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Re: [問題] 最近的午後雷陣雨
補充說明
引用智慧藏百科全書電子報內容
【漢語拼音】shandian
【中文詞條】閃電
【外文詞條】lightning
【作 者】周詩健
知識分類：分類檢索／大氣科學‧海洋科學‧水文科學／大氣科學／大氣物理學／大氣電學／閃電
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大氣中發生的火花放電現象。通常在雷雨雲情況下出現﹐但在雨層雲﹑雪暴﹑塵暴和火山爆發時也會偶爾出現。閃電按發生的部位可分為雲內放電﹑雲際放電和雲地放電三種﹐前兩種統稱為雲閃﹐第三種稱為地閃(圖1 地閃 顯示圖片)。自然界中大部分閃電為雲閃。地閃與閃電總數的比值為1/3～1/6(溫帶地區的比值高於熱帶地區)。由於地閃對人類活動和生命安全有較大威脅﹐故研究比較多。
簡史 閃電現象和它對人類活動的影響﹐早已引起人們的注意。中國早在公元前14世紀的殷代甲骨文中﹐就已有關於雷電的記載(見大氣科學發展簡史)。後在西漢劉安等著的《淮南子》中﹐提出“陰陽相薄為雷﹐激揚為電”的思想。東漢王充在《論衡》一書中指出:“雷者﹐太陽之激氣也。”他還總結了雷電活動的季節性:“正月始雷”﹑“五月雷迅”﹑“秋冬雷潛”。到18世紀﹐為揭示閃電的性質﹐許多科學家進行了探測實驗。如美國學者B.富蘭克林在1750年曾提出﹐用裝在高塔上的避雷針﹐由雲中引電進行測量的設想。1752年6月他冒著雷擊的危險﹐在費城進行了著名的風箏探測雷電的實驗﹐觀測到了通過風箏引線由雷雨雲產生的電火花﹐證實了自然閃電和摩擦產生的電本質的一致性。同一時期﹐蘇聯學者Μ.Β.羅蒙諾索夫和Γ.Β.里赫曼用自製測雷器探測到了雷暴過境所引起的電火花﹐不幸的是里赫曼為閃電擊斃。自此以後﹐開始了關於閃電在電學基礎上的近代研究。
閃電結構 由雲中曲折行進到達地面的閃電﹐人眼看上去似乎是一次瞬間閃光﹐但通過高速攝影揭示﹐它往往是由同一條通道﹑彼此間隔約百分之幾秒的多次相繼放電組成(圖2 高速攝影所示的閃電結構 顯示圖片)。整個閃電過程的每一次放電﹐稱為閃擊﹐一次閃電經常可記錄到數次閃擊﹐有的多達10次以上。
閃擊一般包含先導和回擊兩個過程。先導是為閃電放電建立電離通道的準備過程﹐分為梯級先導和直竄先導兩種。梯級先導是象階梯一樣逐級伸向地面的暗淡光柱﹐它的直徑約5米﹐每級長約50米﹐先導約以10米/秒的速度通過這一段路程﹐然後間歇約30～100微秒﹐再繼續向前延伸。故整個梯級先導以約 1.5×10米/秒的平均速度迅速向地面伸展。梯級先導為回擊建立了電離通道﹐當先導距地面5～50米時﹐則地面上某點將產生沿電離通道向上行進的回擊過程。回擊的發光度比先導強得多﹐肉眼所見的閃光即為回擊﹐速度約為 5×10米/秒﹐持續約40微秒﹐通過的電流約10安﹐偶爾可達10安。回擊通道直徑平均僅數厘米。在梯級先導和第一次回擊通過之後﹐可能有百分之幾秒的時間間歇﹐隨後是第二次先導和回擊。第二次以後的各次先導﹐通常由雲至地直竄而下﹐稱為直竄先導。由於它沒有梯級﹐所以運動速度大約比梯級先導高10倍。一次閃電的整個持續時間約0.2秒﹐大約由雲中向地面輸送數十庫負電荷。
因為閃電不是穩態過程﹐也不受放電電極的影響﹐故用強電場中電子雪崩(由於電子碰撞的連鎖反應而使電子濃度劇增)的放電理論來解釋閃電過程時﹐遇到很多困難。因此有人提出流光理論﹐認為當電子雪崩很強時將產生光子發射﹐並由此產生光電離而形成新的衍生電子雪崩﹐這種不斷向前發展的強電離區稱為流光﹐向陽 (陰)極擴展的稱為正(負)流光。流光理論能夠較好地解釋閃電放電﹐按這種理論﹐梯級先導是一種以梯級形式推進的負流光﹐它的整體速度類似於空氣中實驗室火花的負流光速度。直竄先導是沿先前電離通道推進的負流光﹐而回擊是由地面向上推進的正流光。
