雷電基本知識(shí)

1.　天上真有“雷公”和“電母”嗎？

我國(guó)古代民間曾流傳著“雷公”、“電母”的神話，說(shuō)天上有“雷公”，是專門管打雷的神，還有“電母”，是專門管閃電的神。這是由于古代人們?nèi)狈茖W(xué)知識(shí)，不能正確解釋雷電現(xiàn)象，就把雷電與鬼神聯(lián)系起來(lái)，創(chuàng)造了雷公電母等神話故事。我國(guó)古代最早的雷電記錄出自《周易》，記述的公元前1068年一次球型雷擊，這也是世界上發(fā)現(xiàn)最早的雷擊記錄。直至東漢時(shí)哲學(xué)家王充（公元27-約97年）才第一次提出了“雷是火”的論斷。1749年，美國(guó)科學(xué)家富蘭克林等經(jīng)過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，為我們揭開(kāi)了雷電的神秘面紗，證實(shí)了“雷就是電”，是雷雨云之間或云地之間產(chǎn)生的放電現(xiàn)象。為現(xiàn)代防雷技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

2.　“冬雷震”是不祥之兆嗎？

 “冬雷震”雖曾被古人用來(lái)作為愛(ài)情忠貞的誓言，但現(xiàn)在也有人認(rèn)為這種現(xiàn)象很不吉利。不僅是“冬雷震”，其他一些反常的自然天氣現(xiàn)象也被人們作為不祥之兆，這是迷信。冬天天氣如果特別暖和，使積雨云發(fā)展起來(lái)的話，在某個(gè)高度上就可能造成雷電，而打雷與否是取決于氣象狀況的改變，和那種迷信的觀點(diǎn)毫無(wú)關(guān)系。反常的自然現(xiàn)象視為不祥之兆的觀念是錯(cuò)誤的，天氣現(xiàn)象的變化是由自然界的規(guī)律決定的，出現(xiàn)反常的自然天氣現(xiàn)象和許多因素有關(guān)，有些因素現(xiàn)在不是很清楚，但隨著科學(xué)的發(fā)展研究的深入是會(huì)搞清楚的。

3、什么是雷電？

當(dāng)天空烏云密布，雷雨云迅猛發(fā)展時(shí)，突然一道奪目的閃光劃破長(zhǎng)空，接著傳來(lái)震耳欲聾的巨響，這就是閃電和打雷，亦稱為雷電。雷屬于大氣聲學(xué)現(xiàn)象，是大氣中小區(qū)域強(qiáng)烈爆炸產(chǎn)生的沖擊波形成的聲波，而閃電則是大氣中發(fā)生的火花放電現(xiàn)象。
　　閃電和雷聲是同時(shí)發(fā)生的，但它們?cè)诖髿庵袀鞑サ乃俣认嗖詈艽螅虼巳藗兛偸窍瓤吹介W電然后才聽(tīng)到雷聲。光每秒能走30公里，而聲音只能走340米。根據(jù)這個(gè)現(xiàn)象，我們可以從看到閃電起到聽(tīng)到雷聲止，這一段時(shí)間的長(zhǎng)短，來(lái)計(jì)算閃電發(fā)生處離開(kāi)我們的距離。假如閃電在西北方，隔10秒聽(tīng)到了雷聲，說(shuō)明這塊雷雨距離我們約有3400米遠(yuǎn)。

