雷电的奥秘

文/于鹏翔 绘画/小 羊

你知道雷神托尔吗？在电影《雷神》里，他是众神之父奥丁的儿子，力大无穷，脾气暴躁，有着控制雷电的特殊能力。真实世界中，雷电是受谁控制形成巨大威力的呢？今天，我们就来聊聊雷电。

雷是雷，电是电

虽然我们总是把雷电连在一起说，但是雷和电并不是同一种现象。电指的是闪电，这是一种在大气层中发生的放电现象。而雷是在云层放电之后，产生的隆隆的声响。回忆一下我们见到闪电时的情景，是不是都是在阴云密布、大雨倾盆的时候？其实，闪电的秘密就藏在云中。在各种各样的云里，有一种叫作积雨云，这种云体积庞大，大多是由于强烈的上升气流产生的。在它“长大”的过程中，云层的顶部逐渐充满正电荷，云的底部则充满负电荷，这时的积雨云就像一个蕴藏着巨大电能的大电池一样飘浮在空中。云底部的大量负电荷会直接改变大地的带电情况，云层下方的大地会充满大量的正电荷。于是在云层和大地之间形成了强大的电场，这个电场内部的电压可以达到数百万甚至上亿伏特，相比之下城市输电线路中几万伏特的电压就显得微不足道了。空气本来是电的不良导体，但是，在这样强大的电场控制下，空气也不得不让电流通过。云层的底部会向地面发出一道“先导闪电”，一般先导闪电并不亮，但是速度很快，它会在千分之一秒的时间内向下前进几十米，然后消失。而下一道闪电在已经打通的通道中继续向下几十米，然后再次消失。在这一道道闪电先头部队的蚕食下，最终，从云层到地面的通道被打开，空气的导电能力大大增强，于是大量的电能就会顺着这个通道迅猛而下直击地面，形成一道道闪亮晃眼的闪电，直到云层中的电量消耗殆尽，闪电才会消失。

◎闪电形成过程

在闪电产生的过程中，闪电通道周围的空气会产生热量，在不到1秒的时间内温度会升高至33 000℃。在这般高温下，空气会产生爆炸性的膨胀并发出隆隆巨响，这也就是我们熟知的雷声了。因为光的传播速度是每秒30万千米，声音的传播速度是每秒340米左右，所以我们总是先看到闪电再听到雷声，而且我们可以通过看到闪电和听到雷声之间的时间间隔，来计算闪电离我们有多远。假如我们在看到闪电后的5秒钟听到雷声，那这个闪电与我们的距离就是声音走了5秒钟的距离，也就是大约1 700米。

闪电是地球上一种十分常见的天气现象，每年地球上空会出现31亿多次闪电！就在你看到这句话的时候，地球上就已经产生了100次闪电！

各种各样的闪电

你知道吗？闪电也有各种造型，最常见的是枝状闪电和片状闪电。枝状闪电有耀眼的光芒以及很细的光线，整个闪电就像枝杈纵横的树枝一般，横向或纵向伸展着。这种闪电一般都是云与地面的较量（有时也出现在云与云之间），蕴含着极强的电流，会损伤树木、人体，要是它落到建筑物上还会损毁建筑物。

◎云与地面之间的枝状闪电

◎云与云之间的枝状闪电

◎云中出现的片状闪电

片状闪电看上去就像是藏在云彩中的闪光。这种闪电发生的时候，大片的云朵会被照亮。片状闪电经常是在闪电的强度逐渐减弱，降水趋于停止时出现，多数都是云朵之间的放电现象。

除了这两种，还有一种很罕见的球状闪电。这种闪电像一个火球一样，大小差别很大，有的直径十几厘米，有的却有几十米宽。球状闪电被称为“闪电中的幽灵”，它有时在空中慢慢游荡，有时候又静止在空中；它有时发出白光，有时又发出粉红色的光；有时它可以从窗户、门缝钻进屋内，在房子里转一圈后又溜走；有时它会发出“咝咝”的声音，然后一声闷响便消失不见，有时它又会发出微弱的噼啪声，然后不知不觉地消失……

闪电的破坏力和避险方法

闪电中蕴藏着巨大的能量，因此它们也具有非常强大的破坏力。要是闪电落在森林中，它能够将树木点燃，引发森林大火。要是发生在城市中，闪电可能会损害供电线路，造成大范围停电。要是闪电击中人体，人体水分会瞬间蒸发，也就是说人体会被烧焦。就算没有直接击中人体，只是击中人体周围或是身体上的金属物，闪电强大的电流也会让人心脏骤停，造成人员伤亡。据统计，我国每年因为雷电造成的人员伤亡数量达几千人。

那我们要怎样避开雷电袭击呢？首先，在雷雨天，我们要尽量避免外出，待在安全的室内，并且远离窗户、阳台这样靠近户外的位置，最好还能关闭家中电器的电源、拔掉插头，防止雷电沿着电线进入家中。其次，如果你刚好身处户外，发生雷电时要立即俯下身体，降低自身的高度。或者更保险的是，尽快躲避到建筑物或汽车内。无论如何，记住千万不要躲避到树下或广告牌、电线杆等容易导电的高大物体周围。最后，雷雨天在户外不要使用手机、收音机等会引来雷电的电子设备。

从天空中引闪电的人

说到雷电就不能不提到一位科学家——富兰克林。据说在1952年，富兰克林做了一个风筝与闪电的实验。他和他的儿子在一个风雨交加的夜晚，把一个装着金属杆的风筝放到了天空中，当他手中的风筝线传来了一阵酥麻感的时候，富兰克林发现他已经成功将云中的闪电引到了一个叫作莱顿瓶的装置中，并发现闪电与摩擦产生的静电有同样的性质。实际上，富兰克林并没有做过这样的实验，他只是提出了他的设想和理论，并根据他的理论发明了避雷针。

超级链接

避雷针通常安装在建筑物的最高点，再连接导线引入地下。避雷针在地面和天空之间连接形成了一个导电的通路，在雷雨天，避雷针能够将接收到的电子通过这条通路引入地下，从而使建筑物避开雷电的袭击。所以，避雷针实际上是一种引雷针。

要知道，与闪电有关的实验是非常非常危险的。曾经有一位俄国物理学家利赫曼在得知了富兰克林的理论后，与同为科学家的好友罗蒙诺索夫在家里制作了一个可以将闪电引进实验室的设备。但当1753年7月26日，闪电真的被引进实验室时，利赫曼却不慎受雷击身亡。直到今天，关于雷电还有很多未解之谜，比如云里为什么会有电？雷电能不能被我们利用？幽灵一样的球状闪电到底是怎么一回事？这些未解之谜与我们的生活息息相关，还需要科学家甚至正在看文章的你用科学的工具和方法去不断地探索和发现。