關(guān)于雷電的13個(gè)為什么



1. 雷雨云是如何形成的？
2. 云對(duì)云放電與云對(duì)地的放電比例如何？
4. 雷電暴發(fā)時(shí)的臨界狀態(tài)？
5. 雷電對(duì)地放電的基本過(guò)程是怎樣的？中和電流產(chǎn)生的機(jī)理？
6. “有人企圖收集雷電能量加以利用。”這種做法是否妥當(dāng)？
7. 雷電流的波形和極性是怎樣的？
8. 什么是雷電流的幅值、波頭、波長(zhǎng)和陡度？
9. 雷電流幅值的概率分布是怎樣的？2007年廣西南寧4月～8月分雷電監(jiān)測(cè)報(bào)告分析http://www.tj-spd.cn/fanglei/74/303.html
10. 雷電流的波頭和波長(zhǎng)是怎樣確定的？
11. 雷電流的陡度是怎樣確定的？
12. 雷電放電的重復(fù)次數(shù)和總持續(xù)時(shí)間？
13. 什么是雷暴日和雷暴小時(shí)？
14. 球雷的機(jī)理？

1. 雷雨云是如何形成的？
答：雷電放電是由帶電荷的雷云引起的。雷云帶電原因的解釋很多，但還沒(méi)有獲得比較滿意的一致認(rèn)識(shí)。一般認(rèn)為雷云是在有利的大氣和大地條件下，由強(qiáng)大的潮濕的熱氣流不斷上升進(jìn)入稀薄的大氣層冷凝的結(jié)果。強(qiáng)烈的上升氣流穿過(guò)云層，水滴被撞分裂帶電。輕微的水沫帶負(fù)電，被風(fēng)吹得較高，形成大塊得帶負(fù)電的雷云；大滴水珠帶正電，凝聚成雨下降，或懸浮在云中，形成一些局部帶正電的區(qū)域。實(shí)測(cè)表明，在5～10km的高度主要是正電荷的云層，在1～5km的高度主要是負(fù)電荷的云層，但在云層的底部也有一塊不大區(qū)域的正電荷聚集。雷云中的電荷分布很不均勻，往往形成多個(gè)電荷密集中心。每個(gè)電荷中心的電荷約為0.1庫(kù)侖～10庫(kù)侖，而一大塊雷云同極性的總電荷則可達(dá)數(shù)百庫(kù)侖。這樣，在帶有大量不同極性或不同數(shù)量電荷的雷云之間，或雷云和大地之間就形成了強(qiáng)大的電場(chǎng)。隨著雷云的發(fā)展和運(yùn)動(dòng)，一旦空間電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)大氣游離放電的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度（大氣中的電場(chǎng)強(qiáng)度約為30kV/cm，有水滴存在時(shí)約為10kV/cm）時(shí)，就會(huì)發(fā)生云間或?qū)Φ氐幕鸹ǚ烹姡环懦鰩资酥翈装偾О驳碾娏鳎划a(chǎn)生強(qiáng)烈的光和熱（放電通道溫度高達(dá)15000℃至20000℃），使空氣急劇膨脹震動(dòng)，發(fā)生霹靂轟鳴。這就是閃電伴隨雷鳴叫做雷電的原故。

2. 云對(duì)云放電與云對(duì)地的放電比例如何？
答：大多數(shù)雷電放電發(fā)生在雷云之間，它對(duì)地面沒(méi)有什么直接影響。雷云對(duì)大地的放電雖然只占少數(shù)。雷暴日數(shù)越多，云間放電的比重越大。云間放電與云地放電之間比，在溫帶約為1.5～3.0，在熱帶約為3～6。

4. 雷電暴發(fā)時(shí)的臨界狀態(tài)？
答：雷云的底部大多數(shù)是帶負(fù)電，它在地面上會(huì)感應(yīng)出大量的正電荷。這樣，在帶有大量不同極性或不同數(shù)量電荷的雷云之間，或雷云和大地之間就形成了強(qiáng)大的電場(chǎng)，其電位差可達(dá)數(shù)兆伏甚至數(shù)十兆伏。隨著雷云的發(fā)展和運(yùn)動(dòng)，一旦空間電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)大氣游離放電的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度（大氣中約30kV/cm，有水滴存在時(shí)約10kV/cm）時(shí)，就會(huì)發(fā)生云間或?qū)Υ蟮氐幕鸹ǚ烹姡环懦鰩资酥翈装偾О驳碾娏鳎划a(chǎn)生強(qiáng)烈的光和熱（放電通道溫度高達(dá)15000℃～20000℃），使空氣急劇膨脹震動(dòng)，發(fā)生霹靂轟鳴。

5. 雷電對(duì)地放電的基本過(guò)程是怎樣的？中和電流產(chǎn)生的機(jī)理？
答：①雷云中的負(fù)電荷逐漸積累，同時(shí)在附近地面上感應(yīng)出正電荷。
②當(dāng)雷云與大地之間局部電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)大氣游離臨界場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，就開(kāi)始有局部放電通道自雷云邊緣向大地發(fā)展----先導(dǎo)放電（先導(dǎo)放電發(fā)展的平均速度較低約為1.5×105m/s，表現(xiàn)出的電流不大，約為數(shù)百安培），如圖1-1(a)所示，先導(dǎo)通道具有導(dǎo)電性，因此雷云中的負(fù)電荷沿通道分布，并繼續(xù)向地面延伸，地面上的感應(yīng)正電荷也逐漸增多。
③先導(dǎo)通道發(fā)展臨近地面時(shí)，由于局部空間電場(chǎng)強(qiáng)度的增加，常在地面突起出現(xiàn)正電荷的先導(dǎo)放電向天空發(fā)展----迎面先導(dǎo)，如圖1-1(b)所示。
④先導(dǎo)通道到達(dá)地面或與迎面先導(dǎo)相遇后，在通道端部因大氣強(qiáng)烈游離而產(chǎn)生高密度的等離子區(qū)，自下而上迅速傳播，形成一條高導(dǎo)電率的等離子通道，使先導(dǎo)通道以及雷云中的負(fù)電荷與大地的正電荷迅速中和----主放電過(guò)程（主放電的發(fā)展速度很快，約為2×107m/s～1.5×108m/s，出現(xiàn)很強(qiáng)的脈沖電流，可達(dá)幾十至二、三百千安培）；如圖1-1(c)、(d)所示。
⑤主放電到達(dá)云端結(jié)束，云中的殘余電荷經(jīng)過(guò)主放電通道流下來(lái)----余光放電。

