關于雷電的13個為什么



1. 雷雨云是如何形成的？
2. 云對云放電與云對地的放電比例如何？
4. 雷電暴發時的臨界狀態？
5. 雷電對地放電的基本過程是怎樣的？中和電流產生的機理？
6. “有人企圖收集雷電能量加以利用?！边@種做法是否妥當？
7. 雷電流的波形和極性是怎樣的？
8. 什么是雷電流的幅值、波頭、波長和陡度？
9. 雷電流幅值的概率分布是怎樣的？2007年廣西南寧4月～8月分雷電監測報告分析http://www.tj-spd.cn/fanglei/74/303.html
10. 雷電流的波頭和波長是怎樣確定的？
11. 雷電流的陡度是怎樣確定的？
12. 雷電放電的重復次數和總持續時間？
13. 什么是雷暴日和雷暴小時？
14. 球雷的機理？

1. 雷雨云是如何形成的？
答：雷電放電是由帶電荷的雷云引起的。雷云帶電原因的解釋很多，但還沒有獲得比較滿意的一致認識。一般認為雷云是在有利的大氣和大地條件下，由強大的潮濕的熱氣流不斷上升進入稀薄的大氣層冷凝的結果。強烈的上升氣流穿過云層，水滴被撞分裂帶電。輕微的水沫帶負電，被風吹得較高，形成大塊得帶負電的雷云；大滴水珠帶正電，凝聚成雨下降，或懸浮在云中，形成一些局部帶正電的區域。實測表明，在5～10km的高度主要是正電荷的云層，在1～5km的高度主要是負電荷的云層，但在云層的底部也有一塊不大區域的正電荷聚集。雷云中的電荷分布很不均勻，往往形成多個電荷密集中心。每個電荷中心的電荷約為0.1庫侖～10庫侖，而一大塊雷云同極性的總電荷則可達數百庫侖。這樣，在帶有大量不同極性或不同數量電荷的雷云之間，或雷云和大地之間就形成了強大的電場。隨著雷云的發展和運動，一旦空間電場強度超過大氣游離放電的臨界電場強度（大氣中的電場強度約為30kV/cm，有水滴存在時約為10kV/cm）時，就會發生云間或對地的火花放電；放出幾十乃至幾百千安的電流；產生強烈的光和熱（放電通道溫度高達15000℃至20000℃），使空氣急劇膨脹震動，發生霹靂轟鳴。這就是閃電伴隨雷鳴叫做雷電的原故。

2. 云對云放電與云對地的放電比例如何？
答：大多數雷電放電發生在雷云之間，它對地面沒有什么直接影響。雷云對大地的放電雖然只占少數。雷暴日數越多，云間放電的比重越大。云間放電與云地放電之間比，在溫帶約為1.5～3.0，在熱帶約為3～6。

4. 雷電暴發時的臨界狀態？
答：雷云的底部大多數是帶負電，它在地面上會感應出大量的正電荷。這樣，在帶有大量不同極性或不同數量電荷的雷云之間，或雷云和大地之間就形成了強大的電場，其電位差可達數兆伏甚至數十兆伏。隨著雷云的發展和運動，一旦空間電場強度超過大氣游離放電的臨界電場強度（大氣中約30kV/cm，有水滴存在時約10kV/cm）時，就會發生云間或對大地的火花放電；放出幾十乃至幾百千安的電流；產生強烈的光和熱（放電通道溫度高達15000℃～20000℃），使空氣急劇膨脹震動，發生霹靂轟鳴。

5. 雷電對地放電的基本過程是怎樣的？中和電流產生的機理？
答：①雷云中的負電荷逐漸積累，同時在附近地面上感應出正電荷。
②當雷云與大地之間局部電場強度超過大氣游離臨界場強時，就開始有局部放電通道自雷云邊緣向大地發展----先導放電（先導放電發展的平均速度較低約為1.5×105m/s，表現出的電流不大，約為數百安培），如圖1-1(a)所示，先導通道具有導電性，因此雷云中的負電荷沿通道分布，并繼續向地面延伸，地面上的感應正電荷也逐漸增多。
③先導通道發展臨近地面時，由于局部空間電場強度的增加，常在地面突起出現正電荷的先導放電向天空發展----迎面先導，如圖1-1(b)所示。
④先導通道到達地面或與迎面先導相遇后，在通道端部因大氣強烈游離而產生高密度的等離子區，自下而上迅速傳播，形成一條高導電率的等離子通道，使先導通道以及雷云中的負電荷與大地的正電荷迅速中和----主放電過程（主放電的發展速度很快，約為2×107m/s～1.5×108m/s，出現很強的脈沖電流，可達幾十至二、三百千安培）；如圖1-1(c)、(d)所示。
⑤主放電到達云端結束，云中的殘余電荷經過主放電通道流下來----余光放電。

