看!闪电

2011-12-31 00:00:00
科学大众·小诺贝尔 2011年9期


  咔嚓咔嚓……轰隆隆……啪!一个大大的闪光从黑沉沉的空中滑过,照亮了整个夜空。紧接着,轰!超分贝的大声响随之袭来……房屋都跟着微微颤动!
  别怕别怕,这是闪电和雷声。
  闪电和雷声是怎么形成的?带着金属框架眼镜在户外更容易被闪电击中吗?闪电有多强大?怎样更好地避雷呢?一起去了解一下吧!
  
  科学史上著名的“雷人”“雷事”
  
  天上的闪电和我们家里的普通用电一样吗?为证明这点,科学家付出了很多努力,特别要感谢的就是一个叫富兰克林的科学家。
  事情要从1752年说起……
  “哈哈哈,富兰克林这个家伙真是太荒谬了,他居然认为天上的闪电和普通的电是同样的东西,真是个大笑话!”
  “是啊!他提出这个想法,却没有提出证据来,怎么能令人信服呢?”
  这就是发生在1752年的事情。当时富兰克林发表论文,提出正电和负电的理论,并且认为天上的闪电和日常生活中所用的电是相同的。这些论点招来许多科学家的嘲笑。但是富兰克林并不在意,他决定要以实验来证明他的理论。
  1752年7月的一天下午,空中乌云密布,雷声隆隆,然后就下起了倾盆大雨。富兰克林和儿子威廉,拿起风筝和莱顿瓶,匆忙跑向牧场,放起风筝来。
  富兰克林在风筝下面连上一根细铁线,同时在风筝线的末端系上一串钥匙。
  “哎呦!好麻呀!电来了!”
  在大风雨中,富兰克林伸手去碰触风筝线上的钥匙时,钥匙冒出了一道闪光,富兰克林的手又痛又麻。
  “威廉,把莱顿瓶拿来,收集云里的闪电。”
  这实在是一个非常危险的实验,如果闪电击中风筝,富兰克林就会有生命危险。幸好他们终于平安地完成实验,并且将莱顿瓶带回家,接到电铃上。
  “铃……”电铃马上响起来了。
  富兰克林不禁高兴地跳起来:“啊!终于成功了!从云端引来的电可以使电铃响个不停,表示云中的闪电和普通的电其实是同样的东西。”
  
  云中电荷对对碰——闪电的形成
  
  说到闪电,一定要先说积雨云。积雨云是被上升气流不断抬高而形成的云。夏天,有些积雨云顶部能升到20千米的高空。
  积雨云中有成千上万颗小水滴,这些小水滴包含降水粒子(大粒子)和云粒子(小粒子)。这些粒子在外电场的作用下被极化。当气流激烈上升时,被极化的粒子相互碰撞、摩擦,就会产生静电。静电在云层内部慢慢汇聚,形成3层静电中心:上层为电量较大的正电,中间负电,下层为少量的正电(地面是感应的正电)。这些电荷在云层内部慢慢汇聚成巨大的电荷能量,这就是雷云。雷云和雷云之间,或者雷云和地面之间产生的放电作用,就是闪电了!
  
  空气嘭胀又收缩——雷声的来源
  
  我们常见到的闪电,好像是悬挂在空中的一棵蜿蜒曲折、枝权纵横的大树。闪电的长度一般都有数百米,有些甚至能达到数千米长。
  闪电产生时的瞬间温度可达到30000℃,比太阳表层的温度还要高5倍。由于这个热量,空气瞬时膨胀,又快速收缩,使空气产生剧烈振动,形成很大的声音。这就是雷声。
  
  闪电不会两次击中同一个地方?
  
  科学家估算,全世界每天大约发生800万次闪电,每年约有数千人遭受闪电袭击。防雷避雷也是一门学问。
  常言说:“闪电不会两次击中同一个地方”,这句话并不准确。在平坦的地形上,闪电发生频率都差不多;每座100米高的建筑物平均每年会被击中一次;每座300米高以上的建筑物,比如广播塔或者电视塔,每年会被击中20次左右。
  
  闪电到底有多强?
  
  闪电到底带有多大的能量呢?由于季节不同和云层的大小不同,闪电所带的电量也会有所差异。一个闪电所消耗的电量,一般来说可以让10万个60瓦的灯泡瞬间一起点亮。
  雷落到地面上的电压约有1亿伏!此时,连接在电源线和电话线上的电器,有的即使没开电源,也会有感应电流流过开关引起故障。落雷击中树木后,如果正好有人在树下,很容易被从树干传递到枝叶的侧击雷击中而丧命。
  打雷的同时多数伴着大雨,有时还会有狂风、龙卷风、冰雹等灾害性天气出现。雷雨带来的雨水是重要的水资源,但闪电至今还是带来巨大灾害的一种自然现象。
  
