天雷滾滾怎麽辦?請收藏這份雷電檔案

來源:中國科學探索中心 2018-07-09 12:07:43

雷電是人類最熟悉的自然現象。端午節前後,我國很多地區進入了雷雨多發時節。當雷電在滂沱大雨中閃爍轟鳴時,你會感受到雷聲那磅礴的力量,看到那如神龍巨爪般的閃電。

閃電打雷構成了自然界蔚為壯觀的一方畫廊。在古代的詩歌詞賦中,有不少吟詠雷電的佳作,晉代傅元《驚雷歌》中的:“驚雷奮兮震萬裏,威淩宇宙兮動四海,”把雷電氣魄寫得何等的雄奇!宋代愈琰的《雷》詩中:“幽窗降鑒頻三四,照盡人間正與邪”,卻把雷電與人類倫理觀等聯係起來,……可見雷電對人類生產生活乃至文化產生的影響是巨大的。

古人對雷電的認識

雷電自遠古呱呱誕生已有數十億年了。雷電的本質是什麽? 當它陣陣的騷動、悠閃藏耀展現在先民麵前時,既蘊含著對生命的誘惑,也深藏著對生存的恐懼。

隨著社會的文明進步,人類開始用理性的眼光來審視雷電,以揭釋其中之謎。先秦時代,古人就用“陰陽”學說來解釋雷電。《尚書洪範》中認為:“有雲然後有雷……故雲雷相托,陰陽之合。《淮南子·天文訓》中也說:“陰陽相薄,感而為電,激而為雷。”宋代的理學家程顥也指出:“電者陰陽相軋,雷者陰陽相擊,”陰陽學說成了古人解釋雷電產生的機理的理論依據。

對於雷電在人類生活中導致的人被擊斃,樹木折斷,房屋著火等災害,古人蠟誤地認為這是上天對人不良行為的懲罰。東漢唯物論者王充針對這種情況,曾分析說這是由於“陰陽較軫”(衝突)而產生“激射”的結果,並指出“雷為天怒,虛妄之言”。

在我國古代的一些建築中,巧妙地應用了避雷方法,山西應縣縣城西北佛宮寺內有一座木塔,它建於遼代清寧上年(1056年),塔高67.31米,其周圍的房屋不過高10米,當周圍的屋舍屢遭電擊時,這座高聳的木塔卻安然無恙。明代永樂年間建在武當山絕頂處的銅鑄鎦金大殿,每逢雷雨季節,當雷電驟起之時,全殿周圍頻頻掠過巨大的火球,形成了“雷電煉殿”的奇觀,而金殿卻完好無損。科學研究表明,金殿建在峰頂,其表麵鎏金,本身就如同一個伸入天空的大型鈍頭避雷針。

雷電產生於“陰陽”之說和古人的“避雷”措施,在科學發展史上具有重要意義

雷電如何帶電

閃電的形狀可分為線狀、帶狀、球狀、片狀,聯球狀和火花等,線狀閃電最常見,它是一枝在空中曲折發展的火光柱,從這光柱上伸出許多小分枝,如同樹幹上的小枝條,這種閃電的長度平均約2~3公裏,常發生在雲對地之間,閃電構成的形狀千姿百態,但這些電又是如何產生的呢?

大名鼎鼎的美國科學家富蘭克林是率先研究雷電的人之一。他曾用風箏作為雷電探測器,差點被雷電要了命,成功證明雷電是一種電。他在1752年指出:“雷雨雲通常處於帶負電荷狀態,但有時也處於帶正電狀態。”要產生閃電,必須是正電荷或負電荷從雲區之間,或雲與地球之間傳播,但是引起雷雨雲導電的原子現象和使整團雷雨雲完成帶電過程的空氣運動如何解釋呢?後來,科學家們提出了兩種理論:首先是德國物理學家丁·埃爾斯托和F·革特爾提出了“重力分離理論”。

他們認為,雷雨雲中的雨滴,冰雹,霰粒(小冰粒),在重力作用下下落穿過空氣和懸浮在空氣中的水滴以及冰晶粒時,較大的雨滴和小水滴就形成水霧,同時在與冰晶的碰撞過程中,雨滴帶上了負電,根據電荷守恒定律,水霧就帶上正電。後來,法國巴黎大學的加斯頓、格勒內特提出了“對流假說”。他認為雲最初帶電來自外源供給:一是宇宙射線(一種來自外部空間的高能粒子流),它使雲中空氣分離為正負離子;二是地球表麵的一些尖銳物體周圍的電場,產生正離子的電暈放電。科學家們則傾向於重力分離理論。但這兩種理論,都尚未能圓滿地解釋雲雨的帶電過程,有關雷電產生的微觀機理,有待進一步探索。

雷電的能量

中國有句成語,叫“排山倒海之勢,雷霆萬鈞之力”。雷霆有萬鈞之力嗎?這個巨大的能量又來自何方?

