雷電基本知識
1、天上真有“雷公”和“電母”嗎？
我國古代民間曾流傳著“雷公”、“電母”的神話，說天上有“雷公”，是專門管打雷的神，還有“電母”，是專門管閃電的神。這是由于古代人們?nèi)狈茖W(xué)知識，不能正確解釋雷電現(xiàn)象，就把雷電與鬼神聯(lián)系起來，創(chuàng)造了雷公電母等神話故事。我國古代最早的雷電記錄出自《周易》，記述的公元前1068年一次球型雷擊，這也是世界上發(fā)現(xiàn)最早的雷擊記錄。直至東漢時哲學(xué)家王充（公元27-約97年）才第一次提出了“雷是火”的論斷。1749年，美國科學(xué)家富蘭克林等經(jīng)過科學(xué)實驗，為我們揭開了雷電的神秘面紗，證實了“雷就是電”，是雷雨云之間或云地之間產(chǎn)生的放電現(xiàn)象。為現(xiàn)代防雷技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
2、 “冬雷震”是不祥之兆嗎？
“冬雷震”雖曾被古人用來作為愛情忠貞的誓言，但現(xiàn)在也有人認為這種現(xiàn)象很不吉利。不僅是“冬雷震”，其他一些反常的自然天氣現(xiàn)象也被人們作為不祥之兆，這是迷信。冬天天氣如果特別暖和，使積雨云發(fā)展起來的話，在某個高度上就可能造成雷電，而打雷與否是取決于氣象狀況的改變，和那種迷信的觀點毫無關(guān)系。反常的自然現(xiàn)象視為不祥之兆的觀念是錯誤的，天氣現(xiàn)象的變化是由自然界的規(guī)律決定的，出現(xiàn)反常的自然天氣現(xiàn)象和許多因素有關(guān)，有些因素現(xiàn)在不是很清楚，但隨著科學(xué)的發(fā)展研究的深入是會搞清楚的。
3、什么是雷電？
當(dāng)天空烏云密布，雷雨云迅猛發(fā)展時，突然一道奪目的閃光劃破長空，接著傳來震耳欲聾的巨響，這就是閃電和打雷，亦稱為雷電。雷屬于大氣聲學(xué)現(xiàn)象，是大氣中小區(qū)域強烈爆炸產(chǎn)生的沖擊波形成的聲波，而閃電則是大氣中發(fā)生的火花放電現(xiàn)象。
閃電和雷聲是同時發(fā)生的，但它們在大氣中傳播的速度相差很大，因此人們總是先看到閃電然后才聽到雷聲。光每秒能走30公里，而聲音只能走340米。根據(jù)這個現(xiàn)象，我們可以從看到閃電起到聽到雷聲止，這一段時間的長短，來計算閃電發(fā)生處離開我們的距離。假如閃電在西北方，隔10秒聽到了雷聲，說明這塊雷雨距離我們約有3400米遠。
4、雷雨是如何形成的？
夏季，陽光直射使地面水蒸汽蒸發(fā)較多。貼近地面的空氣受熱升溫，能夠容納更多的水汽，導(dǎo)致空氣密度減小，重量變輕而上浮。隨著高度的上升，溫度逐漸下降，當(dāng)空氣無法容納更多的水汽時，一部分水汽開始凝結(jié)成小水滴。此時，小水滴被上升的熱氣流托住，不斷向上推進，好似“滾雪球”一樣，越積越多，越堆越大，形成積雨云。當(dāng)積雨云內(nèi)無數(shù)個小水滴不斷碰撞合并成較大的小水滴開始下降時，地面升騰的熱空氣仍義無返顧地向上沖，兩者猛烈地碰撞帶電。用不了多久，積雨云的頂部就積累了大量的正電荷，底部則聚集了大量負電荷，而地面由于受積雨云底部負電荷的感應(yīng)而帶上正電。此時，云中的小水滴還在不停地合并增大，當(dāng)上升的熱氣流實在無力托住它們時，就形成雨滴從云中直落下來。下層的熱氣流被雨淋過后，突然變冷，向地面猛撲下來，大有“山雨欲來風(fēng)滿樓”的態(tài)勢?？罩械碾姾砷_始放電了，并伴隨著隆隆的雷聲。
