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雷电是怎么形成的?上行先导与下行先导发展过程

文章出处:本站 人气:199发表时间:2022-09-23

雷电是人们熟知的一种自然现象,雷鸣闪电,可怕而又宏伟壮观。过去,人们解释不了这种现象,把雷电当神来崇拜,大家熟悉的《西游记》中就有雷公电母等神话形象,令人敬畏。一些生命起源学说认为,是雷电孕育了地球现在的繁荣和文明。在对此观点疑惑的同时,人类确确实实地领略了雷电的巨大能量和威猛的破坏力,雷电给人类带来的灾难不胜枚举。

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雷电是怎么形成的呢?

雷电是雷云和大地间或带异种电荷的雷云间的放电现象。这种迅猛的放电过程产生强烈的闪电并伴随巨大的声音。发生闪电的云被称为雷雨云层积云雨层云、积云、积雨云都有可能成为雷雨云,但最常见的是积雨云。 雷电是一种大气中放电现象,产生于积雨云中。积雨云在形成过程中,一部分云团正电荷,另一部分云团带负电荷。它们对大地的静电感应,使地面或建(构)筑物表面产生异性电荷,当电荷聚集到一定程度时,不同电荷云团之间,或云与大地之间的电场强度可以击穿空气(一般为25~30KV/CM),开始游离放电,我们称之为“先导放电”。

云对地的先导放电是云向地面跳跃式逐渐发展的,当到达地面时(地面上的建筑物,架空输电线等),便会产生由地面向云团的逆导主放电。在主放电阶段里,由于异性电荷的剧烈中和,会出现很大的雷电流(一般为几十KV至几百KV),并随之发生强烈的闪电和巨响,这就形成雷电。(气象学会) 云的形成过程是空气中的水蒸气由各种原因达到饱和或过饱和状态而发生凝结的过程。积雨云是一种在强烈垂直对流过程中形成的云,由于地面吸收太阳的辐射热量大于空气层,因此白天地面升温较多,特别是夏季。

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近地面的大气温度也跟着升高,气体随着温度的升高体积增大,开始上升,同时密度减小,压强也随着降低,就会和上方的空气层发生对流。热气流在上升过程中膨胀降压,同时与高空低温空气进行热交换,于是上升气流携带的大量水蒸气凝结成细小水滴,就形成了云,并随着高度上升进一步冷却成冰晶。在大气电场以及温差起电效应、破碎起电效应等各种机制同时作用下,进行着水滴中电荷分离的复杂过程,形成带电荷的雷云。 雷云在运动中产生分层电荷。当此雷云在天空移动时,它拖着一个相反极性电荷的阴影在地表移动,我们称其为地电荷。

当地电荷到达构筑物, 雷云电荷吸引地电荷上升到构筑物最顶端,然后再跨越结构水平散布。使地面和雷云间形成强大的电场。使两种电荷保持分离的是中间空气的绝缘。当云中某处积聚的电荷密度很大,激发的电场强度达到 25-30KV/cm 时,从云分支向下进行步进式放电,称为下行先导放电。这个先导逐渐接近地面,达到一定距离时,地面物体在强电场作用下产生尖端放电,向上迎着步进先导发射电子流,成为上行先导放电。当上行先导与下行先导接通时,此离子化通道变为主雷击通道。主放电会有很大的雷电流(一般为几十千安至几百千安),并伴随强烈的闪光雷声。这种雷云对大地的放电,常被称为直击雷。这种雷击破坏力极大,产生电效应、热效应机械力,会造成极大的危害。



上行先导与下行先导一般同时发生,多见于雷云对地放电。下行先导指从雷云开始发展,向下方延伸的先导通道;上行先导指从地面(多见于突出地面的尖端,如建筑物、树木)开始发展,向上方延伸的先导通道。一般下行先导先开始发展,雷云多为负极性云,该过程与负先导相同。当余下间隙的电场足够大,上行先导开始发展,负先导在气隙中堆积的电子大量流向正极,加剧上行先导的发展,最终上行先导与下行先导通道距离足够小,则发生完全击穿,产生主放电。

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