天地奇观

杨传龙

狂风大作，暴雨倾盆，雷声震耳欲聋，闪电的光亮耀眼夺目。大自然以它那雄伟壮观的景象，向人类显示它的巨大威力。雷电的壮观景象以及它对人类生产和生活的影响，很早就引起了人们的注意。雷电常常引起灾害，如森林大火，击毙人畜，毁坏建筑物等。那么闪电是怎样产生的？闪电的类型有哪些？涉及到闪电的物理知识又有哪些？本文就将这些一一介绍给同学们。

闪电的产生

暴风云通常能产生电荷，底层为负电荷，顶层为正电荷，而且还在地面上感应产生正电荷，使其如影随形地跟着云移动。正电荷和负电荷彼此相互吸引，但空气却不是良好的导体。地面上的正电荷奔向树木、山丘、高大建筑物的顶端甚至人体之上，企图和带有负电荷的云层相遇；而云层上的负电荷枝状的触角则向下伸展，越向下伸越接近地面。最后正负电荷终于克服空气的阻碍而连接上。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”──这就是闪电。

闪电的类型

曲折开叉的普通闪电称为枝状闪电。枝状闪电的通道如被风吹向两边，以致看来有几条平行的闪电时，则称为带状闪电。闪电的两枝如果看来同时到达地面，则称为叉状闪电。闪电在云中正负电荷之间闪烁，而使全地区的天空一片光亮时，那便称为片状闪电。还有一种特殊的闪电——球状闪电，也称球雷或电光球，是一种不太常见，而又会造成一定危害的奇异闪电。顾名思义，球状闪电就是一个呈圆球形的闪电球！这种现象早于1838年便有文献记载，科学家已研究逾160年，但是对此现象仍未有合理的解释。球状闪电通常都在雷暴之下发生，它十分光亮，略呈圆球形，直径大约是20～50cm。通常它只会维持数秒，更神奇的是它可以在空气中独立而缓慢地移动。在它短短几秒的生命中，它的光度、形状和大小都保持不变。如果你见过球状闪电或拍到它的照片，一定要把所有数据记录下来呀！那将会是十分宝贵的研究资料。

除上述的闪电外，还有超级闪电，指的是那些威力比普通闪电大100多倍的稀有闪电。普通闪电产生的电力约为10亿瓦特，而超级闪电产生的电力则至少有1 000亿瓦特，甚至可能达到万亿至100 000亿瓦特。

涉及到闪电的物理知识

为什么打雷时总是先看到闪电，后听到雷声？

这是因为光的传播速度要比声音的传播速度快得多。光在空气里的传播速度差不多为3×105km/s，用这样的速度，1秒钟可以绕地球的赤道7圈半。声音在空气中的速度约为340m/s，差不多只有光速的九十万分之一。光从闪电发生处传到地面的时间，一般不过几十万分之一秒，可是声音通过同样的距离就需要较长时间。所以打雷时总是先看到闪电，后听到雷声。当然根据这个道理，我们还可以利用从看见闪电到听到雷声相隔的时间，算出闪电距离我们大概多远。

闪电为什么能劈开树木？

闪电内部的温度可高达3×104℃。闪电劈中树木时，因为树木中含有水分，强大的电流立即把水分汽化为高温高压的水蒸汽，水蒸汽的强大爆发力就能把树木劈开。

雷雨后为什么空气格外新鲜？

夏天的傍晚，有时乌云、大雨、闪电、雷鸣往往相互交错，一起降临。雨后，我们会感到空气格外新鲜，这是什么原因呢？首先是经过了一场倾盆大雨，把空气中大部分的灰尘给冲掉了；其次在闪电时释放的巨大的能量使空气中的部分氧气转化成臭氧。浓的臭氧是淡蓝色的，味道很臭，但它具有比氧气更强的氧化能力，它不但可以清除空气中的某些还原性物质而且还能够漂白与杀菌。稀薄的臭氧可一点也不臭，反而会给人清新的感觉。

