雷電的奧秘

文/于鵬翔 繪畫/小 羊

你知道雷神托爾嗎？在電影《雷神》里，他是眾神之父奧丁的兒子，力大無(wú)窮，脾氣暴躁，有著控制雷電的特殊能力。真實(shí)世界中，雷電是受誰(shuí)控制形成巨大威力的呢？今天，我們就來(lái)聊聊雷電。

雷是雷，電是電

雖然我們總是把雷電連在一起說(shuō)，但是雷和電并不是同一種現(xiàn)象。電指的是閃電，這是一種在大氣層中發(fā)生的放電現(xiàn)象。而雷是在云層放電之后，產(chǎn)生的隆隆的聲響?；貞浺幌挛覀円姷介W電時(shí)的情景，是不是都是在陰云密布、大雨傾盆的時(shí)候？其實(shí)，閃電的秘密就藏在云中。在各種各樣的云里，有一種叫作積雨云，這種云體積龐大，大多是由于強(qiáng)烈的上升氣流產(chǎn)生的。在它“長(zhǎng)大”的過(guò)程中，云層的頂部逐漸充滿正電荷，云的底部則充滿負(fù)電荷，這時(shí)的積雨云就像一個(gè)蘊(yùn)藏著巨大電能的大電池一樣飄浮在空中。云底部的大量負(fù)電荷會(huì)直接改變大地的帶電情況，云層下方的大地會(huì)充滿大量的正電荷。于是在云層和大地之間形成了強(qiáng)大的電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)內(nèi)部的電壓可以達(dá)到數(shù)百萬(wàn)甚至上億伏特，相比之下城市輸電線路中幾萬(wàn)伏特的電壓就顯得微不足道了。空氣本來(lái)是電的不良導(dǎo)體，但是，在這樣強(qiáng)大的電場(chǎng)控制下，空氣也不得不讓電流通過(guò)。云層的底部會(huì)向地面發(fā)出一道“先導(dǎo)閃電”，一般先導(dǎo)閃電并不亮，但是速度很快，它會(huì)在千分之一秒的時(shí)間內(nèi)向下前進(jìn)幾十米，然后消失。而下一道閃電在已經(jīng)打通的通道中繼續(xù)向下幾十米，然后再次消失。在這一道道閃電先頭部隊(duì)的蠶食下，最終，從云層到地面的通道被打開，空氣的導(dǎo)電能力大大增強(qiáng)，于是大量的電能就會(huì)順著這個(gè)通道迅猛而下直擊地面，形成一道道閃亮晃眼的閃電，直到云層中的電量消耗殆盡，閃電才會(huì)消失。

◎閃電形成過(guò)程

在閃電產(chǎn)生的過(guò)程中，閃電通道周圍的空氣會(huì)產(chǎn)生熱量，在不到1秒的時(shí)間內(nèi)溫度會(huì)升高至33 000℃。在這般高溫下，空氣會(huì)產(chǎn)生爆炸性的膨脹并發(fā)出隆隆巨響，這也就是我們熟知的雷聲了。因?yàn)楣獾膫鞑ニ俣仁敲棵?0萬(wàn)千米，聲音的傳播速度是每秒340米左右，所以我們總是先看到閃電再聽到雷聲，而且我們可以通過(guò)看到閃電和聽到雷聲之間的時(shí)間間隔，來(lái)計(jì)算閃電離我們有多遠(yuǎn)。假如我們?cè)诳吹介W電后的5秒鐘聽到雷聲，那這個(gè)閃電與我們的距離就是聲音走了5秒鐘的距離，也就是大約1 700米。

閃電是地球上一種十分常見的天氣現(xiàn)象，每年地球上空會(huì)出現(xiàn)31億多次閃電！就在你看到這句話的時(shí)候，地球上就已經(jīng)產(chǎn)生了100次閃電！

各種各樣的閃電

你知道嗎？閃電也有各種造型，最常見的是枝狀閃電和片狀閃電。枝狀閃電有耀眼的光芒以及很細(xì)的光線，整個(gè)閃電就像枝杈縱橫的樹枝一般，橫向或縱向伸展著。這種閃電一般都是云與地面的較量（有時(shí)也出現(xiàn)在云與云之間），蘊(yùn)含著極強(qiáng)的電流，會(huì)損傷樹木、人體，要是它落到建筑物上還會(huì)損毀建筑物。

◎云與地面之間的枝狀閃電

◎云與云之間的枝狀閃電

◎云中出現(xiàn)的片狀閃電

片狀閃電看上去就像是藏在云彩中的閃光。這種閃電發(fā)生的時(shí)候，大片的云朵會(huì)被照亮。片狀閃電經(jīng)常是在閃電的強(qiáng)度逐漸減弱，降水趨于停止時(shí)出現(xiàn)，多數(shù)都是云朵之間的放電現(xiàn)象。

