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              防雷技术
             
            防雷装置LPS设计流程图
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              防雷技术 > 雷电的形成
            雷电的形成

            雷电是一种极为宏伟壮观的自然现象,是一门古老而富有神秘色彩的科学滚球体育app官方主页。雷电孕育了地球的生命,又促成了地球上的文明滚球体育app官方主页,功莫大焉!但是,雷电的巨大破坏力,又给人类社会带来惨重的灾难滚球体育app官方主页。而人类与自然的斗争从未停息过,与雷电的斗争是卓有成效的。随着社会的发展和科技进步滚球体育app官方主页,对雷电防护技术取得了日新月异的进展。

            雷电是天气现象之一滚球体育app官方主页。在雷云的形成过程中,某些云团带有正电菏滚球体育app官方主页,另些云带有负电荷滚球体育app官方主页。它们对大地的静电感应使地面产生异性电荷。当这些云团电荷积聚到一定程度时滚球体育app官方主页滚球体育app官方主页,不同电荷的云团之间或云团与大地之间的电场强度就可击穿空气(一般为2530kV/㎝)开始游离放电。我们称这种游离放电为“先导放电”滚球体育app官方主页,云团对大地的先导放电是云团向地面跳跃(梯级)式逐渐发展的,当它到达地面时(高出地面的微生物滚球体育app官方主页、架空输电线等),便会产生由地面向云团的逆主放电。在主放电阶段里,由于异性电荷的剧烈中和,会出现很大的电流(一般为几十kA至百kA),随之发生强烈放电闪光,这就是闪电;强大的电流把闪电通道内的空气急剧加热到一万度以上使空气骤然膨胀而发出巨大响声,这就是雷,这就形成了雷电滚球体育app官方主页。

            雷雨云中的电是怎样变为闪电的?

            它有多少种类型?

            在雷雨云的不同部位之间聚集着不同符号的电荷滚球体育app官方主页滚球体育app官方主页,当它们积累到一定程度时,就在云的不同部位之间,不同云团之间以及云团与地面之间产生很强的电场,它的强度平均可达几十万伏/米,甚至可高达几百万伏/米。这么强的电场足以把云内滚球体育app官方主页、外的大气层击穿而产生瞬时强火花放电,这就是闪电。

            在地面上用肉眼观看滚球体育app官方主页,常见到一闪一闪的曲折亮线,偶尔也能见到其它形态的闪电。用特殊照相技术可以记录下闪电的形态及其发展过程。

            最常见的是枝状闪电,简称“枝闪”。它很像一株倒挂的树枝,弯弯曲曲向下伸展滚球体育app官方主页。枝闪可以在云内、云与云之间滚球体育app官方主页、云与地之间,甚至在云与周围天空之间产生。其中云地闪大约占整个闪电20﹪滚球体育app官方主页,而云空闪极为罕见,它是云内电荷与云外空气中极性相反的电荷间的放电现象。对于当空无云的天气来说滚球体育app官方主页,云与周围大气间的闪电可算得上是“晴天霹雳”了。

            带状闪电滚球体育app官方主页,简称“带闪”滚球体育app官方主页。它看上去像一条很宽的闪电带,它由连续几次放电形成的滚球体育app官方主页,每次放电通道被风吹向一侧适当距离处,使得单独放电通道彼此靠近就形成带状。在眼睛的视觉暂留内,看起来似乎它们是同时放电发光的。

            珠状闪电,简称“珠闪”。它像一条在云幕上的闪光珍珠项链,常在枝闪消失之后,在原枝闪的位置上发生,大概是枝状闪电到球状闪电的过渡形式滚球体育app官方主页。

            强烈的枝闪之后滚球体育app官方主页,有时会出现球状闪电。这种闪电十分罕见滚球体育app官方主页。

            片状闪电,简称“片闪”。它看起来好像是云层上的一大片闪光。这种闪电可能是云层后面看不见的火花放电的反射光滚球体育app官方主页,或是云内闪电被云滴遮挡而造成的漫射光,也可能是出现在云层上部的放电现象。片闪也是一种常见的闪电,它常在雷雨云强度减弱,降水临近结束时出现。

            火箭状闪电比其它各种闪电放电都慢,一般需11.5秒钟才放电完毕。借肉眼可观察到它的活动,它的形状好像是拖曳体滚球体育app官方主页滚球体育app官方主页。

            对人类危害最大的是云对地的闪电滚球体育app官方主页滚球体育app官方主页,人们对它的性质研究得最清楚滚球体育app官方主页。我们只讨论在平坦旷野上空的雷雨云底部带有负电荷的那种常见的云地闪电滚球体育app官方主页,这种电多数呈枝状滚球体育app官方主页。