4.　雷雨是如何形成的？

　　夏季，陽(yáng)光直射使地面水蒸汽蒸發(fā)較多。貼近地面的空氣受熱升溫，能夠容納更多的水汽，導(dǎo)致空氣密度減小，重量變輕而上浮。隨著高度的上升，溫度逐漸下降，當(dāng)空氣無(wú)法容納更多的水汽時(shí)，一部分水汽開(kāi)始凝結(jié)成小水滴。此時(shí)，小水滴被上升的熱氣流托住，不斷向上推進(jìn)，好似“滾雪球”一樣，越積越多，越堆越大，形成積雨云。當(dāng)積雨云內(nèi)無(wú)數(shù)個(gè)小水滴不斷碰撞合并成較大的小水滴開(kāi)始下降時(shí)，地面升騰的熱空氣仍義無(wú)返顧地向上沖，兩者猛烈地碰撞帶電。用不了多久，積雨云的頂部就積累了大量的正電荷，底部則聚集了大量負(fù)電荷，而地面由于受積雨云底部負(fù)電荷的感應(yīng)而帶上正電。此時(shí)，云中的小水滴還在不停地合并增大，當(dāng)上升的熱氣流實(shí)在無(wú)力托住它們時(shí)，就形成雨滴從云中直落下來(lái)。下層的熱氣流被雨淋過(guò)后，突然變冷，向地面猛撲下來(lái)，大有“山雨欲來(lái)風(fēng)滿樓”的態(tài)勢(shì)?？罩械碾姾砷_(kāi)始放電了，并伴隨著隆隆的雷聲。

5.　雷電是怎樣形成的？

雷電產(chǎn)生于積雨云中。積雨云在形成過(guò)程中，一部分云團(tuán)帶正電荷，另一部分云團(tuán)帶負(fù)電荷。它們對(duì)大地的靜電感應(yīng)，使地面或建（構(gòu)）筑物表面產(chǎn)生異性電荷，當(dāng)電荷聚集到一定程度時(shí)，不同電荷云團(tuán)之間，或云與大地之間的電場(chǎng)強(qiáng)度可以擊穿空氣（一般為25~30KV/CM），開(kāi)始游離放電，我們稱之為“先導(dǎo)放電”。云對(duì)地的先導(dǎo)放電是云向地面跳躍式逐漸發(fā)展的，當(dāng)?shù)竭_(dá)地面時(shí)（地面上的建筑物，架空輸電線等），便會(huì)產(chǎn)生由地面向云團(tuán)的逆導(dǎo)主放電。在主放電階段里，由于異性電荷的劇烈中和，會(huì)出現(xiàn)很大的雷電流（一般為幾十KV至幾百KV），并隨之發(fā)生強(qiáng)烈的閃電和巨響，這就形成雷電。

6.　閃電的形狀有哪幾種？

　　閃電的最常見(jiàn)形狀是線狀閃電，偶爾也可出現(xiàn)帶狀、球狀、聯(lián)珠狀、枝狀、箭狀閃電等等。線狀閃電可在云內(nèi)、云與云間、云與地面間產(chǎn)生，其中云內(nèi)、云與云間閃電占大部分，而云與地面間的閃電僅占六分之一，但其對(duì)人類危害最大。

7.　線狀、帶狀、片狀閃電是怎樣產(chǎn)生的？

　　雷云與大地之間的放電，則多以線狀形式出現(xiàn)。通常雷云的下部帶負(fù)電，上部帶正電，由于雷云的負(fù)電的感應(yīng)，使附近的地面感應(yīng)出大量的正電荷，從而地面與雷云之間形成強(qiáng)大的電場(chǎng)。當(dāng)某處積聚的電荷密度很大，造成空氣的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到電離的臨界時(shí)，就觸發(fā)線狀閃電落雷。
　　帶狀閃電是線狀閃電的一種，在閃電過(guò)程中恰巧有水平大風(fēng)吹過(guò)閃電通道，將幾次閃電的放電通道吹分開(kāi)來(lái)，肉眼看去閃電通道變寬了。