5、雷電是怎樣形成的？
雷電產(chǎn)生于積雨云中。積雨云在形成過程中，一部分云團帶正電荷，另一部分云團帶負電荷。它們對大地的靜電感應(yīng)，使地面或建（構(gòu)）筑物表面產(chǎn)生異性電荷，當(dāng)電荷聚集到一定程度時，不同電荷云團之間，或云與大地之間的電場強度可以擊穿空氣（一般為25~30KV/CM），開始游離放電，我們稱之為“先導(dǎo)放電”。云對地的先導(dǎo)放電是云向地面跳躍式逐漸發(fā)展的，當(dāng)?shù)竭_地面時（地面上的建筑物，架空輸電線等），便會產(chǎn)生由地面向云團的逆導(dǎo)主放電。在主放電階段里，由于異性電荷的劇烈中和，會出現(xiàn)很大的雷電流（一般為幾十KV至幾百KV），并隨之發(fā)生強烈的閃電和巨響，這就形成雷電。
6. 閃電的形狀有哪幾種？
閃電的最常見形狀是線狀閃電，偶爾也可出現(xiàn)帶狀、球狀、聯(lián)珠狀、枝狀、箭狀閃電等等。線狀閃電可在云內(nèi)、云與云間、云與地面間產(chǎn)生，其中云內(nèi)、云與云間閃電占大部分，而云與地面間的閃電僅占六分之一，但其對人類危害最大。
7. 線狀、帶狀、片狀閃電是怎樣產(chǎn)生的？
雷云與大地之間的放電，則多以線狀形式出現(xiàn)。通常雷云的下部帶負電，上部帶正電，由于雷云的負電的感應(yīng)，使附近的地面感應(yīng)出大量的正電荷，從而地面與雷云之間形成強大的電場。當(dāng)某處積聚的電荷密度很大，造成空氣的電場強度達到電離的臨界時，就觸發(fā)線狀閃電落雷。
帶狀閃電是線狀閃電的一種，在閃電過程中恰巧有水平大風(fēng)吹過閃電通道，將幾次閃電的放電通道吹分開來，肉眼看去閃電通道變寬了。
云間放電多為片狀閃電，由于線狀閃電的閃電被云體遮住，閃電的光照亮了上部的云，閃電呈現(xiàn)片狀的亮光。片狀閃電對地面影響不大。
8. 球狀閃電有什么特征？
球狀閃電簡稱球雷、球閃。球雷是一種彩色的火焰狀球體，通常表現(xiàn)為100-300毫米直徑的橙色或紅色球體，有時可能是藍色、綠色、黃色或紫色，最大的直徑也有達到1000毫米的；球雷存在的時間為百分之幾秒到幾分鐘，通常為3到5秒之間，輻射功率小于200W。
球雷自天空降落時，聲音較小，有時無聲，有時發(fā)出咝咝的聲音只有在飄落和跳躍的過程當(dāng)中遇到物體或電器設(shè)備時才會發(fā)出震耳的爆炸聲。物體在爆炸中產(chǎn)生破壞并產(chǎn)生臭氧、二氧化氮或硫磺的氣味。
球雷自天空垂直下降后，有時在距地面1米左右的高度，沿水平方向以每秒1～2米的速度上下跳躍；有時球雷在距地面0.5～1米的高處滾動，或突然升起2～3米，因此，民間常稱之為滾地雷。球雷常常沿著建筑物的孔洞或未關(guān)閉的門窗進入室內(nèi)，或沿垂直的建筑豎井滾進樓房，大部分遇帶電體消失。
9. 閃電的極性分類？
根據(jù)從云到地之間下傳的電荷的極性，云地閃可分為正閃和負閃，一般情況，以負閃居多。
10. 雷電活動及雷暴日