            我们肉眼所看到一次闪电实际是由相继的数次闪击放电所组成的滚球体育app官方主页。每次击都沿窨同一通道,彼此间隔为百分之几秒。

            一次闪电含有一个接一的闪击(或叫脉冲)。而每一次闪击又都由两个过程组成;由云端发出的开路先锋叫“梯极先导”的放电开始滚球体育app官方主页,由地面向上窜的“回返闪击”放电结束。

            闪电初起滚球体育app官方主页,在雷雨云底部的强电场作用下,云底部的负电荷迅速向下运动,沿途不断与空气分子碰撞滚球体育app官方主页,致使空气分子产生新的电子和正离子滚球体育app官方主页。这些电子再与空气分子碰撞产生链锁式的“雪崩反应”,使得向下运动的负电荷迅速增多。激烈的雪崩反应使空气分子受到激发,形成一条发光的电离通道。

            发光通道是一条长火花滚球体育app官方主页,它以跳跃方式逐级向下推进。第一个长火花向下跳跃约十几米左右,火花消失。停息数十微秒后,重新沿同一通道跳跃出另一条长火花。再歇息数十微秒后滚球体育app官方主页,它又消失。然后再发出更长的火花,火花平均长度约为50。就这样,带负电的火花前端像阶梯一样以每秒100多公里的平均速度一步一步地向地面逼近。梯先导所携带的电流大约是100200安培。它在行进时有时出现分叉,但这些分叉往往未传到地面就在空中中断。闪电通道曲曲折折,这与空间导电因素的布状况有关。闪电电流总是循电阻最小的途径的,空间总存在一些导电粒子,它们在空间的分布处处不同滚球体育app官方主页,随地而异,所以闪电的路径也就变化万千了。

            经过多次的放电、消失、梯级先导通道的前端到达离地面很近处(约1020米)滚球体育app官方主页,这时在它下面的电场已变得非常强。于是就在地面上滚球体育app官方主页,特别是在高出地面的物体上感应出大量的正电荷,正电荷相互吸引,这样,就从地面冲出一股明亮无比的光柱,与先导的前端会合沿着由梯级先导所开辟的高度电离的通道向上窜滚球体育app官方主页。这股上窜的电流非常强,最大值可达1万安培左右滚球体育app官方主页,它以310万公里/秒的速度滚球体育app官方主页,在千分之几秒内奔向云中,这叫做回返闪击,或主放电。我们在地面上用肉眼所观看到的闪电滚球体育app官方主页,其实就这种极明亮的主闪击滚球体育app官方主页。

            从梯级先导到主闪击组成了一次完整的闪击地过程。通常一次闪电由34次闪击组成,有时可记录到几十次闪击。当第一次闪击结束约百分之几秒后,紧接着从云端又伸出一条较暗淡的光柱滚球体育app官方主页,沿旧通道直冲下来,中间不再歇息,所以称它为“直窜先导”。它大约在千分之几秒内,以大约2000公里/的速度迅速冲向地面,携带着约1000安培的电流。当它到地面的那一瞬间,只听“咝”的一声,沿着该通道又有一个/回闪一直往上冲出,叫第二次回击滚球体育app官方主页。由直窜先导与回击构成第二次闪击。因为梯级先导开辟了导电通道滚球体育app官方主页,所以直窜先导的速度和携带的电流都比梯级先导大。以后的各次闪击情况基本与第二次相同。由于每一次闪击放电都要大量消耗雷雨云中的电荷,所以后续的主放电强度越来越弱,直到雷雨云中电荷消耗尽,闪电放电才告终止。

            一次电总寿命只有十分之几秒,而一次闪电平均向地面输送约25库仑的负电荷。闪电时,云到大地间的电位差上升到几千万伏特,闪电通道中电流平均可达几万安培,最大可达20万安培以上。云地电压很难准确测出,有用的量是闪电电流,它可以设法测出来。有了电流和变化速度,就可能估算避雷设备的设计参数。

            使用磁钢棒装置可测量闪电电流,磁钢棒是用有强剩磁特性的材料制作的小棒,装在闪电电流可能流过的地方,如电线杆滚球体育app官方主页、避雷针等处滚球体育app官方主页。闪电电流使磁钢棒磁化,由剩磁的大小和极性,就可判断出闪电电流的大小和方向。

            闪电通道的直径一般只有几厘米到几十厘米,强大的闪电电流把通道烧成白炽滚球体育app官方主页,通过光学测量方法可测知通道中气体的温度约为2万摄氏度。一次闪电释放的能量就有几万个千焦耳,这个能量相当于一只普通炽电灯连续点燃几百小所需的能量。

