簡述雷電是怎么形成的
簡述雷電是怎么形成的
雷電是伴有閃電和雷鳴的一種雄偉壯觀而又有點令人生畏的放電現(xiàn)象。雷電一般產(chǎn)生于對流發(fā)展旺盛的積雨云中，因此常伴有強烈的陣風(fēng)和暴雨，有時還伴有冰雹和龍卷風(fēng)。今天學(xué)習(xí)啦小編給大家分享關(guān)于雷電是怎么形成的，歡迎閱讀。
一、雷電的產(chǎn)生原因
1、簡述原因：
雷電是發(fā)生在大氣層中大氣或云塊在氣流作用下產(chǎn)生異性電荷的積累使某處空氣被擊穿，電荷中和產(chǎn)生強烈的聲、光、電并發(fā)的一種物理現(xiàn)象，通常是指帶電的云層對大地之間、云層與云層之間、云層內(nèi)部的放電現(xiàn)象。這個放電的過程會產(chǎn)生強烈的閃電和巨大的聲響，即人們常說的“電閃雷鳴”。
2、簡述原因的分析
我們在初中曾經(jīng)學(xué)過關(guān)于雷電產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)內(nèi)容：雷電是由于天空與地面的強烈中和反應(yīng)，但對于實質(zhì)成因并不了解。
現(xiàn)在我們將結(jié)合高中所學(xué)的知識以及網(wǎng)站提供的資料，對雷電的產(chǎn)生原因進行更全面的分析與理解：
雷電是一種常見的大氣放電現(xiàn)象。雷電一般產(chǎn)生于對流發(fā)展旺盛的積雨云中，因此常伴有強烈的陣風(fēng)和暴雨，有時還伴有冰雹和龍卷。在夏天的午后或傍晚，地面的熱空氣攜帶大量的水汽不斷地上升到高空，形成大范圍的積雨云。積雨云頂部一般較高，積雨云的不同部位聚集著大量的正電荷或負電荷，可達20公里，云的上部常有冰晶。冰晶的凇附，水滴的破碎以及空氣對流等過程，使云中產(chǎn)生電荷。
云中電荷的分布較復(fù)雜，但總體而言，云的上部以正電荷為主，下部以負電荷為主從而形成雷雨云。而地面因受到近地面雷雨云的靜電感應(yīng)，也會帶上與云底相反符號的電荷，兩者相當(dāng)于一個巨大的電容器。一般情況下，我們把地面看成零電勢面，積雨云與地面的高度差比較大，根據(jù)公式：U=Ed，積雨云與地面間的電場強度與距離都很大，所以它們間的電勢差很大，即電壓很大。
閃電的電壓很高，約為1億至10億伏特。閃電的平均電流是3萬安培，最大電流可達30萬安培。一個中等強度雷暴的功率可達一千萬瓦，相當(dāng)于一座小型核電站的輸出功率。當(dāng)云層里的電荷越積越多，使電場強度達到一定強度時，就會把空氣擊穿，打開一條狹窄的通道強行放電。當(dāng)云層放電時，由于云中的電流很強，通道上的空氣瞬間被燒得灼熱，溫度高達6000--20000℃，所以發(fā)出耀眼的強光，這就是閃電。而閃道上的高溫會使空氣急劇膨脹，同時也會使水滴汽化膨脹，從而產(chǎn)生沖擊波，這種強烈的沖擊波活動形成了雷聲。
二、雷電的分類
我們根據(jù)生活常識和結(jié)合有關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)雷的種類主要有四種：直擊雷、球雷、感應(yīng)雷和雷電侵入波。
直擊雷：是雷電與地面、樹木、鐵塔或其它建筑物等直接放電形成的。這雷擊的能量很大，雷擊后一般會留下燒焦、坑洞，突出部分削掉等痕跡。
球雷：是一種紫色或灰紫色的滾動雷，它能沿地面滾動或空中飄動，能從門窗、煙囪等孔洞縫隙竄入室內(nèi)，遇到人體或物體容易發(fā)生爆炸。
感應(yīng)雷：是指感應(yīng)過壓。雷擊于電線或電氣設(shè)備附近時，由于靜電和電磁感應(yīng)將在電線或電氣設(shè)備上形成過電壓。沒聽到雷聲，并不意味著沒有雷擊。
雷電侵入波：是雷電發(fā)生時，雷電流經(jīng)架空電線或空中金屬管道等金屬體產(chǎn)生沖擊電壓，沖擊電壓又隨金屬體的走向而迅速擴散，以致造成危害。
三、雷電的危害