雷電活動從季節(jié)來講以夏季最活躍，冬季最少，從地區(qū)分布來講是赤道附近最活躍，隨緯度升高而減少，極地最少。
評價某一地區(qū)雷電活動的強弱，通常使用 “雷暴日” ，即以一年當(dāng)中該地區(qū)有多少天發(fā)生耳朵能聽到雷鳴來表示該地區(qū)的雷電活動強弱，雷電日的天數(shù)越多，表示該地區(qū)雷電活動越強，反之則越弱。我國平均雷暴日的分布，大致可以劃分為四個區(qū)域，西北地區(qū)一般15日以下；長江以北大部分地區(qū)（包括東北）平均雷暴日在15～40日之間；長江以南地區(qū)平均雷暴日達40日以上；北緯23°以南地區(qū)平均雷暴日達80日。廣東的雷州半島地區(qū)及海南省，是我國雷電活動最劇烈的地區(qū)，年平均雷暴日高達120--130日?？偟膩碚f，我國是雷電活動很強的國家。
11. 風(fēng)箏捕捉雷電實驗
１７５２年的６月，悶熱的夏季到來了，天空經(jīng)常陰云密布，雷雨交集，望著變幻莫測的天空，富蘭克林陷入了苦苦的思索。忽然，他想起了兒時放的那只藍色的大風(fēng)箏，驀地，一個大膽的想法闖人了他的腦際：借助一只普通的風(fēng)箏就可以便利地進入帶雷的云區(qū)，從而完成他期待已久的實驗。于是，他立即與２１歲的兒子威廉一起動手，精心制作了一只大風(fēng)箏——兩根木條拼裝成風(fēng)箏十字形的骨架，上面蒙上一塊絲綢，便形成了它的身軀和兩翼。然后，他們在風(fēng)箏的上端固定了一根尖頭的金屬絲，在風(fēng)箏的末端綁上一把金屬鑰匙。
一天，天色陰沉，電閃雷鳴，富蘭克林和威廉把風(fēng)箏升人天空。時間一分一秒地過去了，父子倆焦急地觀察著，卻沒有發(fā)現(xiàn)任何帶電的跡象。忽然，一團烏云飄來，富蘭克林猛然間發(fā)現(xiàn)：風(fēng)箏線尾端的麻繩纖維相互排斥地聳立起來，就像懸垂在普通的導(dǎo)體上一樣。他感到一陣狂喜，下意識地伸手指向鑰匙，結(jié)果受到了強烈的電震。大雨很快自天而降，當(dāng)雨水打濕了麻繩時，他看到了美麗異常的電火花。
實驗成功了，人類可以自豪地宣布：閃電與電是同一物質(zhì)。富蘭克林高興得難以自持。但為了進一步研究整理這一研究成果，讓這一消息發(fā)表在自己的報紙上，富蘭克林父子把這一秘密一直保持到了１０月份。１０月１９日，富蘭克林關(guān)于風(fēng)箏實驗的第一篇報道在《賓夕法尼亞報》上發(fā)表了。
12. 避雷針最先是哪個國家發(fā)明的？
公元1752年富蘭克林冒著很大的生命危險（和他的兒子）在費拉爾德亞城雷雨交加的一天進行了捕捉雷電的實驗。以后，人們認為避雷針是美國人富蘭克林最先發(fā)明的。
前蘇聯(lián)認為避雷針是18世紀時俄國科學(xué)家羅蒙諾索夫發(fā)明的。
然而事實證明避雷設(shè)備和避雷針是中國最早發(fā)明的，而且要比美國人、俄國人早1000多年。
早在公元220年至265年的三國時期我國就發(fā)明了避雷室的設(shè)備，這在當(dāng)時的建筑物上都可以看到。公元420年至589年的南北朝時期的建筑物上也有“避雷室”。
公元960年至1279年的宋朝時期的建筑物上也都有不同形式的避雷設(shè)備—雷公柱。避雷室、避雷柱，這些設(shè)施都是為了避免雷擊而設(shè)置在各種建筑物上的。 這個結(jié)論是由華南工學(xué)院建筑系龍慶忠教授，經(jīng)過長期調(diào)查研究提出來的，并發(fā)表了論文，在論文中用大量的史料和實物證明避雷針是我國最早發(fā)明的。