云間放電多為片狀閃電，由于線狀閃電的閃電被云體遮住，閃電的光照亮了上部的云，閃電呈現(xiàn)片狀的亮光。片狀閃電對(duì)地面影響不大。

 8.　球狀閃電有什么特征？

　　球狀閃電簡(jiǎn)稱球雷、球閃。球雷是一種彩色的火焰狀球體，通常表現(xiàn)為100-300毫米直徑的橙色或紅色球體，有時(shí)可能是藍(lán)色、綠色、黃色或紫色，最大的直徑也有達(dá)到1000毫米的；球雷存在的時(shí)間為百分之幾秒到幾分鐘，通常為3到5秒之間，輻射功率小于200W。
　　球雷自天空降落時(shí)，聲音較小，有時(shí)無(wú)聲，有時(shí)發(fā)出咝咝的聲音只有在飄落和跳躍的過(guò)程當(dāng)中遇到物體或電器設(shè)備時(shí)才會(huì)發(fā)出震耳的爆炸聲。物體在爆炸中產(chǎn)生破壞并產(chǎn)生臭氧、二氧化氮或硫磺的氣味。
　　球雷自天空垂直下降后，有時(shí)在距地面1米左右的高度，沿水平方向以每秒1～2米的速度上下跳躍；有時(shí)球雷在距地面0.5～1米的高處滾動(dòng)，或突然升起2～3米，因此，民間常稱之為滾地雷。球雷常常沿著建筑物的孔洞或未關(guān)閉的門窗進(jìn)入室內(nèi)，或沿垂直的建筑豎井滾進(jìn)樓房，大部分遇帶電體消失。

9.　 閃電的極性分類？

根據(jù)從云到地之間下傳的電荷的極性，云地閃可分為正閃和負(fù)閃，一般情況，以負(fù)閃居多。

10.　雷電活動(dòng)及雷暴日

雷電活動(dòng)從季節(jié)來(lái)講以夏季最活躍，冬季最少，從地區(qū)分布來(lái)講是赤道附近最活躍，隨緯度升高而減少，極地最少。

評(píng)價(jià)某一地區(qū)雷電活動(dòng)的強(qiáng)弱，通常使用 “雷暴日” ，即以一年當(dāng)中該地區(qū)有多少天發(fā)生耳朵能聽(tīng)到雷鳴來(lái)表示該地區(qū)的雷電活動(dòng)強(qiáng)弱，雷電日的天數(shù)越多，表示該地區(qū)雷電活動(dòng)越強(qiáng)，反之則越弱。我國(guó)平均雷暴日的分布，大致可以劃分為四個(gè)區(qū)域，西北地區(qū)一般15日以下；長(zhǎng)江以北大部分地區(qū)（包括東北）平均雷暴日在15～40日之間；長(zhǎng)江以南地區(qū)平均雷暴日達(dá)40日以上；北緯23°以南地區(qū)平均雷暴日達(dá)80日。廣東的雷州半島地區(qū)及海南省，是我國(guó)雷電活動(dòng)最劇烈的地區(qū)，年平均雷暴日高達(dá)120--130日?？偟膩?lái)說(shuō)，我國(guó)是雷電活動(dòng)很強(qiáng)的國(guó)家。

11.　風(fēng)箏捕捉雷電實(shí)驗(yàn)

