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雷电知识解惑

来源:德恩拓 发布时间:2013-7-4 8:55:43

冷云的电荷积累 当对流发展到一定阶段,云体伸入0层以上的高度后,云中就有了过冷水滴、霰粒和冰晶等。这种由不同相态的水汽凝结物组成且温度低于0的云,叫冷云。冷云的电荷形成和积累过程有如下几种:

过冷水滴在霰粒上撞冻起电防雷器

在云层中有许多水滴在温度低于0时也不会冻结,这种水滴叫过冷水滴。过冷水滴是不稳定的,只要它们被轻轻地震动一下,就马上冻结称冰粒。当过冷水滴与霰粒碰撞时,会立即冻结,这叫撞冻。当发生撞冻时,过冷水滴外部立即冻成冰壳,但它的内部仍暂时保持着液态,并且由于外部冻结放的潜热传到内部,其内部液态过冷水的温度比外面的冰壳高。温度的差异使得冻结的过冷水滴外部带上正电,内部带上负电。当内部也发生冻结时,云滴就膨胀分裂,外表皮破裂成许多带正电的冰屑,随气流飞到云层上部,带负电的冻滴核心部分则附在较重的霰粒上,使霰粒带负电并留在云层的中下部。

冰晶与霰粒的摩擦碰撞起电

霰粒是由冻结水滴组成的,成白色或乳白色,结构比较松脆。由于经常有冷水滴与它撞冻并释放潜热,它的温度一般比冰晶高。在冰晶中含有一定量的自由离子(OH-H+),离子数随温度升高而增多。由于霰粒与冰晶接触部分存在着温度差,高温端的自由离子必然要多于低温端,因而离子必然从高温端向低温端迁移。离子迁移时,带正电的氢离子速度较快,而带负电的较重的氢氧根离子则较慢。因此,在一定时间内就出现了冷端氢离子过剩的现象,造成了高温端为负,低温端为正的电极化。当冰晶与霰粒接触后,又分离时,温度较高的霰粒就带上了负电,而温度较低的冰晶就带上了正电。在重力和上升气流的作用下,较轻的带正电的冰晶集中到云的上部,较重的带负电的霰粒则停留在云层的下部,因而造成了冷云的上部带正电而下部带负电。

水滴因含有稀薄盐分而起电防雷器

出了上述冷云的两种起电机制外,还有人提出了由于大气中水滴含有稀薄盐分而产生起电机制。当云滴冻结时,冰的晶格中可以容纳负的氯离子,却排斥正的钠离子。因此,水滴冻结的部分带负电,而未冻结的部分带正电(水滴冻结时是从里向外进行的)。由于水滴冻结而成的霰粒在下落的过程中,摔掉表面还未来得及冻结的水分,形成许多带正电的小云滴,而冻结的核心部分则带负电。由于重力和气流的分选作用,电正点的小滴被带到云的上部,而带负电的霰粒则停留在云的中、下部。

暖云的电荷积累 在热带地区,有一些云整个云体都位于0以上区域。因而只含有水滴而没有固态水粒子。这种云叫暖云或水云。暖云也会出现雷电现象。在中纬度地区的雷暴云,云体位于0等温线一下的部分,就是云的暖区。在云的暖区里也有起电过程发生。在雷雨云的发展过程中,上述机制在不同的发展阶段分别起作用。但是,最主要的带电机制还是由于水滴冻结造成的。大量观测事实表明,只有当云顶呈现纤维状,丝缕结构时,云彩发展成为雷雨云。飞机观测发现,雷雨云中存在以冰、雪晶和霰粒为主的大量云粒子,而且大量电荷的积累即雷雨云迅猛带电机制,必须依靠霰粒生长过程的碰撞、撞冻和摩擦等才能发生。防雷器

闪电现象

 暴风云通常产生电荷,底层为阴电,顶层为阳电,而且还在地面产生阳电荷,如影随形地跟着云移动。阳电荷和阴电荷彼此相吸,但空气却不是良好的传导体。阳电奔向树木、山丘、高大建筑物的顶端甚至人体之上,企图和带有阴电的云层相遇;阴电荷枝状的触角则向下伸展,越向下伸越接近地面。最后阴阳电荷终于克服空气的阻障而连接上。巨大的电流沿着一条传导气道从地面直向云涌去,产生出一道明亮夺目的闪光。一道闪电的长度可能只有数千米,但最长可达数百千米。防雷器

闪电的温度,从摄氏一万七千度至二万八千度不等,也就是等于太阳表面温度的3~5倍。闪电的极度高热使沿途空气剧烈膨胀。空气移动迅速,因此形成波浪并发出声音。闪电距离近,听到的就是尖锐的爆裂声;如果距离远,听到的则是隆隆声。

 

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