雷電基本知識

1.　天上真有“雷公”和“電母”嗎？

我國古代民間曾流傳著“雷公”,、“電母”的神話,，說天上有“雷公”，是專門管打雷的神,，還有“電母”,，是專門管閃電的神。這是由于古代人們?nèi)狈茖W知識,，不能正確解釋雷電現(xiàn)象,，就把雷電與鬼神聯(lián)系起來，創(chuàng)造了雷公電母等神話故事,。我國古代最早的雷電記錄出自《周易》,，記述的公元前1068年一次球型雷擊，這也是世界上發(fā)現(xiàn)最早的雷擊記錄,。直至東漢時哲學家王充（公元27-約97年）才第一次提出了“雷是火”的論斷,。1749年，美國科學家富蘭克林等經(jīng)過科學實驗,，為我們揭開了雷電的神秘面紗,，證實了“雷就是電”，是雷雨云之間或云地之間產(chǎn)生的放電現(xiàn)象,。為現(xiàn)代防雷技術的發(fā)展奠定了基礎,。

2.　“冬雷震”是不祥之兆嗎？

 “冬雷震”雖曾被古人用來作為愛情忠貞的誓言,，但現(xiàn)在也有人認為這種現(xiàn)象很不吉利,。不僅是“冬雷震”，其他一些反常的自然天氣現(xiàn)象也被人們作為不祥之兆,，這是迷信,。冬天天氣如果特別暖和，使積雨云發(fā)展起來的話，在某個高度上就可能造成雷電,，而打雷與否是取決于氣象狀況的改變,，和那種迷信的觀點毫無關系。反常的自然現(xiàn)象視為不祥之兆的觀念是錯誤的,，天氣現(xiàn)象的變化是由自然界的規(guī)律決定的,，出現(xiàn)反常的自然天氣現(xiàn)象和許多因素有關，有些因素現(xiàn)在不是很清楚,，但隨著科學的發(fā)展研究的深入是會搞清楚的,。

3、什么是雷電,？

當天空烏云密布,，雷雨云迅猛發(fā)展時，突然一道奪目的閃光劃破長空,，接著傳來震耳欲聾的巨響,，這就是閃電和打雷，亦稱為雷電,。雷屬于大氣聲學現(xiàn)象,，是大氣中小區(qū)域強烈爆炸產(chǎn)生的沖擊波形成的聲波，而閃電則是大氣中發(fā)生的火花放電現(xiàn)象,。
　　閃電和雷聲是同時發(fā)生的,，但它們在大氣中傳播的速度相差很大，因此人們總是先看到閃電然后才聽到雷聲,。光每秒能走30公里,，而聲音只能走340米。根據(jù)這個現(xiàn)象,，我們可以從看到閃電起到聽到雷聲止,，這一段時間的長短，來計算閃電發(fā)生處離開我們的距離,。假如閃電在西北方,，隔10秒聽到了雷聲，說明這塊雷雨距離我們約有3400米遠,。

4.　雷雨是如何形成的,？

　　夏季，陽光直射使地面水蒸汽蒸發(fā)較多,。貼近地面的空氣受熱升溫,，能夠容納更多的水汽，導致空氣密度減小,，重量變輕而上浮,。隨著高度的上升,，溫度逐漸下降，當空氣無法容納更多的水汽時,，一部分水汽開始凝結成小水滴,。此時，小水滴被上升的熱氣流托住,，不斷向上推進,，好似“滾雪球”一樣，越積越多,，越堆越大，形成積雨云,。當積雨云內(nèi)無數(shù)個小水滴不斷碰撞合并成較大的小水滴開始下降時,，地面升騰的熱空氣仍義無返顧地向上沖，兩者猛烈地碰撞帶電,。用不了多久,，積雨云的頂部就積累了大量的正電荷，底部則聚集了大量負電荷,，而地面由于受積雨云底部負電荷的感應而帶上正電,。此時，云中的小水滴還在不停地合并增大,，當上升的熱氣流實在無力托住它們時,，就形成雨滴從云中直落下來。下層的熱氣流被雨淋過后,，突然變冷,，向地面猛撲下來，大有“山雨欲來風滿樓”的態(tài)勢,?？罩械碾姾砷_始放電了，并伴隨著隆隆的雷聲,。

