雷電形成原因
雷電是伴有閃電和雷鳴的一種大氣中的放電現(xiàn)象。
雷電產(chǎn)生于積雨中，積雨云在形成過(guò)程中，某些云團(tuán)帶正電荷，某些云團(tuán)帶負(fù)電荷，不同電荷在空中相遇，就會(huì)隨之產(chǎn)生強(qiáng)烈的閃電和巨響。雷電分直擊雷、電磁脈沖、球形雷、云閃四種。
在任何給定時(shí)間，世界上都有1800場(chǎng)雷雨正在產(chǎn)生，每秒大約有100次雷擊。在美國(guó)，雷電每年會(huì)造成大約150人死亡和250人受傷。全世界每年有4000多人慘遭雷擊。
產(chǎn)生雷電的條件是雷雨云中有堆集并形成極性。科學(xué)家們對(duì)雷雨云的帶電機(jī)制及電荷有規(guī)律分布，進(jìn)行了大量的觀測(cè)和試驗(yàn)，堆集了許多材料，并提出各種各樣的解釋?zhuān)行┱擖c(diǎn)至今還有爭(zhēng)辯。
對(duì)流云初始階段的“離子流”假說(shuō)
大氣中存在這大量的正離子和負(fù)離子，在云中的雨滴上，電荷分布是不均勻的，最外邊的分子帶負(fù)電，里層的帶正電，內(nèi)層比外層的電勢(shì)差約高0.25V。為了平衡這個(gè)電勢(shì)差，水滴就必須優(yōu)先吸收大氣中的負(fù)離子，這就使水滴逐漸帶上了負(fù)電荷。當(dāng)對(duì)流發(fā)展開(kāi)始時(shí)，較輕的正離子逐漸的被上升的氣流帶到云的上部；而帶負(fù)電的云滴因?yàn)楸容^重，就留在了下部，造成了正負(fù)電荷的分離。
冷云的電荷堆集
當(dāng)對(duì)流發(fā)展到一定階段，云體伸入0℃層以上的高度后，云中就有了過(guò)冷水滴、霰粒和冰晶等。這種由不同相態(tài)的水汽凝結(jié)物組成且溫度低于0℃的云，叫冷云。冷云的電荷形成和堆集過(guò)程有如下幾種：
① 過(guò)冷水滴在霰粒上撞凍起電
雷電(3)在云層重有許多水滴在溫度低于0℃時(shí)也不會(huì)凍住，這種水滴叫過(guò)冷水滴。過(guò)冷水滴是不穩(wěn)定的，只要它們被輕輕地震動(dòng)一下，就立刻凍住稱(chēng)冰粒。當(dāng)過(guò)冷水滴與霰粒碰撞時(shí)，會(huì)立即凍住，這叫撞凍。當(dāng)產(chǎn)生撞凍時(shí)，過(guò)冷水滴外部立即凍成冰殼，但它的內(nèi)部仍暫時(shí)保持著液態(tài)，并且因?yàn)橥獠績(jī)鲎》诺臐摕醾鞯絻?nèi)部，其內(nèi)部液態(tài)過(guò)冷水的溫度比外面的冰殼高。溫度的差異使得凍住的過(guò)冷水滴外部帶上正電，內(nèi)部帶上負(fù)電。當(dāng)內(nèi)部也產(chǎn)生凍住時(shí)，云滴就膨脹分裂，外表皮破裂成許多帶正電的冰屑，隨氣流飛到云層上部，帶負(fù)電的凍滴核心部分則附在較重的霰粒上，使霰粒帶負(fù)電并留在云層的中下部。
② 冰晶與霰粒的摩擦碰撞起電
霰粒是由凍住水滴組成的，成白色或乳白色，結(jié)構(gòu)比較松脆。因?yàn)榻?jīng)常有冷水滴與它撞凍并釋放潛熱，它的溫度一般比冰晶高。在冰晶中含有一定量的自由離子（OH-和H+），離子數(shù)隨溫度升高而增多。因?yàn)轹绷Ｅc冰晶觸摸部分存在著溫度差，高溫端的自由離子必然要多于低溫端，因而離子必然從高溫端向低溫端遷移。離子遷移時(shí)，帶正電的氫離子速度較快，而帶負(fù)電的較重的氫氧根離子則較慢。因此，在一定時(shí)間內(nèi)就出現(xiàn)了冷端氫離子過(guò)剩的現(xiàn)象，造成了高溫端為負(fù)，低溫端為正的電極化。當(dāng)冰晶與霰粒觸摸后，又分離時(shí)，溫度較高的霰粒就帶上了負(fù)電，而溫度較低的冰晶就帶上了正電。在重力和上升氣流的效果下，較輕的帶正電的冰晶集中到云的上部，較重的帶負(fù)電的霰粒則停留在云層的下部，因而造成了冷云的上部帶正電而下部帶負(fù)電。
③ 水滴因含有稀薄鹽分而起電
出了上述冷云的兩種起電機(jī)制外，還有人提出了因?yàn)榇髿庵兴魏邢”←}分而產(chǎn)生起電機(jī)制。當(dāng)云滴凍住時(shí)，冰的晶格中可以容納負(fù)的氯離子，卻排斥正的鈉離子。因此，水滴凍住的部分帶負(fù)電，而未凍住的部分帶正電（水滴凍住時(shí)是從里向外進(jìn)行的)。因?yàn)樗蝺鲎《傻啮绷Ｔ谙侣涞倪^(guò)程中，摔掉外表還未來(lái)得及凍住的水分，形成許多帶正電的小云滴，而凍住的核心部分則帶負(fù)電。因?yàn)橹亓蜌饬鞯姆诌x效果，電正點(diǎn)的小滴被帶到云的上部，而帶負(fù)電的霰粒則停留在云的中、下部。
暖云的電荷堆集
在熱帶區(qū)域，有一些云整個(gè)云體都位于0℃以上區(qū)域。因而只含有水滴而沒(méi)有固態(tài)水粒子。這種云叫暖云或水云。暖云也會(huì)出現(xiàn)雷電現(xiàn)象。在中緯度區(qū)域的雷暴云，云體位于0℃等溫線一下的部分，就是云的暖區(qū)。在云的暖區(qū)里也有起電過(guò)程產(chǎn)生。
在雷雨云的發(fā)展過(guò)程中，上數(shù)機(jī)制在不同的發(fā)展階段分別起效果。但是，最主要的帶電機(jī)制還是因?yàn)樗蝺鲎≡斐傻摹４罅坑^測(cè)事實(shí)表明，只有當(dāng)云頂呈現(xiàn)纖維狀，絲縷結(jié)構(gòu)時(shí)，云彩發(fā)展成為雷雨云。飛機(jī)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，雷雨云中存在以冰、雪晶和霰粒為主的大量云粒子，而且大量電荷的堆集即雷雨云迅猛帶電機(jī)制，必須依靠霰粒生長(zhǎng)過(guò)程的碰撞、撞凍和摩擦等才能產(chǎn)生。
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