  夏天更容易发生闪电
  
  在中国,雷暴天气是南方多于北方,山区多于平原。而且,雷暴天气多89326b681da51a476633e91c7d7a6963出现在夏季和秋季,冬季只在中国南方偶有出现。
  夏季,强烈的阳光炙烤着地面和海面,地面和海面暖空气与上空的冷空气之间产生了不稳定能量,当不稳定能量聚积到一定强度时,这些不稳定能量需要释放,于是形成了雷云(积雨云)。全球看来,其发生的区域主要集中在东南亚、中非、从中美到南美北部的南北纬30度的地区。
  
  神秘的球状闪电
  
  球状闪电俗称滚地雷,就是一个呈圆球形的闪电球。这是一个真实的物理现象,绝非科幻小说或卡通片里的能量炮。
  说它神秘,因为它十分罕见。根据众多的目击材料,人们大概勾勒出球状闪电的基本轮廓:这种发光的球体大小在高尔夫球和足球之间,颜色有白、绿、黄、橙、红、紫之分,其亮度可与100瓦灯泡相当。球状闪电持续时间一般在5~10秒左右,它会随气流的起伏在近地的空中自由飘飞,有时逆风而行,可穿门窗,进室内,甚至穿过炉子烟筒。有时会悬停,有时会无声消失,有时又会碰到障碍物爆炸发出巨响而消失。球状闪电运行速度缓慢,有时与人跑速度差不多,极少情况下它会发出轻微的唿哨声、喊喊声或咝咝声。
  一个共同的特点是,球状闪电基本上发生在雷暴天气中。
  
  出击!变形闪电!
  
  有些闪电发生在特殊地形,还有些闪电发生在特殊的环境中,如火山喷发、大火灾、核爆炸、沙暴等。特殊环境带来的气流形成了对流云,从而会引发闪电。
  
  戴眼镜更容易被雷击?
  
  雷电喜好击中地面上电阻较小的地方,地面上的金属物体更易遭雷击,因此有些人认为“闪电更容易落到金属上”。于是,不少人在打雷时,会把身上的金属徽章、金属表带、 金属镜框摘下来,似乎这样才比较不容易被雷打到。这是有一定科学道理的,这是因为金属体更易导电,并影响邻近周围的电场。当然这些细小的金属物体对雷击影响比较有限。雷电还喜好击中地面上相对较高的物体,所以,在平坦的地面上,太过靠近大树是很危险的。曾经听说过闪电击中在树下躲雨的人,导致死亡的事故。
  
  判断闪电的位置
  
  在户外要获知闪电的位置,方法之一就是听雷声。如果是隆隆不绝的雷鸣声,就可以放心些;如果声音变得震耳欲聋,从轰隆隆变成撕裂声,那么落雷的危险就增加了。
  雷云离自己越来越近,开始下雨,发出噼里啪啦、轰隆隆、咔嚓咔嚓的雷声时,我们可以计算从看到闪电到听到雷声的时间(秒数),从而测算出闪电离我们有多远。
  光的速度是30万千米/秒,而声音的速度是340米/秒。因此,计算出从看到闪电到听到雷声的时间,就能明白闪电距离我们有多远。假如这个时间是5秒,那么340米/秒X 5秒就等于1-7千米。
  
  果秒数缩短到4秒、3秒,那么说明闪电正在靠近。
  另外,从收音机发出的声音也能告诉我们闪电的存在。如果频繁地出现刺啦刺啦的噪音,就说明我们的附近正有闪电发生。
  
  当看到雷云变大,首先躲进室内?
  
  闪电是非常危险的现象。当你看到头顶上飘来黑压压的乌云,你就要尽快躲到建筑物和车里了。很多时候是先有闪电,然后才下大雨。
  因为闪电容易击中高处,如果你离建筑物很远,这时,你最好双脚并拢并蹲下。如果在登山途中,你要以尽可能低的姿势跑到比周围环境物体更低的场所,这点很关键。
  
  避雷针,将闪电引过来
  
  闪电的威力非常巨大,如果房屋不安装防雷设施,遇到落雷的时候,很容易着火或者发生其他危害。于是,避雷针就出现了。
  你知道吗,避雷针的发明者也是富兰克林呢。而且,富兰克林并没有将此申请专利,以此赚钱。他说“四海之内皆兄弟,有好的发明,应该让世人享用,怎么可以对自己的兄弟收取费用呢?”真是一个伟大的发明家啊!
  避雷针,又名防雷针,是用来保护建筑物等避免雷击的装置。难道它能让闪电一见到就避开、躲着走吗?其实不是!简单地说,避雷针实际上更可以用“引雷针”来表示一一即将闪电引到自己小小的针头上,以避免建筑物被雷击。
  避雷针一般是一个金属棒,被安装在高大建筑物的顶端。这个金属棒用金属线与埋在地下的一块金属板连接起来。由于闪电喜欢比较突出的东西,所以放电时首选高高尖起的金属棒,这样就使闪电对避雷针放电,避雷针再把闪电瞬间传到地下中和,从而不会引发事