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雷電知識解惑

來源:德恩拓 發布時間:2013-7-4 8:55:43

冷云的電荷積累 當對流發展到一定階段,云體伸入0層以上的高度后,云中就有了過冷水滴、霰粒和冰晶等。這種由不同相態的水汽凝結物組成且溫度低于0的云,叫冷云。冷云的電荷形成和積累過程有如下幾種:

過冷水滴在霰粒上撞凍起電防雷器

在云層中有許多水滴在溫度低于0時也不會凍結,這種水滴叫過冷水滴。過冷水滴是不穩定的,只要它們被輕輕地震動一下,就馬上凍結稱冰粒。當過冷水滴與霰粒碰撞時,會立即凍結,這叫撞凍。當發生撞凍時,過冷水滴外部立即凍成冰殼,但它的內部仍暫時保持著液態,并且由于外部凍結放的潛熱傳到內部,其內部液態過冷水的溫度比外面的冰殼高。溫度的差異使得凍結的過冷水滴外部帶上正電,內部帶上負電。當內部也發生凍結時,云滴就膨脹分裂,外表皮破裂成許多帶正電的冰屑,隨氣流飛到云層上部,帶負電的凍滴核心部分則附在較重的霰粒上,使霰粒帶負電并留在云層的中下部。

冰晶與霰粒的摩擦碰撞起電

霰粒是由凍結水滴組成的,成白色或乳白色,結構比較松脆。由于經常有冷水滴與它撞凍并釋放潛熱,它的溫度一般比冰晶高。在冰晶中含有一定量的自由離子(OH-H+),離子數隨溫度升高而增多。由于霰粒與冰晶接觸部分存在著溫度差,高溫端的自由離子必然要多于低溫端,因而離子必然從高溫端向低溫端遷移。離子遷移時,帶正電的氫離子速度較快,而帶負電的較重的氫氧根離子則較慢。因此,在一定時間內就出現了冷端氫離子過剩的現象,造成了高溫端為負,低溫端為正的電極化。當冰晶與霰粒接觸后,又分離時,溫度較高的霰粒就帶上了負電,而溫度較低的冰晶就帶上了正電。在重力和上升氣流的作用下,較輕的帶正電的冰晶集中到云的上部,較重的帶負電的霰粒則停留在云層的下部,因而造成了冷云的上部帶正電而下部帶負電。

水滴因含有稀薄鹽分而起電防雷器

出了上述冷云的兩種起電機制外,還有人提出了由于大氣中水滴含有稀薄鹽分而產生起電機制。當云滴凍結時,冰的晶格中可以容納負的氯離子,卻排斥正的鈉離子。因此,水滴凍結的部分帶負電,而未凍結的部分帶正電(水滴凍結時是從里向外進行的)。由于水滴凍結而成的霰粒在下落的過程中,摔掉表面還未來得及凍結的水分,形成許多帶正電的小云滴,而凍結的核心部分則帶負電。由于重力和氣流的分選作用,電正點的小滴被帶到云的上部,而帶負電的霰粒則停留在云的中、下部。

暖云的電荷積累 在熱帶地區,有一些云整個云體都位于0以上區域。因而只含有水滴而沒有固態水粒子。這種云叫暖云或水云。暖云也會出現雷電現象。在中緯度地區的雷暴云,云體位于0等溫線一下的部分,就是云的暖區。在云的暖區里也有起電過程發生。在雷雨云的發展過程中,上述機制在不同的發展階段分別起作用。但是,最主要的帶電機制還是由于水滴凍結造成的。大量觀測事實表明,只有當云頂呈現纖維狀,絲縷結構時,云彩發展成為雷雨云。飛機觀測發現,雷雨云中存在以冰、雪晶和霰粒為主的大量云粒子,而且大量電荷的積累即雷雨云迅猛帶電機制,必須依靠霰粒生長過程的碰撞、撞凍和摩擦等才能發生。防雷器

閃電現象

 暴風云通常產生電荷,底層為陰電,頂層為陽電,而且還在地面產生陽電荷,如影隨形地跟著云移動。陽電荷和陰電荷彼此相吸,但空氣卻不是良好的傳導體。陽電奔向樹木、山丘、高大建筑物的頂端甚至人體之上,企圖和帶有陰電的云層相遇;陰電荷枝狀的觸角則向下伸展,越向下伸越接近地面。最后陰陽電荷終于克服空氣的阻障而連接上。巨大的電流沿著一條傳導氣道從地面直向云涌去,產生出一道明亮奪目的閃光。一道閃電的長度可能只有數千米,但最長可達數百千米。防雷器

閃電的溫度,從攝氏一萬七千度至二萬八千度不等,也就是等于太陽表面溫度的3~5倍。閃電的極度高熱使沿途空氣劇烈膨脹??諝庖苿友杆?,因此形成波浪并發出聲音。閃電距離近,聽到的就是尖銳的爆裂聲;如果距離遠,聽到的則是隆隆聲。

 

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