　?。保罚担材甑模对?，悶熱的夏季到來(lái)了，天空經(jīng)常陰云密布，雷雨交集，望著變幻莫測(cè)的天空，富蘭克林陷入了苦苦的思索。忽然，他想起了兒時(shí)放的那只藍(lán)色的大風(fēng)箏，驀地，一個(gè)大膽的想法闖人了他的腦際：借助一只普通的風(fēng)箏就可以便利地進(jìn)入帶雷的云區(qū)，從而完成他期待已久的實(shí)驗(yàn)。于是，他立即與２１歲的兒子威廉一起動(dòng)手，精心制作了一只大風(fēng)箏——兩根木條拼裝成風(fēng)箏十字形的骨架，上面蒙上一塊絲綢，便形成了它的身軀和兩翼。然后，他們?cè)陲L(fēng)箏的上端固定了一根尖頭的金屬絲，在風(fēng)箏的末端綁上一把金屬鑰匙。
　　一天，天色陰沉，電閃雷鳴，富蘭克林和威廉把風(fēng)箏升人天空。時(shí)間一分一秒地過(guò)去了，父子倆焦急地觀察著，卻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何帶電的跡象。忽然，一團(tuán)烏云飄來(lái)，富蘭克林猛然間發(fā)現(xiàn)：風(fēng)箏線尾端的麻繩纖維相互排斥地聳立起來(lái)，就像懸垂在普通的導(dǎo)體上一樣。他感到一陣狂喜，下意識(shí)地伸手指向鑰匙，結(jié)果受到了強(qiáng)烈的電震。大雨很快自天而降，當(dāng)雨水打濕了麻繩時(shí)，他看到了美麗異常的電火花。
　　實(shí)驗(yàn)成功了，人類可以自豪地宣布：閃電與電是同一物質(zhì)。富蘭克林高興得難以自持。但為了進(jìn)一步研究整理這一研究成果，讓這一消息發(fā)表在自己的報(bào)紙上，富蘭克林父子把這一秘密一直保持到了１０月份。１０月１９日，富蘭克林關(guān)于風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)的第一篇報(bào)道在《賓夕法尼亞報(bào)》上發(fā)表了。

12.　避雷針最先是哪個(gè)國(guó)家發(fā)明的？

公元1752年富蘭克林冒著很大的生命危險(xiǎn)（和他的兒子）在費(fèi)拉爾德亞城雷雨交加的一天進(jìn)行了捕捉雷電的實(shí)驗(yàn)。以后，人們認(rèn)為避雷針是美國(guó)人富蘭克林最先發(fā)明的。

前蘇聯(lián)認(rèn)為避雷針是18世紀(jì)時(shí)俄國(guó)科學(xué)家羅蒙諾索夫發(fā)明的。

然而事實(shí)證明避雷設(shè)備和避雷針是中國(guó)最早發(fā)明的，而且要比美國(guó)人、俄國(guó)人早1000多年。

早在公元220年至265年的三國(guó)時(shí)期我國(guó)就發(fā)明了避雷室的設(shè)備，這在當(dāng)時(shí)的建筑物上都可以看到。公元420年至589年的南北朝時(shí)期的建筑物上也有“避雷室”。
　　公元960年至1279年的宋朝時(shí)期的建筑物上也都有不同形式的避雷設(shè)備—雷公柱。避雷室、避雷柱，這些設(shè)施都是為了避免雷擊而設(shè)置在各種建筑物上的?！　∵@個(gè)結(jié)論是由華南工學(xué)院建筑系龍慶忠教授，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期調(diào)查研究提出來(lái)的，并發(fā)表了論文，在論文中用大量的史料和實(shí)物證明避雷針是我國(guó)最早發(fā)明的。
　　這個(gè)結(jié)論不僅我國(guó)科學(xué)工作者證明了，而且法國(guó)旅行家卡勃里歐列· 戴馬甘蘭也證明中國(guó)人發(fā)明避雷針要比歐美國(guó)家早。因?yàn)樗谖覈?guó)旅行中也發(fā)現(xiàn)了我國(guó)古代建筑物上早就有避雷設(shè)置。 

13.　閃電對(duì)人體的生理效應(yīng)

雷災(zāi)的最主要一種就是對(duì)人的傷害，可以使人的心臟停止供血，可以使人 呼吸停止、對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的影響，閃電的熱效應(yīng)造成皮膚灼傷等。

14.　閃電的電動(dòng)力效應(yīng)

由于雷電流的峰值很大，作用時(shí)間短，產(chǎn)生的電動(dòng)力具有沖力的特性。

15.　閃電的光輻射效應(yīng)

閃電的強(qiáng)大電流，使得閃電通道內(nèi)的氣體分子和原子被激發(fā)到高能級(jí)，從而產(chǎn)生光輻射。

16.　閃電的沖擊波效應(yīng)