6. “有人企圖收集雷電能量加以利用?！边@種做法是否妥當？
答：實際上，雷電放電瞬間功率極大，但是雷電的能量卻很小，即破壞力極大，實際利用的價值卻很小。以中等雷為例：雷云電位以50000kV計，電荷Q=8C，則能量為W= UQ=2×108（W?s）=55（kW?h），即不過等于55 kW?h電能（約等值于4kg的汽油）。但雷電主放電的瞬時功率P極大，以I=50kA，弧道壓降E=6kV/m，雷云為1000m高度計，主放電功率P=UI=50×6×1000=300000MW，它比目前全世界任一電站的功率還要大。

7. 雷電流的波形和極性是怎樣的？
答：雷電流是單極性的脈沖波；75%～90%的雷電流是負極性的。

8. 什么是雷電流的幅值、波頭、波長和陡度？
答：雷電流的幅值是指脈沖電流所達到的最高值；波頭是指電流上升到幅值的時間；波長（波尾）是指脈沖電流的持續時間。幅值和波頭又決定了雷電流隨時間上升的變化率稱為雷電流的陡度。雷電流陡度對過電壓有直接影響。

9. 雷電流幅值的概率分布是怎樣的？
答：根據我國大部分地區多年實測得到的1205個數據統計，雷電流幅值≥40kA的雷電流占45%，≥80kA的雷電流占17%，≥108kA的雷電流占10%；我國實測最大雷電流330kA只占0.1%。上述統計數據可用雷電流幅值的累積概率曲線來表示。

10. 雷電流的波頭和波長是怎樣確定的？
答：各國測得的雷電流波形基本一致，波頭長度大多在1～5μs，平均約為2～2.5μs。我國在防雷保護設計中建議采用2.6μs。波長在20～100μs，平均約為50μs，大于50μs的僅占18～30%。在防雷保護計算中，雷電流的波形可采用2.6/50μs。

11. 雷電流的陡度是怎樣確定的？
答：由于雷電流的波頭長度變化范圍不大，所以雷電流的陡度和幅值必然密切相關。我國采用2.6μs的固定波頭長度，即認為雷電流的平均陡度 和幅值線性相關：a = = （kA/μs），即幅值較大的雷電流同時也具有較大的陡度。

12. 雷電放電的重復次數和總持續時間？
答：一次雷電放電常包含多次重復沖擊放電。根據約6000個實測記錄統計，55%的落雷包含兩次以上的沖擊，3～5次沖擊占25%，10次沖擊以上占4%；平均重復3次，最高記錄可達42次。一次雷電放電的總持續時間（包含多次重復沖擊放電時間），據統計，有50%小于0.2s，大于0.62s只占5%。

13. 什么是雷暴日和雷暴小時？
答：雷暴日表征不同地區雷電活動的頻繁程度，是指某地區一年中有雷電放電的天數，一天中只要聽到一次以上的雷聲就算一個雷暴日T。根據雷電活動的頻度和雷害的嚴重程度，我國把年平均雷暴日數T≥90的地區叫做強雷區，T≥40的地區為多雷區，15≤T≤40的地區為中雷區，T≤15的地區為少雷區。

14. 球雷的機理？
答：一般常見的都是線狀雷電，有時在云層中能見到片狀雷電，個別情況下會出現球狀雷電。球雷是在閃電時由空氣分子電離及形成各種活潑化合物而形成的火球，直徑約20cm，個別可達10m，它隨風滾動，存在時間約3～5s，個別可達幾分鐘，速度約2m/s，最后會自動或遇到障礙物時發生爆炸。防球雷的辦法是關上門窗，或至少不形成穿堂風，以免球雷隨風進入屋內。