雷電是如何產(chǎn)生的

良　功

電閃雷鳴使人心驚肉跳，有時(shí)還會(huì)嚴(yán)重威脅人的生命財(cái)產(chǎn)安全.古代科學(xué)水平低下，人們不理解雷電現(xiàn)象，十分敬畏它，比如在我國雷公電母迷信思想就很盛行，西方國家則多數(shù)人認(rèn)為閃電是“上帝之火”，還有少數(shù)人認(rèn)為是“毒氣爆炸”.

直到1752年6月的一個(gè)雷雨天，美國科學(xué)家富蘭克林做了著名的“費(fèi)城實(shí)驗(yàn)”，才揭開雷電之謎.他在用綢子做的大風(fēng)箏上，安裝一根尖細(xì)的鐵絲，用麻繩與這鐵絲連接起來，麻繩的末端拴了一把銅鑰匙，鑰匙塞在萊頓瓶中.他將風(fēng)箏放上天空，一陣?yán)纂?，麻繩上松散的毛毛向四周豎立起來，靠近鑰匙的手和鑰匙之間產(chǎn)生了火花.說明雷雨云層中的電荷順著被打濕的麻繩傳導(dǎo)下來，收集在萊頓瓶中.他用萊頓瓶中收集的電荷做實(shí)驗(yàn)后總結(jié)到:“由此得來的電火可以使酒精燃燒，并可用來進(jìn)行別的有關(guān)電的實(shí)驗(yàn)，而這些實(shí)驗(yàn)平常是靠摩擦小球或小管來做的.這樣就完全證明這種電的性質(zhì)和天空中的閃電是同樣的.”富蘭克林冒著生命危險(xiǎn)，揭開了雷電的千古之謎，原來雷雨云中所帶的電與摩擦帶電是一樣的，閃電就是雷雨云的放電現(xiàn)象.

通常一次閃電可以傳遞100 C或更多電荷，但閃電持續(xù)時(shí)間只有幾毫秒，所以閃電中電流可達(dá)到10⁵ A.這些雷電從何而來?原來雷雨云中的電荷，主要是云中水滴?冰晶和雪子在重力和強(qiáng)烈上升氣流共同作用下，不斷發(fā)生碰撞摩擦而產(chǎn)生的.當(dāng)冰晶和雪子相碰時(shí)，短暫的摩擦作用使雪子表面局部溫度上升且比冰晶高，結(jié)果使雪子表面帶上負(fù)電，冰晶帶上正電.這就是所謂的溫差效應(yīng).當(dāng)冰晶與雪子分開時(shí)，正負(fù)電荷也分開了.當(dāng)水滴在雪子表面凍結(jié)時(shí)，水滴里外溫度也不一致，水滴外層溫度低，先凍結(jié)呈正電性，里面溫度高呈負(fù)電性.一旦內(nèi)部水凍結(jié)時(shí)，體積迅速膨脹，外層冰殼破裂，冰屑帶著正電荷飛散出去，留下的凍水滴上仍帶著負(fù)電荷.這樣正負(fù)電荷分離后，冰屑較輕，被上升氣流帶到云層頂部，所以雷雨云一般上面帶正電荷.強(qiáng)烈上升氣流也會(huì)將云中大水滴沖破，形成許多帶負(fù)電的小水珠和帶正電的較大水珠.帶正電的大水珠下沉，直至被上升氣流支持在云層底部的局部區(qū)域.這樣一來，帶負(fù)電的小水珠和雪子逐步擴(kuò)散到雷雨云下部廣大區(qū)域，使云層下部大部分區(qū)域帶負(fù)電，上部區(qū)域帶正電.

通常一次閃電的電流強(qiáng)度約2×10⁴ A，電壓約109 V，放電時(shí)間約0.001 s，可以求出，一次雷電的電功率為2×10¹³ kW，電流所做的功約為5.6×10³ kW?h，能量是如此巨大!所以雷電的破壞力是驚人的.從雷雨云電荷的形成過程分析中，我們看到是強(qiáng)烈上升氣流起主要作用.而大氣層對(duì)流的根本原因，還是太陽光照射使大氣層各處形成溫差造成的.因此，雷雨云層積累大量電荷，形成巨大能量，歸根到底還是太陽能的一種轉(zhuǎn)化形式，這是我們必須認(rèn)清的.

責(zé)任編輯蔡華杰