除了這兩種，還有一種很罕見的球狀閃電。這種閃電像一個(gè)火球一樣，大小差別很大，有的直徑十幾厘米，有的卻有幾十米寬。球狀閃電被稱為“閃電中的幽靈”，它有時(shí)在空中慢慢游蕩，有時(shí)候又靜止在空中；它有時(shí)發(fā)出白光，有時(shí)又發(fā)出粉紅色的光；有時(shí)它可以從窗戶、門縫鉆進(jìn)屋內(nèi)，在房子里轉(zhuǎn)一圈后又溜走；有時(shí)它會(huì)發(fā)出“咝咝”的聲音，然后一聲悶響便消失不見，有時(shí)它又會(huì)發(fā)出微弱的噼啪聲，然后不知不覺地消失……

閃電的破壞力和避險(xiǎn)方法

閃電中蘊(yùn)藏著巨大的能量，因此它們也具有非常強(qiáng)大的破壞力。要是閃電落在森林中，它能夠?qū)淠军c(diǎn)燃，引發(fā)森林大火。要是發(fā)生在城市中，閃電可能會(huì)損害供電線路，造成大范圍停電。要是閃電擊中人體，人體水分會(huì)瞬間蒸發(fā)，也就是說(shuō)人體會(huì)被燒焦。就算沒有直接擊中人體，只是擊中人體周圍或是身體上的金屬物，閃電強(qiáng)大的電流也會(huì)讓人心臟驟停，造成人員傷亡。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年因?yàn)槔纂娫斐傻娜藛T傷亡數(shù)量達(dá)幾千人。

那我們要怎樣避開雷電襲擊呢？首先，在雷雨天，我們要盡量避免外出，待在安全的室內(nèi)，并且遠(yuǎn)離窗戶、陽(yáng)臺(tái)這樣靠近戶外的位置，最好還能關(guān)閉家中電器的電源、拔掉插頭，防止雷電沿著電線進(jìn)入家中。其次，如果你剛好身處戶外，發(fā)生雷電時(shí)要立即俯下身體，降低自身的高度。或者更保險(xiǎn)的是，盡快躲避到建筑物或汽車內(nèi)。無(wú)論如何，記住千萬(wàn)不要躲避到樹下或廣告牌、電線桿等容易導(dǎo)電的高大物體周圍。最后，雷雨天在戶外不要使用手機(jī)、收音機(jī)等會(huì)引來(lái)雷電的電子設(shè)備。

從天空中引閃電的人

說(shuō)到雷電就不能不提到一位科學(xué)家——富蘭克林。據(jù)說(shuō)在1952年，富蘭克林做了一個(gè)風(fēng)箏與閃電的實(shí)驗(yàn)。他和他的兒子在一個(gè)風(fēng)雨交加的夜晚，把一個(gè)裝著金屬桿的風(fēng)箏放到了天空中，當(dāng)他手中的風(fēng)箏線傳來(lái)了一陣酥麻感的時(shí)候，富蘭克林發(fā)現(xiàn)他已經(jīng)成功將云中的閃電引到了一個(gè)叫作萊頓瓶的裝置中，并發(fā)現(xiàn)閃電與摩擦產(chǎn)生的靜電有同樣的性質(zhì)。實(shí)際上，富蘭克林并沒有做過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)，他只是提出了他的設(shè)想和理論，并根據(jù)他的理論發(fā)明了避雷針。

超級(jí)鏈接

避雷針通常安裝在建筑物的最高點(diǎn)，再連接導(dǎo)線引入地下。避雷針在地面和天空之間連接形成了一個(gè)導(dǎo)電的通路，在雷雨天，避雷針能夠?qū)⒔邮盏降碾娮油ㄟ^(guò)這條通路引入地下，從而使建筑物避開雷電的襲擊。所以，避雷針實(shí)際上是一種引雷針。

要知道，與閃電有關(guān)的實(shí)驗(yàn)是非常非常危險(xiǎn)的。曾經(jīng)有一位俄國(guó)物理學(xué)家利赫曼在得知了富蘭克林的理論后，與同為科學(xué)家的好友羅蒙諾索夫在家里制作了一個(gè)可以將閃電引進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備。但當(dāng)1753年7月26日，閃電真的被引進(jìn)實(shí)驗(yàn)室時(shí)，利赫曼卻不慎受雷擊身亡。直到今天，關(guān)于雷電還有很多未解之謎，比如云里為什么會(huì)有電？雷電能不能被我們利用？幽靈一樣的球狀閃電到底是怎么一回事？這些未解之謎與我們的生活息息相關(guān)，還需要科學(xué)家甚至正在看文章的你用科學(xué)的工具和方法去不斷地探索和發(fā)現(xiàn)。