5.　雷電是怎樣形成的,？

雷電產(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）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。

6.　閃電的形狀有哪幾種,？

　　閃電的最常見形狀是線狀閃電,，偶爾也可出現(xiàn)帶狀、球狀,、聯(lián)珠狀,、枝狀、箭狀閃電等等,。線狀閃電可在云內(nèi),、云與云間、云與地面間產(chǎn)生,，其中云內(nèi),、云與云間閃電占大部分，而云與地面間的閃電僅占六分之一,，但其對人類危害最大,。

7.　線狀、帶狀,、片狀閃電是怎樣產(chǎn)生的,？

　　雷云與大地之間的放電，則多以線狀形式出現(xiàn),。通常雷云的下部帶負電,，上部帶正電，由于雷云的負電的感應,，使附近的地面感應出大量的正電荷,，從而地面與雷云之間形成強大的電場。當某處積聚的電荷密度很大,，造成空氣的電場強度達到電離的臨界時,，就觸發(fā)線狀閃電落雷。
　　帶狀閃電是線狀閃電的一種,，在閃電過程中恰巧有水平大風吹過閃電通道,，將幾次閃電的放電通道吹分開來,，肉眼看去閃電通道變寬了。

云間放電多為片狀閃電,，由于線狀閃電的閃電被云體遮住,，閃電的光照亮了上部的云，閃電呈現(xiàn)片狀的亮光,。片狀閃電對地面影響不大,。

 8.　球狀閃電有什么特征？

　　球狀閃電簡稱球雷,、球閃,。球雷是一種彩色的火焰狀球體，通常表現(xiàn)為100-300毫米直徑的橙色或紅色球體,，有時可能是藍色,、綠色、黃色或紫色,，最大的直徑也有達到1000毫米的；球雷存在的時間為百分之幾秒到幾分鐘,，通常為3到5秒之間,，輻射功率小于200W。
　　球雷自天空降落時,，聲音較小,，有時無聲，有時發(fā)出咝咝的聲音只有在飄落和跳躍的過程當中遇到物體或電器設備時才會發(fā)出震耳的爆炸聲,。物體在爆炸中產(chǎn)生破壞并產(chǎn)生臭氧,、二氧化氮或硫磺的氣味。
　　球雷自天空垂直下降后,，有時在距地面1米左右的高度,，沿水平方向以每秒1～2米的速度上下跳躍；有時球雷在距地面0.5～1米的高處滾動,，或突然升起2～3米,，因此，民間常稱之為滾地雷,。球雷常常沿著建筑物的孔洞或未關閉的門窗進入室內(nèi),，或沿垂直的建筑豎井滾進樓房，大部分遇帶電體消失,。

9.　 閃電的極性分類,？

根據(jù)從云到地之間下傳的電荷的極性，云地閃可分為正閃和負閃,，一般情況,，以負閃居多,。

10.　雷電活動及雷暴日

雷電活動從季節(jié)來講以夏季最活躍，冬季最少,，從地區(qū)分布來講是赤道附近最活躍,，隨緯度升高而減少，極地最少,。

評價某一地區(qū)雷電活動的強弱,，通常使用 “雷暴日” ，即以一年當中該地區(qū)有多少天發(fā)生耳朵能聽到雷鳴來表示該地區(qū)的雷電活動強弱,，雷電日的天數(shù)越多,，表示該地區(qū)雷電活動越強，反之則越弱,。我國平均雷暴日的分布,，大致可以劃分為四個區(qū)域，西北地區(qū)一般15日以下,；長江以北大部分地區(qū)（包括東北）平均雷暴日在15～40日之間,；長江以南地區(qū)平均雷暴日達40日以上；北緯23°以南地區(qū)平均雷暴日達80日,。廣東的雷州半島地區(qū)及海南省,，是我國雷電活動最劇烈的地區(qū)，年平均雷暴日高達120--130日,?？偟膩碚f，我國是雷電活動很強的國家,。