究其根源,雷電的能量來自熱能,水蒸氣受熱膨脹,密度變得比周圍空氣小,在快速上升過程中,冷凝或凍結,釋放出潛在的熱能,然後液態水或冰開始下降,根據重力理論,下降過程中失去的引力熱能便轉化為雲層的靜電能量,一旦這個靜電場強度遠遠大於局部介質的強度,就會產生閃電,閃電過程中,靜電能轉化為電磁能和聲能,但最後又複歸為熱能,

普通的一次閃電,地麵和雲端之間的電勢差約1000萬伏以上,可放電l 0~20庫侖,那麽釋放的能量約2.0×108(2乘10的8次方)焦耳,相當於1噸(1000千克)重的物體提高20米;對於中等規模的雷電,每分鍾有幾次閃電,功率達幾百兆瓦,相當於一個小型核動力電站的功率,顯然雷電有“萬鈞之力”。

在地球大氣對流層中,每一秒鍾約有100餘次雷電落地,每天都有800餘萬次閃電釋放著巨大的能量。危害最大的落地雷,電壓可高達幾千萬伏,峰值電流的強度為5萬-20萬安培,閃電通道內溫度高達1萬-2萬℃以上。

美國紐約大學的裏查德扣奧維勒曾利用美國東部的36台儀器觀察研究了美國東南部佛羅裏達群島的閃電。他們分析了500多萬次雷電火花,發現佛羅裏達雷擊時的峰值電流達到4—4.5萬安,約為新英格蘭的閃電電流的兩倍。研究表明,雷電火久花這一特性隨高度而變,並且雲彩體積越大,貯存的電荷越多,產生的峰值電流更大,釋放的能量也就越多。

閃電時釋放出聲能,較近的雷聲是急促、猛烈的,遠雷則感覺到隆隆之音,餘音經時較久。隆隆之音可以是雲層,山穀及其它障礙物多次反射的結果,但主要原因是閃電路徑的彎曲,使電路上各點到達觀測者的距離不等,再加之不規則電路上各部分放電秩序的先後,產生聲波的幹涉。

雷電的弊與利

雷害是聯合國公布的10種最嚴重的自然災害之一,全球每年因雷害造成的損失達上百億美元。近20年來,我國因雷電災害導致直接經濟損失達百萬元以上的就有400多起,傷亡人數達數千人。

在美國,森林火災70%由雷擊引起,55%的石油火災是因雷擊引發的。在中國,以往大興安嶺林區林火22%以上由雷擊引起,其中29%釀成大火或特大火災。

1989年8月12日,我國黃島曲庫起火並引發大爆炸,死19人,傷61人,幾百噸原油付之一炬,大火持續了104小時。禍因就是儲油庫遭地滾雷(球雷)襲擊所致。

球雷是在空氣中飄浮移動的團狀火球,有粉紅、紅、黃、綠和白幾種顏色。它可以從煙囪、窗戶、門縫中鑽進來。球雷大多出現在強雷雨天氣中,好發於線狀閃電之後,當碰到人或物體後即發出驚人的爆裂聲,造成人員傷亡,或引發火災。為此,當天氣出現強雷雨及線狀閃電之後,應緊閉門窗,嚴防球雷鑽空子。

雷電又是飛行安全之大敵。據調查,民航飛機平均每飛行2500小時就會碰到一次雷擊,噴氣式飛機每飛行1000小時可碰到一次雷電。雷電有時還會擊中火箭。1987年6月9日19時,美國一發射場上,豎立在發射架上的3枚巨型火箭被雷擊中,引爆了點火裝置,火箭自行升空,釀成了美國航天史上一起罕見的事故。筆者今年6月30日晚乘坐飛機從海口返京,快接近北京時遇到雷區,外麵的閃電和雷聲使人心驚肉跳。

因此,專家們建議,在高大建築物上必須安裝避雷裝置,防禦雷擊災害;在戶外不要使用手機之類;雷雨天盡量少洗澡,太陽能熱水器用戶切忌洗澡;等等。

事物都有其兩麵性,雷電也是如此,我們來看看它的好處:

雷電是一種較潔淨的能源。它一次放電能量達1~10億焦耳。利用它的衝擊力,能夯實鬆軟的地基,為建築行業節省能源。利用雷電產生的高溫,可使岩石內水分膨脹,達到爆破采石的目的。

雷電還可製造氮肥。閃電通道內的高溫,有利於空氣中的氮、氧合成二氧化氨。生成的二氧化氯被雨水溶解,變成稀硝酸,落人土中,又與其他物質結合形成硝石。

雷雨能保健。大家知道,負氧離子對人體健康是十分有益的。雷雨之後,每立方厘米空氣中負氧離子數目達1萬餘個,而晴天裏的鬧市區,負氧離子數目僅有幾十個。

雷電可幫助找礦。雷電偏愛打擊容易導電的物體。據此,人類可順藤摸瓜找到地下金屬礦藏。

……

雷電作為一種自然現象,深深地影響著人類生活的各個方麵,隨著科學的不斷發展和對大自然認識的日益深化,人類終將能有效地利用雷電,趨利避害,使它更好地造福於社會。

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