雷電基本知識培訓(xùn)

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1、一、雷電基本知識一、人類對雷電的認(rèn)識、防雷的起源我國古代（公元前1500年）就有對雷電現(xiàn)象的初步記載，后在《論衡》、《南齊書》、《夢溪筆談》中都有雷電對人、物災(zāi)害以及尖端放電的記載。那時人們對雷電只有一個表面的、帶有神秘色彩的認(rèn)識，沒有通過實(shí)驗(yàn)的手段對雷電現(xiàn)象進(jìn)行深入的探索。16世紀(jì)以前的歐洲是神學(xué)為主的時代，任何科學(xué)的、先進(jìn)的思想和學(xué)說都是“異端”，雷電是來自“神”的意志。16世紀(jì)后，在教堂一次次受雷擊而受損，無論多么虔誠的祈禱”神的意志“也不可動搖的時候，人們開始對雷電現(xiàn)象進(jìn)行客觀的思考。從蓋利克創(chuàng)造人工起電機(jī)開始到“萊

2、頓瓶”的發(fā)明、到收集天電的實(shí)驗(yàn)，對雷電的認(rèn)識進(jìn)入到理性和科學(xué)的時期。17世紀(jì)中葉，偉大的富蘭克林（美國政治經(jīng)濟(jì)學(xué)家、科學(xué)家，《獨(dú)立宣言》的起草人之一），通過多次實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了天電與地電的同一性；通過仔細(xì)的觀察和科學(xué)的思考發(fā)現(xiàn)自然界的放電現(xiàn)象，并提出和實(shí)施了引雷入地的措施和方法——安裝“避雷針“。他的發(fā)明一直沿用至今仍是防直擊雷的有效措施之一。二、雷雨云的形成雷電是雷雨云之間或在云地之間產(chǎn)生的放電現(xiàn)象，雷雨云是產(chǎn)生雷電的先決條件。那么雷雨云是怎樣形成的？分別從宏觀結(jié)構(gòu)、微物理結(jié)構(gòu)談起。（一）雷雨云的宏觀結(jié)構(gòu)雷雨云是對流云發(fā)展的成

3、熟階段，它往往是從積云發(fā)展起來的。發(fā)展完整的對流云，其生命史可以分為以下三個階段：1．形成階段、2．成熟階段：3、消散階段：1．形成階段：這一階段主要是從淡積云向濃積云發(fā)展。云的垂直尺度有較大的增長，云頂輪廓逐漸清楚，呈圓孤狀或菜花形，云體聳立成塔狀。這樣的云我們在盛夏常常看到。在形成階段中，云中全部為比較規(guī)則的上升氣流，在云的中、上部為最大上升氣流區(qū)。上升氣流的垂直廓線呈拋物線型。在形成階段，一般不會產(chǎn)生雷電。圖1一塊雷雨云的氣流結(jié)構(gòu)示意圖2．成熟階段：從濃積云發(fā)展成積雨云，就伴隨雷電活動和降水，這是成熟階段的征象。在成熟

4、階段，云除了有規(guī)則的上升氣流外，同時也有系統(tǒng)性的下沉氣流。上升氣流通常在云的移動方向的前部。往往在云的右前側(cè)觀測到最強(qiáng)的上升氣流。上升氣流一般在云的中、上部達(dá)到最大值，可以超過25—30米／秒(見圖1)。 3、消散階段：一陣電閃雷鳴、狂風(fēng)暴雨之后，雷雨云就進(jìn)入了消散階段。這時，云中已為有規(guī)則的下沉氣流所控制。云體逐漸崩潰，云上部很快演變成中、高云系，云底有時還有一些碎積云或碎層云。（二）雷雨云的微物理結(jié)構(gòu)：圖2一塊雷雨云的微物理結(jié)構(gòu)示意圖一塊成熟的雷雨云，其頂部可以伸展到－40℃的高度(約l萬米以上)，而云底部的溫度卻在10

5、℃以上。由于云體在垂直方向上跨過了這么寬的溫度范圍，因而云中水汽凝結(jié)物的相態(tài)就很不一樣。在云中有水滴，過冷卻水滴、雪晶、冰晶等(見圖2)。我們把雷雨云按溫度高低來分層，便可以看：在溫度高于0℃的“暖層”的云中，全部是水滴(包括云滴)，在溫度0至－8℃的云層中，即有較多的過冷卻水滴(溫度低于0℃的水滴)，也有一些雪晶、冰晶；在溫度低于－20℃的云層中，由于過冷卻水滴自然凍結(jié)的概率大為增加，云中冰晶的天然成冰核作用更為顯著，故云中基本上都是雪晶和冰晶了。在成熟階段的雷雨云中，發(fā)生著非常復(fù)雜的微物理過程，在云的“暖層”，有水滴之間

6、由于大小不同而發(fā)生的重力碰撞，也有湍流碰撞和電、聲碰撞過程。同時，有大水滴在氣流作用下發(fā)生變形，破碎而產(chǎn)生“連鎖反應(yīng)”；還有由云的“冷層”中掉到“暖層”中來的大雪花、霰等的融化等。在溫度0℃至－20℃的云層中，水汽由液態(tài)往固態(tài)轉(zhuǎn)移十分活躍，冰、雪晶的粘連，大冰晶破碎等也很頻繁。在低于－20℃的云層中，也還有冰晶之間的粘連和大冰晶的破碎過程發(fā)生。在雷雨云中發(fā)生的所有這此微物理過程，都可以導(dǎo)致云中水汽凝結(jié)物電學(xué)狀態(tài)的改變，對于雷雨云的起電有十分重要的貢獻(xiàn)。三、雷雨云起電機(jī)理雷雨云起電的機(jī)理目前主要有四種理論：（1）水滴破裂效應(yīng)，

7、（2）吸電荷效應(yīng)，（3）水滴凍冰效應(yīng)，（4）溫差起電效應(yīng)（1）水滴破裂效應(yīng)：云中水滴在高速氣流中作激烈運(yùn)動，分裂成一些帶負(fù)電的較大顆粒和帶正電的較小顆粒，后者同時被上升氣流攜帶到高空，前者落在低空，這樣正負(fù)兩種電荷便在云層中被分離，這也就是造成90％的云層下部帶負(fù)電的原因。（2）吸電荷效應(yīng)：由于宇宙射線或其它電離作用，大氣中存在正負(fù)離子，又因?yàn)榭臻g存在電場，在電場力的作用下正負(fù)離子在云的上下層分別積累，從而使雷雨云帶電，又稱感應(yīng)起電。（3）水滴凍冰效應(yīng)：水滴在結(jié)冰過程中會產(chǎn)生電荷，冰晶帶正電荷，水帶負(fù)電荷，當(dāng)上升氣流把冰晶上

8、的水分帶走時，就會導(dǎo)致電荷的分離，而使雷雨云帶電。（4）溫差起電效應(yīng)：實(shí)驗(yàn)證明在冰塊中存在著正離子（H+）和負(fù)離子（OH-），在溫度發(fā)生變化時，離子發(fā)生擴(kuò)散運(yùn)動并相互分離。積雨云中的冰晶和雹粒在對流的碰撞和摩擦運(yùn)動中會造成溫度差異，并因溫差起電，帶電的離子又因重力和氣候作用而分離擴(kuò)散，最后