11.　風箏捕捉雷電實驗

　?。保罚担材甑模对拢瑦灍岬南募镜絹砹?，天空經(jīng)常陰云密布,，雷雨交集，望著變幻莫測的天空,，富蘭克林陷入了苦苦的思索,。忽然，他想起了兒時放的那只藍色的大風箏,，驀地,，一個大膽的想法闖人了他的腦際：借助一只普通的風箏就可以便利地進入帶雷的云區(qū)，從而完成他期待已久的實驗,。于是,，他立即與２１歲的兒子威廉一起動手，精心制作了一只大風箏——兩根木條拼裝成風箏十字形的骨架,，上面蒙上一塊絲綢,，便形成了它的身軀和兩翼,。然后，他們在風箏的上端固定了一根尖頭的金屬絲,，在風箏的末端綁上一把金屬鑰匙,。
　　一天，天色陰沉,，電閃雷鳴,，富蘭克林和威廉把風箏升人天空。時間一分一秒地過去了,，父子倆焦急地觀察著,，卻沒有發(fā)現(xiàn)任何帶電的跡象。忽然,，一團烏云飄來,，富蘭克林猛然間發(fā)現(xiàn)：風箏線尾端的麻繩纖維相互排斥地聳立起來，就像懸垂在普通的導體上一樣,。他感到一陣狂喜,，下意識地伸手指向鑰匙，結果受到了強烈的電震,。大雨很快自天而降,，當雨水打濕了麻繩時，他看到了美麗異常的電火花,。
　　實驗成功了，人類可以自豪地宣布：閃電與電是同一物質,。富蘭克林高興得難以自持,。但為了進一步研究整理這一研究成果，讓這一消息發(fā)表在自己的報紙上,，富蘭克林父子把這一秘密一直保持到了１０月份,。１０月１９日，富蘭克林關于風箏實驗的第一篇報道在《賓夕法尼亞報》上發(fā)表了,。

12.　避雷針最先是哪個國家發(fā)明的,？

公元1752年富蘭克林冒著很大的生命危險（和他的兒子）在費拉爾德亞城雷雨交加的一天進行了捕捉雷電的實驗。以后,，人們認為避雷針是美國人富蘭克林最先發(fā)明的,。

前蘇聯(lián)認為避雷針是18世紀時俄國科學家羅蒙諾索夫發(fā)明的。

然而事實證明避雷設備和避雷針是中國最早發(fā)明的,，而且要比美國人,、俄國人早1000多年。

早在公元220年至265年的三國時期我國就發(fā)明了避雷室的設備,，這在當時的建筑物上都可以看到,。公元420年至589年的南北朝時期的建筑物上也有“避雷室”,。
　　公元960年至1279年的宋朝時期的建筑物上也都有不同形式的避雷設備—雷公柱。避雷室,、避雷柱,，這些設施都是為了避免雷擊而設置在各種建筑物上的?！　∵@個結論是由華南工學院建筑系龍慶忠教授,，經(jīng)過長期調(diào)查研究提出來的，并發(fā)表了論文,，在論文中用大量的史料和實物證明避雷針是我國最早發(fā)明的,。
　　這個結論不僅我國科學工作者證明了，而且法國旅行家卡勃里歐列· 戴馬甘蘭也證明中國人發(fā)明避雷針要比歐美國家早,。因為他在我國旅行中也發(fā)現(xiàn)了我國古代建筑物上早就有避雷設置,。 