閃電回?fù)敉ǖ赖某跏计骄鶞囟群蜌鈮壕芨?，它的巨大的瞬時(shí)功率很高，所以產(chǎn)生爆炸式的沖擊波。當(dāng)沖擊波波陣面的超壓（Ps-P₀）達(dá)到380hPa時(shí)，就可使厚約20公分的墻遭到破壞，而在強(qiáng)閃電時(shí)，閃電回?fù)敉ǖ栏浇鼛桌迕字翈酌追秶?/SPAN>，初始時(shí)的波陣面超壓可達(dá)到10⁴hpa數(shù)量級(jí)。

17.　閃電的熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)

閃電擊中地面物，閃電電流產(chǎn)生焦耳-楞次熱效應(yīng)，雖然電流峰值很高，但作用時(shí)間很短，只能產(chǎn)生局部瞬時(shí)高溫，可以使較小體積的金屬熔化。有些閃電的半峰值時(shí)間較大，則容易造成樹(shù)林或木結(jié)構(gòu)物的高溫燃燒起火。另一種情況是閃電流過(guò)擊中物的途徑中，物體的焦耳楞次熱導(dǎo)致體內(nèi)的水份劇烈蒸發(fā)，產(chǎn)生氣體，氣體膨脹的機(jī)械作用可使樹(shù)木劈裂，房屋破壞，器物的爆裂、爆炸等。 閃電的熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)造成的災(zāi)禍仍非常嚴(yán)重，不容輕視，許多新技術(shù)設(shè)備受損，特別是微電子技術(shù)的產(chǎn)品，如大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路接口和模塊的損壞，歸根到底，仍是閃電電流的熱效應(yīng)所致。

18.　什么是雷電接觸電壓？

閃電沿大樹(shù)或金屬架空物或避雷針引下線入地時(shí),都會(huì)使流經(jīng)的途徑產(chǎn)生電位降,這是由歐姆定律所決定的.因此這些物體的各部位相對(duì)于大地均有瞬時(shí)的高電壓，其值決定于閃電電流和這些部位與大地之間的電阻。當(dāng)人的手或身體任何部位與它們接觸時(shí)，身體的接觸點(diǎn)與站在地面上的雙腳之間就有高電壓，這個(gè)電壓就稱為接觸電壓。

雷電接觸電壓引起的傷亡原理圖

19.　什么是雷電跨步電壓？

在閃電已流入地下時(shí)，閃電在地表之下流動(dòng)時(shí)，大地的電阻同樣要產(chǎn)生電位降，閃電入地點(diǎn)的電位最高（如果雷電流是正的），遠(yuǎn)處雷電流幾乎為0的這些地方，電位最低，即工程上所謂的零電位。人的兩腿分開(kāi)站著，兩腳之間就有電這種電壓也可以產(chǎn)生雷擊，甚至可以致命。所謂的"跨步電壓"是指地面相距0.8m兩點(diǎn)間的電壓。

雷電跨步電壓引起的傷亡原理圖

20.　什么是閃電電流產(chǎn)生的高電位"反擊"現(xiàn)象？

閃電電流在引下線、接地體或建筑物的金屬管道等導(dǎo)體上產(chǎn)生非常高的電壓，由于各種電器都要接安全地線，電子 儀器、計(jì)算機(jī)均要接信號(hào)地線，這些地線與防雷地線?？拷裨O(shè)，因此閃電電流在防雷地線上的高電壓就可能對(duì)其它地線"反擊"而導(dǎo)通，于是這些設(shè)備的地線反而成為電壓很高的高壓端，它與電源之間的電勢(shì)相對(duì)關(guān)系反轉(zhuǎn)，兩者間的高電壓足以擊穿各種電子元器件。這種"反擊"不僅損壞電器和電子設(shè)備，也會(huì)使各種室內(nèi)金屬管線帶上高電壓而造成人身事故。此外它產(chǎn)生的閃絡(luò)、電火花或電弧還會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)！