            对一般人来说,雷电的闪电没有雷声来得可怕。因为闪电通道的直径只有几厘米滚球体育app官方主页,而大部分电流是从通道的芯流过的,芯的直径才有几个毫米。所以一闪电释放出的能量,大部分消耗于加热道内的空气柱,使得那里的温度在几微秒内急剧升高到几万摄氏度滚球体育app官方主页。温度剧增造成通道内的气压猛增到一百个大气压以上。气柱内空气急剧膨胀,温度很快下降,压力降低」銮蛱逵齛pp官方主页?掌闹枵退跣纬杀ú?滚球体育app官方主页,它开始时大约以5公里/秒的速度向四面八方传播,经0.10.3秒后能量减弱而变成变通的声波,这就是紧随闪电之后的雷声滚球体育app官方主页滚球体育app官方主页。

            我们听到的雷击有时是沉闷的隆隆声,有时是震耳欲聋的霹雳声,这由声音的强度或响度以及声音的音调或频率决定。先说响度,如果我们的视线与曲折的闪电通道的某一段相垂直,那么该段上各点空气的振动生的声波差不多同时传到我们的耳膜滚球体育app官方主页,于是就听到了高响度的霹雳声。如果闪电通道的一段顺着我们的视线滚球体育app官方主页,这时通道上各点发出的声波又经云内的多次反射而先传到我们的耳膜,结果是低强度的隆隆声。通道越曲折,就越增强隆隆声效果。

            再考虑音调。雷鸣的产生类似于一次爆炸。大家熟悉,小爆炸声音调高,而大的空中炸弹的音调低。爆炸的能量越大,音调越低滚球体育app官方主页滚球体育app官方主页。一般而言,雷鸣的频率约为50/秒。雷鸣音调由两个因素决定:一定能量的闪电通道滚球体育app官方主页,空气密度越低,音调就越低滚球体育app官方主页。即高处的闪电通道雷鸣应比近地的雷鸣音调低滚球体育app官方主页;空气滤掉了较高的音调滚球体育app官方主页滚球体育app官方主页,于是通道越远的部分,雷鸣音调越低滚球体育app官方主页。这样,我们听到的就是拖了几秒钟的、连续不断的滚球体育app官方主页、高低顿挫的轰隆声。

            有时滚球体育app官方主页,当电离地面只有几百米时,几乎跟着耀眼的闪光之后立刻就听到了令人心惊胆战的猛击声,此声音似于撕布声。它来自通道底部的爆炸,由于此处距地面很近,爆炸波还来不及演变成声波滚球体育app官方主页。

            雷声听起来响亮惊人滚球体育app官方主页,但它传播得并不太远。离我们20公里以外的闪电,只能隐约听到雷声。而远离们25公里以外高处的闪电就很少听到雷声滚球体育app官方主页,这是因为大气的温度和大气中空气的移动速度是随高度变化的。在雷暴周围的大气中滚球体育app官方主页,声波一般是弯曲向上的滚球体育app官方主页,此时若人站在足够高处,尚能听到此雷鸣。

            不少人常担心响雷偷袭滚球体育app官方主页,在一阵强闪之后立即捂住双耳,这是人们抵御雷电危害的一种正常行为。其实当你听到雷声时滚球体育app官方主页,闪电已过去了。因为电比雷声传播速度快得多,听到雷声反而说明你安全无恙滚球体育app官方主页滚球体育app官方主页。当然这是指一次闪电面说的。

            一声响过后滚球体育app官方主页,很容易估算闪电离我们有我远滚球体育app官方主页。当看见闪电时,立即记下时间滚球体育app官方主页,等听到雷声时,再记录时间滚球体育app官方主页,两次时间差乘以声速就是闪电到观察者的距离。这个道理很简单,因为闪电发出的光以30万公里/秒的速度传播,而雷声以声速340/秒传播。由于闪电电距地面一般只几公里到几十公里,所以几乎在闪电爆发的同时,人们可看到它。例如,见闪电后10秒钟才听到雷声,闪电大约是从离你3.4公里远的云内发出的滚球体育app官方主页。

            虽说雷暴是闪电的主要起源,但不是唯一的。闪电也可能发生在雪暴、沙暴以及冰雹中滚球体育app官方主页。在火山喷出物上升时滚球体育app官方主页,在核爆炸产生的火球处,甚至在晴朗的蓝天滚球体育app官方主页,也都可能发生闪电滚球体育app官方主页。只要大气中存在着强电场足以击穿空气滚球体育app官方主页滚球体育app官方主页,就提供了产生闪电的条件。

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