13.　閃電對人體的生理效應

雷災的最主要一種就是對人的傷害，可以使人的心臟停止供血,，可以使人 呼吸停止,、對神經(jīng)系統(tǒng)的影響，閃電的熱效應造成皮膚灼傷等,。

14.　閃電的電動力效應

由于雷電流的峰值很大,，作用時間短，產(chǎn)生的電動力具有沖力的特性,。

15.　閃電的光輻射效應

閃電的強大電流,，使得閃電通道內(nèi)的氣體分子和原子被激發(fā)到高能級，從而產(chǎn)生光輻射,。

16.　閃電的沖擊波效應

閃電回擊通道的初始平均溫度和氣壓均很高,，它的巨大的瞬時功率很高，所以產(chǎn)生爆炸式的沖擊波,。當沖擊波波陣面的超壓（Ps-P₀）達到380hPa時,，就可使厚約20公分的墻遭到破壞，而在強閃電時,，閃電回擊通道附近幾厘米至幾米范圍,，初始時的波陣面超壓可達到10⁴hpa數(shù)量級。

17.　閃電的熱效應和機械效應

閃電擊中地面物,，閃電電流產(chǎn)生焦耳-楞次熱效應,，雖然電流峰值很高，但作用時間很短,，只能產(chǎn)生局部瞬時高溫,，可以使較小體積的金屬熔化。有些閃電的半峰值時間較大,，則容易造成樹林或木結構物的高溫燃燒起火,。另一種情況是閃電流過擊中物的途徑中,，物體的焦耳楞次熱導致體內(nèi)的水份劇烈蒸發(fā)，產(chǎn)生氣體,，氣體膨脹的機械作用可使樹木劈裂,，房屋破壞，器物的爆裂,、爆炸等,。 閃電的熱效應和機械效應造成的災禍仍非常嚴重，不容輕視,，許多新技術設備受損,，特別是微電子技術的產(chǎn)品，如大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路接口和模塊的損壞,，歸根到底,，仍是閃電電流的熱效應所致。

18.　什么是雷電接觸電壓,？

閃電沿大樹或金屬架空物或避雷針引下線入地時,都會使流經(jīng)的途徑產(chǎn)生電位降,這是由歐姆定律所決定的.因此這些物體的各部位相對于大地均有瞬時的高電壓,，其值決定于閃電電流和這些部位與大地之間的電阻。當人的手或身體任何部位與它們接觸時,，身體的接觸點與站在地面上的雙腳之間就有高電壓,，這個電壓就稱為接觸電壓。

雷電接觸電壓引起的傷亡原理圖

19.　什么是雷電跨步電壓,？

在閃電已流入地下時,，閃電在地表之下流動時，大地的電阻同樣要產(chǎn)生電位降,，閃電入地點的電位最高（如果雷電流是正的）,，遠處雷電流幾乎為0的這些地方，電位最低,，即工程上所謂的零電位。人的兩腿分開站著,，兩腳之間就有電這種電壓也可以產(chǎn)生雷擊,，甚至可以致命。所謂的"跨步電壓"是指地面相距0.8m兩點間的電壓,。

雷電跨步電壓引起的傷亡原理圖

20.　什么是閃電電流產(chǎn)生的高電位"反擊"現(xiàn)象,？

閃電電流在引下線、接地體或建筑物的金屬管道等導體上產(chǎn)生非常高的電壓,，由于各種電器都要接安全地線,，電子 儀器、計算機均要接信號地線,，這些地線與防雷地線?？拷裨O,，因此閃電電流在防雷地線上的高電壓就可能對其它地線"反擊"而導通，于是這些設備的地線反而成為電壓很高的高壓端,，它與電源之間的電勢相對關系反轉,，兩者間的高電壓足以擊穿各種電子元器件。這種"反擊"不僅損壞電器和電子設備,，也會使各種室內(nèi)金屬管線帶上高電壓而造成人身事故,。此外它產(chǎn)生的閃絡、電火花或電弧還會導致火災,！