闪电

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闪电是一种自然发生的静电放电,其间两个带电的区域,无论是在大气中还是在地面上,都暂时中和,导致平均一千兆焦耳的能量瞬间释放。这种放电可能产生广泛的电磁辐射,从电子快速运动产生的热量,到黑体辐射形式的明亮的可见光闪烁。闪电会引起雷声,这是由于放电附近的气体经历了压力的突然增加而产生的冲击波的声音。闪电通常发生在雷暴和其他类型的高能天气系统中,但火山闪电也可能发生在火山爆发期间。 三种主要的闪电是根据...
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闪电

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闪电是一种自然发生的静电放电,其间两个带电的区域,无论是在大气中还是在地面上,都暂时中和,导致平均一千兆焦耳的能量瞬间释放。这种放电可能产生广泛的电磁辐射,从电子快速运动产生的热量,到黑体辐射形式的明亮的可见光闪烁。闪电会引起雷声,这是由于放电附近的气体经历了压力的突然增加而产生的冲击波的声音。闪电通常发生在雷暴和其他类型的高能天气系统中,但火山闪电也可能发生在火山爆发期间。

三种主要的闪电是根据它们发生的位置来区分的:要么在单个雷云内(云内),要么在两朵云之间(云对云),要么在云和地面之间(云对地)。许多其他的观察变体也被认可,包括热闪电,可以从很远的地方看到,但听不到;干闪电,可以引起森林火灾;以及球状闪电,很少被科学地观察到。

人类将闪电神化已经有几千年了。由闪电衍生出来的成语表达,如英语中的bolt from the blue,在各种语言中都很常见。在任何时候,人们都为闪电的景象和差异而着迷。对闪电的恐惧被称为 "恐雷症"。

电化

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充电过程的细节仍在被科学家研究,但对雷雨电化的一些基本概念有普遍的共识。电化可以通过三电效应,作为碰撞体之间离子转移的结果。不带电的、碰撞的水滴可以变成带电的,因为它们之间的电荷转移(作为水离子)在电场中存在,就像在雷云中一样。雷暴中的主要充电区域发生在风暴的中心部分,那里的空气正在快速向上移动(上升气流),温度范围为-15至-25℃(5至-13°F);见图1。在该地区,温度和快速上升的空气运动相结合,产生了过冷的云滴(低于冰点的小水滴)、小冰晶和粒状物(软冰雹)的混合物。上升气流将过冷的云滴和非常小的冰晶往上带。同时,体积和密度大得多的粒状物倾向于下降或悬浮在上升的空气中。

降水运动的差异导致碰撞的发生。当上升的冰晶与砾石碰撞时,冰晶会带正电,而砾石则带负电;见图2。上升气流将带正电的冰晶带向风暴云的顶部。较大且密度较高的砾石要么悬浮在雷暴云的中间,要么落向风暴的下部。

其结果是,雷暴云的上部变得带正电,而雷暴云的中部和下部变得带负电。

暴风雨中的上升运动和大气层中更高层次的风往往会导致雷暴云上部的小冰晶(和正电荷)在水平方向上扩散,离雷暴云底部有一段距离。雷暴云的这一部分被称为 "砧板"。虽然这是雷暴云的主要充电过程,但其中一些电荷可以通过风暴中的空气运动(上升气流和下降气流)进行重新分配。此外,由于降水和较高的温度,在雷雨云的底部有一个小而重要的正电荷积聚。

自19世纪40年代以来,人们就知道纯水中电荷的诱导分离,就像三电效应使纯水电气化一样。

闪电

威廉-汤姆森(开尔文勋爵)证明了水的电荷分离发生在地球表面的通常电场中,并利用这一知识开发了一个连续电场测量装置。

开尔文用开尔文滴管证明了利用液态水将电荷分离到不同区域的物理现象。最有可能携带电荷的物种被认为是水离子和水氢氧离子。

固体水冰的电荷也得到了考虑。带电物种再次被认为是氢离子和氢氧根离子。

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