6. “有人企圖收集雷電能量加以利用。”這種做法是否妥當(dāng)？
答：實(shí)際上，雷電放電瞬間功率極大，但是雷電的能量卻很小，即破壞力極大，實(shí)際利用的價(jià)值卻很小。以中等雷為例：雷云電位以50000kV計(jì)，電荷Q=8C，則能量為W= UQ=2×108（W?s）=55（kW?h），即不過(guò)等于55 kW?h電能（約等值于4kg的汽油）。但雷電主放電的瞬時(shí)功率P極大，以I=50kA，弧道壓降E=6kV/m，雷云為1000m高度計(jì)，主放電功率P=UI=50×6×1000=300000MW，它比目前全世界任一電站的功率還要大。

7. 雷電流的波形和極性是怎樣的？
答：雷電流是單極性的脈沖波；75%～90%的雷電流是負(fù)極性的。

8. 什么是雷電流的幅值、波頭、波長(zhǎng)和陡度？
答：雷電流的幅值是指脈沖電流所達(dá)到的最高值；波頭是指電流上升到幅值的時(shí)間；波長(zhǎng)（波尾）是指脈沖電流的持續(xù)時(shí)間。幅值和波頭又決定了雷電流隨時(shí)間上升的變化率稱為雷電流的陡度。雷電流陡度對(duì)過(guò)電壓有直接影響。

9. 雷電流幅值的概率分布是怎樣的？
答：根據(jù)我國(guó)大部分地區(qū)多年實(shí)測(cè)得到的1205個(gè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，雷電流幅值≥40kA的雷電流占45%，≥80kA的雷電流占17%，≥108kA的雷電流占10%；我國(guó)實(shí)測(cè)最大雷電流330kA只占0.1%。上述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可用雷電流幅值的累積概率曲線來(lái)表示。

10. 雷電流的波頭和波長(zhǎng)是怎樣確定的？
答：各國(guó)測(cè)得的雷電流波形基本一致，波頭長(zhǎng)度大多在1～5μs，平均約為2～2.5μs。我國(guó)在防雷保護(hù)設(shè)計(jì)中建議采用2.6μs。波長(zhǎng)在20～100μs，平均約為50μs，大于50μs的僅占18～30%。在防雷保護(hù)計(jì)算中，雷電流的波形可采用2.6/50μs。

11. 雷電流的陡度是怎樣確定的？
答：由于雷電流的波頭長(zhǎng)度變化范圍不大，所以雷電流的陡度和幅值必然密切相關(guān)。我國(guó)采用2.6μs的固定波頭長(zhǎng)度，即認(rèn)為雷電流的平均陡度 和幅值線性相關(guān)：a = = （kA/μs），即幅值較大的雷電流同時(shí)也具有較大的陡度。

12. 雷電放電的重復(fù)次數(shù)和總持續(xù)時(shí)間？
答：一次雷電放電常包含多次重復(fù)沖擊放電。根據(jù)約6000個(gè)實(shí)測(cè)記錄統(tǒng)計(jì)，55%的落雷包含兩次以上的沖擊，3～5次沖擊占25%，10次沖擊以上占4%；平均重復(fù)3次，最高記錄可達(dá)42次。一次雷電放電的總持續(xù)時(shí)間（包含多次重復(fù)沖擊放電時(shí)間），據(jù)統(tǒng)計(jì)，有50%小于0.2s，大于0.62s只占5%。

13. 什么是雷暴日和雷暴小時(shí)？
答：雷暴日表征不同地區(qū)雷電活動(dòng)的頻繁程度，是指某地區(qū)一年中有雷電放電的天數(shù)，一天中只要聽(tīng)到一次以上的雷聲就算一個(gè)雷暴日T。根據(jù)雷電活動(dòng)的頻度和雷害的嚴(yán)重程度，我國(guó)把年平均雷暴日數(shù)T≥90的地區(qū)叫做強(qiáng)雷區(qū)，T≥40的地區(qū)為多雷區(qū)，15≤T≤40的地區(qū)為中雷區(qū)，T≤15的地區(qū)為少雷區(qū)。

14. 球雷的機(jī)理？
答：一般常見(jiàn)的都是線狀雷電，有時(shí)在云層中能見(jiàn)到片狀雷電，個(gè)別情況下會(huì)出現(xiàn)球狀雷電。球雷是在閃電時(shí)由空氣分子電離及形成各種活潑化合物而形成的火球，直徑約20cm，個(gè)別可達(dá)10m，它隨風(fēng)滾動(dòng)，存在時(shí)間約3～5s，個(gè)別可達(dá)幾分鐘，速度約2m/s，最后會(huì)自動(dòng)或遇到障礙物時(shí)發(fā)生爆炸。防球雷的辦法是關(guān)上門(mén)窗，或至少不形成穿堂風(fēng)，以免球雷隨風(fēng)進(jìn)入屋內(nèi)。