自然界每年都有幾百萬次閃電。雷電災(zāi)害是“聯(lián)合國國際減災(zāi)十年”公布的最嚴重的十種自然災(zāi)害之一。最新統(tǒng)計資料表明，雷電造成的損失已經(jīng)上升到自然災(zāi)害的第三位。全球每年因雷擊造成人員傷亡、財產(chǎn)損失不計其數(shù)。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國每年因雷擊以及雷擊負效應(yīng)造成的人員傷亡達3000～4000人，財產(chǎn)損失在50億元到100億元人民幣。
雷電災(zāi)害所涉及的范圍幾乎遍布各行各業(yè)?，F(xiàn)代電子技術(shù)的高速發(fā)展，帶來的負效應(yīng)之一就是其抗雷擊浪涌能力的降低。以大規(guī)模集成電路為核心組件的測量、監(jiān)控、保護、通信、計算機網(wǎng)絡(luò)等先進電子設(shè)備廣泛運用于電力、航空、國防、通信、廣電、金融、交通、石化、醫(yī)療以及其它現(xiàn)代生活的各個領(lǐng)域，以大型CMOS集成元件組成的這些電子設(shè)備普遍存在著對暫態(tài)過電壓、過電流耐受能力較弱的缺點，暫態(tài)過電壓不僅會造成電子設(shè)備產(chǎn)生誤操作，也會造成更大的直接經(jīng)濟損失和廣泛的社會影響。
1、雷擊造成的危害主要有五種：
(1)直擊雷
直擊雷是雷擊危害最主要的一種形式，我們在前面的雷電的分類中已經(jīng)介紹過了。由于直擊雷是帶電的云層對大地上的某一點發(fā)生猛烈的放電現(xiàn)象，所以它的破壞力十分巨大，若不能迅速將其瀉放入大地，將導(dǎo)致放電通道內(nèi)的物體、建筑物、設(shè)施、人畜遭受嚴重的破壞或損害——火災(zāi)、建筑物損壞、電子電氣系統(tǒng)摧毀，甚至危及人畜的生命安全。
(2)雷電波侵入
雷電不直接放電在建筑和設(shè)備本身，而是對布放在建筑物外部的線纜放電。線纜上的雷電波或過電壓幾乎以光速沿著電纜線路擴散，侵入并危及室內(nèi)電子設(shè)備和自動化控制等各個系統(tǒng)。因此，往往在聽到雷聲之前，我們的電子設(shè)備、控制系統(tǒng)等可能已經(jīng)損壞。
(3)感應(yīng)過電壓
雷擊在設(shè)備設(shè)施或線路的附近發(fā)生，或閃電不直接對地放電，只在云層與云層之間發(fā)生放電現(xiàn)象。閃電釋放電荷，并在電源和數(shù)據(jù)傳輸線路及金屬管道金屬支架上感應(yīng)生成過電壓。
雷擊放電于具有避雷設(shè)施的建筑物時，雷電波沿著建筑物頂部接閃器(避雷帶、避雷線、避雷網(wǎng)或避雷針)、引下線泄放到大地的過程中，會在引下線周圍形成強大的瞬變磁場，輕則造成電子設(shè)備受到干擾，數(shù)據(jù)丟失，產(chǎn)生誤動作或暫時癱瘓;嚴重時可引起元器件擊穿及電路板燒毀，使整個系統(tǒng)陷于癱瘓。
(4)系統(tǒng)內(nèi)部操作過電壓
因斷路器的操作、電力重負荷以及感性負荷的投入和切除、系統(tǒng)短路故障等系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的變化而使系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生改變，引起的電力系統(tǒng)內(nèi)部電磁能量轉(zhuǎn)化，從而產(chǎn)生內(nèi)部過電壓，即操作過電壓。
操作過電壓的幅值雖小，但發(fā)生的概率卻遠遠大于雷電感應(yīng)過電壓。實驗證明，無論是感應(yīng)過電壓還是內(nèi)部操作過電壓，均為暫態(tài)過電壓(或稱瞬時過電壓)，最終以電氣浪涌的方式危及電子設(shè)備，包括破壞印刷電路印制線、元件和絕緣過早老化壽命縮短、破壞數(shù)據(jù)庫或使軟件誤操作，使一些控制元件失控。
(5)地電位反擊
如果雷電直接擊中具有避雷裝置的建筑物或設(shè)施，接地網(wǎng)的地電位會在數(shù)微秒之內(nèi)被抬高數(shù)萬或數(shù)十萬伏。高度破壞性的雷電流將從各種裝置的接地部分，流向供電系統(tǒng)或各種網(wǎng)絡(luò)信號系統(tǒng)，或者擊穿大地絕緣而流向另一設(shè)施的供電系統(tǒng)或各種網(wǎng)絡(luò)信號系統(tǒng)，從而反擊破壞或損害電子設(shè)備。同時，在未實行等電位連接的導(dǎo)線回路中，可能誘發(fā)高電位而產(chǎn)生火花放電的危險。