閃電電場變化 閃電在距離l 處產生的電場包含靜電場﹑感應場和輻射場三種成分。靜電場分量正比於放電電矩﹐與 成反比﹔電磁感應分量取決於放電電流﹐與 成反比﹔電磁輻射場分量取決於放電時電荷運動的加速度﹐與l 成反比。因此﹐對近處放電﹐靜電場作用大﹐而對很遠的放電﹐輻射場作用大(見天電)。一次閃擊的電場變化﹐最初是與先導放電有關的﹑持續約0.1秒的緩變部分(L變化)﹐隨後是與回擊有關的﹑持續時間小於1毫秒的快速梯級變化(R變化)﹐ 最後是持續時間約0.1秒的緩變(S變化)。多次閃擊的電場變化﹐都再次從L變化開始﹐以S變化結束﹐其間是對應於地閃的R變化和兩次R變化之間的緩慢變化(J變化)﹐後者是兩次閃擊間歇不發光的放電過程形成的(圖3 一次閃擊 顯示圖片)。
閃電光譜和閃電電流 閃電發射光譜的觀測研究﹐提供了閃電物理性質的最早線索。考察 3000～10000埃的閃電光譜時﹐發現它是在弱連續光譜的背景上﹐由原子和離子發射譜線以及分子的發射和吸收帶組成的。已發表的近兩百條譜線﹐大多數屬於中性的和電離的氮和氧的發射譜線。由閃電光譜的研究﹐可推斷閃電通道的溫度在幾微秒內就達到25000～30000K的峰值﹐但在30微秒左右﹐已降到半峰值﹔在峰值溫度時通道中的電子濃度為10～10個/厘米﹐ 約大於或等於通道中的分子﹑原子和離子的濃度之和﹔壓力達10個大氣壓。閃電光譜的一些研究結果與電磁方法觀測的閃電電學參數相吻合。從電力﹑建築等部門的防雷保護設計來說﹐閃電電流是閃電放電的一個最重要的參數﹐並由此可以推斷有關電荷﹑能量﹑電矩等參數。閃電的電流一般在10微秒左右達到峰值 (10～100千安)﹐在峰值電流之前電流上昇率達最大值(約10千安/微秒)。雲地電位差一般為10～10伏﹐一次輸送約20庫電荷﹐所以一次閃電的能量約為2×(10～10)焦。這樣強大的閃電電流在數厘米直徑的通道內瞬間通過﹐產生了激震波﹐在傳播一定距離之後退化為聲波﹐即我們聽到的雷聲。
閃電類型 根據閃電的不同形態和特徵﹐可將閃電分為線狀閃電﹑帶狀閃電﹑火箭狀閃電﹑片狀閃電﹑熱閃電﹑珠狀閃電和球狀閃電等不同類型。自然界最常見的是線狀閃電﹐ 它最主要的特徵是細亮的發光光柱。如光柱平直而不分叉﹐象樹幹一樣﹐則稱為枝狀閃電﹔如光柱蜿蜒曲折而又分叉﹐則稱為叉狀閃電(見彩圖 叉狀閃電 顯示圖片)。帶狀閃電是一種寬約十幾米﹐看上去呈帶狀的雲地閃電(圖4 帶狀閃電 顯示圖片)﹐ 它是由於線狀閃電的通道受強風影響而移動﹐致使閃電中的各次閃擊的空間位置在水平方向上分開而呈帶狀。火箭狀閃電是一種長路徑的空氣放電﹐肉眼可直接觀測到放電象箭似地沿閃電通道緩緩移動﹐整個放電的持續時間約1秒。片狀閃電用來稱呼那些使一片雲或幾塊雲發亮的閃電。熱閃電用來稱呼那些遠得聽不到雷聲只看到閃光的閃電。片狀閃電與熱閃電常常較難以區分。珠狀閃電指那種閃電通道看起來好像斷裂成許多小段那樣的閃電。每段長約數十米﹐遠看好像一串佛珠懸掛在天空。球狀閃電是一種不太常見而又會造成一定危害的奇異閃電(見彩圖 球狀閃電 顯示圖片)﹐ 通常在有強雷暴時出現。它外觀呈球狀﹐直徑10～20厘米(也有小於1厘米甚至大到10米的)﹐呈紅﹑橙或黃色﹐存在時間小於5秒(少數超過1分鐘)﹐水平移動速度通常為每秒數米﹐有時能停在半空中不動或由空中向地面降落。球狀閃電有愛鑽縫的癖性﹐消失時常伴有爆炸並發出巨響﹐也有無聲無息消失的﹐消失處常有股像臭氧或一氧化氮的氣味。