为什么有时候我们看到的闪电只是一闪而过，而听到的雷声却是隆隆不绝，响好久才停呢？

这是因为天空里的闪电，一般都是很长的，有的线形闪电长达2～3公里，甚至10公里。由于闪电的各部分跟我们的距离不同，所以雷声传到我们耳边的时间就有先有后了。另外一方面，一次闪电往往包含数个回击，那么当第一次回击时的雷声还没有断绝，又传来了第二次、第三次的雷声，先后的雷声混在一起，就成了隆隆不断的雷声。还有，当雷声遇到地面，建筑物，高山或天空的云层时，都会发生反射，产生回声。这些回声传到我们耳朵里的时间也是不一致的，因此就形成了隆隆的雷声。

为什么雷容易打中孤立高耸的物体？

由于雷雨云的云底带有电荷，能使地面发生感应，并使地面产生与云底的电性不同的电荷。这称为感应电荷。这种感应电荷在小范围的地面上是同一性质的，例如都是正电，或者都是负电。同一种性质的电荷是互相排斥的。排斥的结果，就使得电荷在地面上重新分布，这种排斥力沿地面方向的分力，在弯曲得较厉害的地方要比平坦一些的地面来得小（因为电位相等，使得电荷密度与半径成反比），所以，电荷就必定会移到地面弯曲得厉害（曲率半径小的地方）的地方去。这样一来，在弯曲得厉害的地面上，感应电荷就要多一些，密一些了。高耸的物体，它本身也会成为地面的组成部分，由于它高耸在平地上，所以它就成为地面上最弯曲的一部分，因此当地面受到雷雨云的感应而产生感应电荷时，在高耸的物体上，就会集中了较多的电荷。由于高耸的物体所带的感应电荷比地面多，对闪电的吸引能力大，所以能很容易地将闪电拉过来。

为什么高大的建筑物上都安装避雷针？

由于高耸物体容易遭到雷击，所以在高大的建筑物上一般都安装避雷针，使建筑物免遭雷击。避雷针是一个顶部高出建筑物，下部与地面相接的金属杆，它能够吸引附近的闪电到自己身上来，将自己作为闪电的通道，使闪电通过自身而排到地面上去。这样，原先要击中建筑物的闪电，中途拐了弯，通过避雷针，就不会损坏建筑物了。

为什么说雷雨发庄稼？

下雷雨往往会促进农作物的生长，这主要是因为下雷雨时，产生的闪电能使空气中的氧气和氮气化合成一氧化氮，而一氧化氮又能与氧气反应生成二氧化氮，产生的二氧化氮溶于雨水形成硝酸，并随雨水进入土壤，形成容易被农作物吸收的硝酸盐，达到给农作物补氮的效果。根据计算，每打一次雷，大约总有一吨到两吨的氮化合物会随着雨滴落到地面。这当然会有效地增加土壤的肥沃度。这样的量，几乎相当于一个小型化工厂一天的产量。

闪电可以为人们服务吗？

许多年来，由于闪电对人畜和建筑物的危害，人们总是千方百计力求避免和闪电接触。其实闪电对农业生产和人类的日常生活关系可大着呢！随着科学的发展，今天，利用闪电为人类服务的问题，已经被重视和研究。也许，再过不了多少年，我们也将如同广泛使用避雷针一样，可以设法用某种特殊设备，把天空的闪电，尽可能多地导引到地面上来应用呢！闪电在发出闪光的瞬间，它的电能竟然比世界上最大的美国核子水力发电厂还要大上一百倍左右。如果利用这个电能来起重的话，足够把六七万千克的货物，举起一两米那么高。下雷雨能促进农作物的生长刚才已经介绍过了。除了这些外，由于闪电使天空中有臭氧产生，而这种气体具有大量吸收紫外线的功能，使人们不致因为阳光中过量的紫外线的照射而影响健康。

人教版物理八年级下册第九章《电与磁》课外延伸阅读