2、按其破壞因素又可歸納為三類。
(1)電性質(zhì)破壞：
雷電產(chǎn)生高達數(shù)萬伏甚至數(shù)十萬伏的沖擊電壓，可毀壞發(fā)電機、變壓器、斷路器、絕緣子等電氣設(shè)備的絕緣，燒斷電線或劈裂電桿，造成大規(guī)模停電;絕緣損壞會引起短路，導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸事故;二次放電(反擊)的火花也可能引起火災(zāi)或爆炸;絕緣的損壞，如高壓竄入低壓，可造成嚴重觸電事故;巨大的雷電流流入地下，會在雷擊點及其連接的金屬部分產(chǎn)生極高的對地電壓，可直接導(dǎo)致接觸電壓或跨步電壓的觸電事故。
(2)熱性質(zhì)破壞：
當(dāng)幾十至上千安的強大電流通過導(dǎo)體時，在極短的時間內(nèi)將轉(zhuǎn)換成大量熱能。雷擊點的發(fā)熱能量約為500～2000J，這一能量可熔化50～200立方厘米的鋼。故在雷電通道中產(chǎn)生的高溫往往會釀成火災(zāi)。
(3)機械性質(zhì)破壞：
由于雷電的熱效應(yīng)，能使雷電通道中木材纖維縫隙和其他結(jié)構(gòu)縫隙中的空氣劇烈膨脹，同時使水分及其他物質(zhì)分解為氣體，因而在被雷擊物體內(nèi)部出現(xiàn)很大的壓力，致使被擊物遭受嚴重破壞或造成爆炸。
四、如何防御雷電災(zāi)害
經(jīng)過我們的研究，結(jié)合網(wǎng)上查找的資料，總結(jié)出預(yù)防雷電總的原則：一是人體的位置盡量降低，以減少直接雷擊的危險;二是人體與地面的接觸部分如雙腳要盡量靠近，與地面接觸越小愈好，以減少“跨步電壓”。
1、如在野外，應(yīng)立即尋找蔽護所。以裝有避雷針的、鋼架的或鋼盤混凝土建筑物，作為避雷場所，具有完整金屬車廂的車輛也可以利用。
2、沒有掩蔽所時，要遠離高壓輸電線。高壓輸電線均為裸線且電壓均在萬伏以上，如果離高壓線的距離小于18米時，容易造成極嚴重的觸電事故。
3、千萬不要靠近空曠地帶或山頂上的孤樹，這里最易受到雷擊;高樹林子的邊緣，電線、旗桿的周圍和干草堆、帳篷等無避雷設(shè)備的高大物體附近，鐵軌、長金屬欄桿和其他龐大的金屬物體近旁，山頂、制高點等場所也不能停留。這些地方最容易遭遇雷電襲擊。
4、雷電期間，如正在駕車，應(yīng)留在車內(nèi)。車殼是金屬的，因屏蔽作用，就算閃電擊中汽車，也不會傷人，因此，車廂是躲避雷擊的理想地方。但是雷電期間最好不要騎馬、騎自行車、騎摩托車和開敞篷拖拉機;不要攜帶金屬物體在露天行走，不要使用手機;不要靠近避雷設(shè)備的任何部分;盡量不要使用設(shè)有外接天線的收音機和電視機，不要接打電話。
5、如果你在江、河、湖泊或游泳池中游泳時，遇上雷雨則要趕快上岸離開。因為水面易遭雷擊，況且在水中若受到雷擊傷害，還增加溺水的危險。另外，盡可能不要呆在沒有避雷設(shè)備的船只上，特別是高桅桿的木帆船。
6、如果在空曠的野外無處躲避，應(yīng)該盡量尋找低凹地(如土坑)藏身，或者采用盡量降低重心和減少人體與地面的接觸面積，立即下蹲，雙腳并攏，手放膝上，身向前屈，千萬不要躺在地上、壕溝或土坑里，如能披上雨衣，防雷效果就更好。在野外的人群，無論是運動的，還是靜止的，都應(yīng)拉開幾米的距離，不要擠在一起，也可躲在較大的山洞里。
7、注意當(dāng)你感到皮膚刺痛或頭發(fā)豎起，是雷電將至的先兆，要立即倒在地上。受到雷擊的人可能被燒傷或嚴重休克，但身上并不帶電，可以安全地加以處理。
8、如有強雷鳴閃電時你正巧在家里，建議無特殊需要，不要冒險外出。但也應(yīng)注意以下幾點：
①不宜在建筑物朝天平面(天面)上活動。因為當(dāng)朝天平面發(fā)生直接雷擊時，強大的雷電流可導(dǎo)致人員傷亡。
?、诓灰耸褂昧茉∑?。因為水管與防雷接地相連，雷電流可通過水流傳導(dǎo)而致人傷亡。
?、劬o閉門窗，防止側(cè)擊雷和球雷侵入。
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