闪电是如何形成的,它的威力有多大?

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闪电是云与云之间、云与地之间或者云体内各部位之间的强烈放电现象,一般发生在积雨云中。

闪电,是云与云之间、云与地之间或者云体内各部位之间的强烈放电现象,一般发生在积雨云中,当雷暴云内的正负电荷层之间电场强度足够大时,就会产生闪电。

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以下是关于闪电的详细解释:

形成原因

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?这里归纳起来,云的起电机制主要有如下几种:对流云初始阶段的“离子流”假说;对流云成熟阶段的“选择性迁移”理论;对流云形成过程中的“对流传输”理论;云外不同性质物体的感应起电等。

发生过程

肉眼看到的一次闪电,其过程是很复杂的,当雷雨云移到某处时,云的中下部是强大负电荷中心,云底相对的下垫面变成正电荷中心,在云底与地面间形成强大电场,在电荷越积越多,电场越来越强的情况下,云底首先出现大气被强烈电离的一段气柱,称梯级先导,这种电离气柱逐级向地面延伸,每级梯级先导是直径约5米、长50米、电流约100安培的暗淡光柱,它以平均约150000米/秒的高速度一级一级地伸向地面,在离地面5~50米左右时,地面便突然向上回击,回击的通道是从地面到云底,沿着上述梯级先导开辟出的电离通道,回击以5万公里/秒的更高速度从地面驰向云底,发出光亮无比的光柱,历时40微秒,通过电流超过1万安培,这即第一次闪击,相隔百分之几秒之后,从云中一根暗淡光柱,携带巨大电流,沿第一次闪击的路径飞驰向地面,称直窜先导,当它离地面5~50米左右时,地面再向上回击,再形成光亮无比光柱,这即第二次闪击,接着又类似第二次那样产生第三、四次闪击,通常由3~4次闪击构成一次闪电过程,一次闪电过程历时约0.25秒,在此短时间内,窄狭的闪电通道上要释放巨大的电能,因而形成强烈的爆炸,产生冲击波,然后形成声波向四周传开,这就是雷声或说“打雷”。

基本特性

1、结构:闪电是大气中脉冲式的放电现象,一次闪电由多次放电脉冲组成,这些脉冲之间的间歇时间都很短,只有百分之几秒,脉冲一个接着一个,后面的脉冲就沿着第一个脉冲的通道行进,现在已经研究清楚,每一个放电脉冲都由一个“先导”和一个“回击”构成,第一个放电脉冲在爆发之前,有一个准备阶段——“阶梯先导”放电过程:在强电场的推动下,云中的自由电荷很快地向地面移动,在运动过程中,电子与空气分子发生碰撞,致使空气轻度电离并发出微光,第一次放电脉冲的先导是逐级向下传播的,像一条发光的舌头,开头,这光舌只有十几米长,经过千分之几秒甚至更短的时间,光舌便消失;然后就在这同一条通道上,又出现一条较长的光舌(约30米长),转瞬之间它又消失;接着再出现更长的光舌……光舌采取“蚕食”方式步步向地面逼近,经过多次放电—消失的过程之后,光舌终于到达地面,因为这第一个放电脉冲的先导是一个阶梯一个阶梯地从云中向地面传播的,所以叫作“阶梯先导”,在光舌行进的通道上,空气已被强烈地电离,它的导电能力大为增加,空气连续电离的过程只发生在一条很狭窄的通道中,所以电流强度很大,当第一个先导即阶梯先导到达地面后,立即从地面经过已经高度电离了的空气通道向云中流去大量的电荷,这股电流是如此之强,以至空气通道被烧得白炽耀眼,出现一条弯弯曲曲的细长光柱,这个阶段叫作“回击”阶段,也叫“主放电”阶段,阶梯先导加上第一次回击,就构成了第一次脉冲放电的全过程,其持续时间只有百分之一秒,第一个脉冲放电过程结束之后,只隔一段极其短暂的时间(百分之四秒),又发生第二次脉冲放电过程,第二个脉冲也是从先导开始,到回击结束,但由于经第一个脉冲放电后,“坚冰已经打破,航线已经开通”,所以第二个脉冲的先导就不再逐级向下,而是从云中直接到达地面,这种先导叫作“直窜先导”,直窜先导到达地面后,约经过千分之几秒的时间,就发生第二次回击,而结束第二个脉冲放电过程,紧接着再发生第三个、第四个……直窜先导和回击,完成多次脉冲放电过程,由于每一次脉冲放电都要大量地消耗雷雨云中累积的电荷,因而以后的主放电过程就愈来愈弱,直到雷雨云中的电荷储备消耗殆尽,脉冲放电方能停止,从而结束一次闪电过程。

2、类型:最常见的闪电是线形闪电,它是一些非常明亮的白色、粉红色或淡蓝色的亮线,它很像地图上的一条分支很多的河流,又好像悬挂在天空中的一棵蜿蜒曲折、枝杈纵横的大树,除了线形闪电,还有球形闪电和链形闪电。

3、频率:世界各地大约每秒钟有1800个雷电交作在进行中,其中约有100次袭击地球,乌干达首都坎帕拉和印尼的爪哇岛,是最易受到闪电袭击的地方,据统计,爪哇岛有一年竟有300天发生闪电。

4、电荷流向:袭击地面的云地闪电为正闪电(击)和负闪电(击),云中正电荷对地的放电称为正闪电,云中负电荷对地的放电称为负闪电,正闪电时电流由云流向地面,负闪电时电流由地面流向云,即正闪电是正电荷由云流向地球,负闪电是负电荷由云流向地球,在云地闪电中,绝大多数是负闪电,负闪电的电流峰值以20~50kA居多,而正闪电比负闪电猛烈,其电流幅值往往在100kA以上。

化学反应

1、闪电时,可以使大气空中的氧气化学合键发生改变,生成极少量的臭氧。

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2、可以让氧气和氮气化合生成一氧化氮,这是天然固氮的一种重要形式。

FAQs

问题1:闪电和雷声是如何产生的?

答:闪电是由于云与云之间、云与地之间或者云体内各部位之间的电荷分布不均匀导致的强烈放电现象,当电荷积累到一定程度时,空气被击穿形成导电通道,巨大的电流瞬间通过这个通道释放能量,产生强烈的闪光,这就是我们看到的闪电,而雷声则是由于闪电通道内的空气在极短时间内被强烈加热膨胀后又迅速冷却收缩而产生的冲击波向外传播形成的音爆现象,闪电是放电产生的光现象,雷声是放电引发的冲击波产生的声现象。

问题2:为什么有时候会看到球形闪电?

答:球形闪电是一种比较罕见的闪电现象,其形成原因目前尚未完全明确,一种较为被认可的观点是,球形闪电可能是由于闪电击中地面或其他物体时产生的高温高压气体迅速膨胀扩散形成的等离子体球状物,这种等离子体球在一定条件下能够相对稳定地存在并缓慢移动,有时会漂浮在空中或沿地面滚动,但需要注意的是,球形闪电的形成机制复杂多样且具有不确定性,仍需要进一步的研究来揭示其奥秘。

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