關於球狀閃電的成因﹐曾有很多假說﹐尚無一致意見﹐有人認為球狀閃電是被加熱的空氣球﹐也有人認為它是極高密度的等離子體 (電子濃度約為10個/米)等。球狀閃電的能量來源也有兩種說法﹕認為球狀閃電的能量貯藏在球體之中﹐例如氣體反應的化學能﹑帶電粒子的複合能﹑受激原子或分子的輻射能等維持了球狀閃電﹔認為球狀閃電的能量來自球外﹐例如雷雨雲發出的數百兆赫的射頻輻射能量或放射性的宇宙線粒子在雷雨雲強電場中聚集﹐發生核裂變反應﹐為產生球狀閃電提供了足夠的能量。上述理論尚有爭議﹐都不能說明球狀閃電的移動特性等。
【西方觀點】
閃電
lightning
【摘 自】大英百科全書
【中文詞條】閃電
【外文詞條】lightning
知識分類：自然科學篇＞地球科學（地理學家、地質學家）
閃電閃光的光譜
By courtesy of William S. Bickel, University of Arizona, Tucson
當大氣中的電荷或電位差足以克服空氣阻力時所見到的大氣放電現象。經常發生於積雨雲(雷雨雲)中，但也發生在雨層雲、雪暴和塵暴中，有時還出現在火山噴出的灰塵和氣體中。雷暴期間，雲內、雲與雲間、雲與大氣間或從雲到地面，都可能發生閃電。
閃電是由於電荷的分離過程使雲中形成電偶極結構。從而出現淨電荷區產生的。在雷雨雲中，電荷的分布是上層雲區帶有大量的淨正電荷，中層雲區帶有大量的淨負電荷，雲的底部則帶有少量的淨正電荷。電荷附著在水滴或(和)冰粒上，如周圍的空氣也帶有淨電荷，就可能從雲中產生空氣放電。
從雲到地面的閃電起因於雲底少量淨正電荷的中和作用，至少包括兩次閃電：1.先導閃電將負電荷從雲中傳到地面，閃光不甚明亮，常呈梯級形，並從主閃道向外分出許多分支；特別是在有教堂尖塔、高樓、大樹等的地方，先導閃電有時也從地面向雲中傳去。2.當先導閃電接近地面時，在即將受電擊處集中感應相反電荷，產生從地面沿閃道將正電荷傳向雲中的回閃。這兩次閃電通常在距地面約30公尺(100呎)的空中相遇，此時，雲與地面之間形成短路，回閃的強大電流經閃道流入雲中，產生耀眼的閃光。
在一次典型的閃電中，雲與地面的電位差可達幾億伏特，峰值電流相當於3萬安培，閃道溫度約為30,000°C(50,000°F)。整個過程極為迅速，先導閃電約在30毫秒內到達匯合點或地面，回閃約在100微秒內到達雲中。
伴隨閃電的雷聲是因在整個閃道上空氣被迅速加熱產生的，被加熱的空氣以超音速向外膨脹。但在一兩公尺內衝擊波衰減為聲波，受到空氣介質和地形的影響，因此產生一系列隆隆的雷聲。
雖然閃電的高壓放電具有危險性，但電擊一般發生在高處，可用導電金屬製成避雷針，將電流安全地導入地下。處在露天下的人員進入室內或躲進壕溝等低凹處也可免遭電擊。
上面兩個解釋分別是由東方觀點跟西方觀點來說明閃電
我所想要表達的是
一般人常說雷擊(從中國民間故事中,人們為了教化,所以編出有雷公,電母等故事), 問題是雷只是閃電所產生的附屬產物.是聲波形式,主要只會對人造成耳膜破損
而一般稱為"雷擊"的描述實質內容卻是是閃電對物品或是人類所造成的傷害,強大電流對物品或是人類造成的傷害...
只是描述上面覺得怪怪的,不是那麼執著
不知道有沒有人理解我的疑問. |
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狗仔卡
發表於 2008-7-2 08:26
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發表於 2008-7-2 09:06
發表於 2008-7-7 17:07
