是空氣中的水蒸氣由各種原因達到飽和或過飽和狀態(tài)而發(fā)生凝結(jié)的過程。積雨云是一種在強烈垂直對流過程中形成的云,由于地面吸收太陽的輻射熱量大于空氣層,因此白天地面升溫較多,特別是夏季。

近地面的大氣溫度也跟著升高,氣體隨著溫度的升高體積增大,開始上升,同時密度減小,壓強也隨著降低,就會和上方的空氣層發(fā)生對流。熱氣流在上升過程中膨脹降壓,同時與高空低溫空氣進行熱交換,于是上升氣流攜帶的大量水蒸氣凝結(jié)成細小水滴,就形成了云,并隨著高度上升進一步冷卻成冰晶。在大氣電場以及溫差起電效應、破碎起電效應等各種機制同時作用下,進行著水滴中電荷分離的復雜過程,形成帶電荷的雷云。 雷云在運動中產(chǎn)生分層電荷。當此雷云在天空移動時,它拖著一個相反極性電荷的陰影在地表移動,我們稱其為地電荷。

當?shù)仉姾傻竭_構(gòu)筑物, 雷云電荷吸引地電荷上升到構(gòu)筑物最頂端,然后再跨越結(jié)構(gòu)水平散布。使地面和雷云間形成強大的電場。使兩種電荷保持分離的是中間空氣的絕緣。當云中某處積聚的電荷密度很大,激發(fā)的電場強度達到 25-30KV/cm 時,從云分支向下進行步進式放電,稱為下行先導放電。這個先導逐漸接近地面,達到一定距離時,地面物體在強電場作用下產(chǎn)生尖端放電,向上迎著步進先導發(fā)射電子流,成為上行先導放電。當上行先導與下行先導接通時,此離子化通道變?yōu)橹骼讚敉ǖ?。主放電會有很大的雷電流(一般為幾十千安至幾百千安),并伴隨強烈的閃光和雷聲。這種雷云對大地的放電,常被稱為直擊雷。這種雷擊破壞力極大,產(chǎn)生電效應、熱效應和機械力,會造成極大的危害。

上行先導與下行先導一般同時發(fā)生,多見于雷云對地放電。下行先導指從雷云開始發(fā)展,向下方延伸的先導通道;上行先導指從地面(多見于突出地面的尖端,如建筑物、樹木)開始發(fā)展,向上方延伸的先導通道。一般下行先導先開始發(fā)展,雷云多為負極性云,該過程與負先導相同。當余下間隙的電場足夠大,上行先導開始發(fā)展,負先導在氣隙中堆積的電子大量流向正極,加劇上行先導的發(fā)展,最終上行先導與下行先導通道距離足夠小,則發(fā)生完全擊穿,產(chǎn)生主放電。


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