04级电子作业之雷电.ppt

04级电子作业之 雷电
高原:0410298
刘友好:0410277
张俊生:0410224

进入夏季,强对流天气增多,狂风暴雨、电闪雷鸣的天气时有发生,据统计,雷击造成的人员伤亡和财产损失是触目惊心的。雷电是空中对流云团发生的云天、云云和云地之间的放电现象,瞬间放电电压可高达上亿伏,冲击电流高达几万甚至几十万安培,雷电灾害严重危及生命和财产的安全。了解雷电成因,有助于加强对雷电的防护和利用。
(一)雷电的成因 雷暴时的大气电场与晴天时有明显的差异,产生这种差异的原因,是雷雨云中有电荷的累积并形成雷雨云的极性,由此产生闪电而造成大气电场的巨大变化。但是雷雨云的电是怎么来的呢? 也就是说,雷雨云中有哪些物理过程导致了它的起电?为什么雷雨云中能够累积那么多的电荷并形成有规律的分布?本部分将要回答这些问题。
云的起电机制“离子流”假说 大气中总是存在着大量的正离子和负离子,在云中的水滴上,电荷分布是不均匀的:最外边的分子带负电,里层带正电,。为了平衡这个电位差,水滴必须“优先’吸收大气中的负离子,这样就使水滴逐渐带上了负电荷。当对流发展开始时,较轻的正离子逐渐被上升气流带到云的上部;而带负电的云滴因为比较重,就留在下部,造成了正负电荷的分离。
 当对流发展到一定阶段,云体伸入0℃层以上的高度后,云中就有了过冷水滴、霰粒和冰晶等。这种由不同相态的水汽凝结物组成且温度低于0℃的云,叫冷云。冷云的电荷形成和积累过程有如下几种:a. 冰晶与霰粒的摩擦碰撞起电;b. 过冷水滴在霰粒上撞冻起电;c. 水滴因含有稀薄的盐分而起电;
在雷雨云的发展过程中,上述各种机制在不同发展阶段可能分别起作用。但是,最主要的起电机制还是由于水滴冻结造成的。大量观测事实表明,只有当云顶呈现纤维状丝缕结构时,云才发展成雷雨云。飞机观测也发现,雷雨云中存在以冰、雪晶和霰粒为主的大量云粒子,而且大量电荷的累积即雷雨云迅猛的起电机制,必须依靠霰粒生长过程中的碰撞、撞冻和摩擦等才能发生。
通过以上过程,当聚集的电荷达到一定的数量时,在云内不同部位之间或者云与地面之间就形成了很强的电场。电场强度平均可以达到几千伏特/厘米,局部区域可以高达1万伏特/厘米。这么强的电场,足以把云内外的大气层击穿,于是在云与地面之间或者在云的不同部位之间以及不同云块之间激发出耀眼的闪光。这就是人们常说的闪电。
(二)闪(雷)电的形状闪电的形状有好几种:最常见的有线状(或枝状)闪电和片状闪电,球状闪电是一种十分罕见的闪电形状。如果仔细区分,还可以划分出带状闪电、联珠状闪电和火箭状闪电等形状。线状闪电或枝状闪电是人们经常看见的一种闪电形状。它有耀眼的光芒和很细的光线。整个闪电好象横向或向下悬挂的枝杈纵横的树枝,又象地图上支流很多的河流。
(枝状)闪电线状(枝状)闪电与其它放电不同的地方是它有特别大的电流强度,平均可以达到几万安培,在少数情况下可达20万安培。这么大的电流强度。可以毁坏和摇动大树,有时还能伤人。当它接触到建筑物的时候,常常造成“雷击”而引起火灾。线状(枝状)闪电多数是云对地的放电。
  片状闪电也是一种比较常见的闪电形状。它看起来好象是在云面上有一片闪光。这种闪电可能是云后面看不见的火花放电的回光,或者是云内闪电被云滴遮挡而造成的漫射光,也可能是出现在云上部的一种丛集的或闪烁状的独立放电现象。片状闪电经常是在云的强度已经减弱,降水趋于停止时出现的。它是一种较弱的放电现象,多数是云中放电。