這個結(jié)論不僅我國科學(xué)工作者證明了，而且法國旅行家卡勃里歐列? 戴馬甘蘭也證明中國人發(fā)明避雷針要比歐美國家早。因為他在我國旅行中也發(fā)現(xiàn)了我國古代建筑物上早就有避雷設(shè)置。
13. 閃電對人體的生理效應(yīng)
雷災(zāi)的最主要一種就是對人的傷害，可以使人的心臟停止供血，可以使人 呼吸停止、對神經(jīng)系統(tǒng)的影響，閃電的熱效應(yīng)造成皮膚灼傷等。
14. 閃電的電動力效應(yīng)
由于雷電流的峰值很大，作用時間短，產(chǎn)生的電動力具有沖力的特性。
15. 閃電的光輻射效應(yīng)
閃電的強大電流，使得閃電通道內(nèi)的氣體分子和原子被激發(fā)到高能級，從而產(chǎn)生光輻射。
16. 閃電的沖擊波效應(yīng)
閃電回擊通道的初始平均溫度和氣壓均很高，它的巨大的瞬時功率很高，所以產(chǎn)生爆炸式的沖擊波。當(dāng)沖擊波波陣面的超壓（Ps-P0）達到380hPa時，就可使厚約20公分的墻遭到破壞，而在強閃電時，閃電回擊通道附近幾厘米至幾米范圍，初始時的波陣面超壓可達到104hpa數(shù)量級。
17. 閃電的熱效應(yīng)和機械效應(yīng)
閃電擊中地面物，閃電電流產(chǎn)生焦耳-楞次熱效應(yīng)，雖然電流峰值很高，但作用時間很短，只能產(chǎn)生局部瞬時高溫，可以使較小體積的金屬熔化。有些閃電的半峰值時間較大，則容易造成樹林或木結(jié)構(gòu)物的高溫燃燒起火。另一種情況是閃電流過擊中物的途徑中，物體的焦耳楞次熱導(dǎo)致體內(nèi)的水份劇烈蒸發(fā)，產(chǎn)生氣體，氣體膨脹的機械作用可使樹木劈裂，房屋破壞，器物的爆裂、爆炸等。 閃電的熱效應(yīng)和機械效應(yīng)造成的災(zāi)禍仍非常嚴重，不容輕視，許多新技術(shù)設(shè)備受損，特別是微電子技術(shù)的產(chǎn)品，如大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路接口和模塊的損壞，歸根到底，仍是閃電電流的熱效應(yīng)所致。
18. 什么是雷電接觸電壓？
閃電沿大樹或金屬架空物或避雷針引下線入地時,都會使流經(jīng)的途徑產(chǎn)生電位降,這是由歐姆定律所決定的.因此這些物體的各部位相對于大地均有瞬時的高電壓，其值決定于閃電電流和這些部位與大地之間的電阻。當(dāng)人的手或身體任何部位與它們接觸時，身體的接觸點與站在地面上的雙腳之間就有高電壓，這個電壓就稱為接觸電壓。
19. 什么是雷電跨步電壓？
在閃電已流入地下時，閃電在地表之下流動時，大地的電阻同樣要產(chǎn)生電位降，閃電入地點的電位最高（如果雷電流是正的），遠處雷電流幾乎為0的這些地方，電位最低，即工程上所謂的零電位。人的兩腿分開站著，兩腳之間就有電這種電壓也可以產(chǎn)生雷擊，甚至可以致命。所謂的"跨步電壓"是指地面相距0.8m兩點間的電壓。
20. 什么是閃電電流產(chǎn)生的高電位"反擊"現(xiàn)象？
閃電電流在引下線、接地體或建筑物的金屬管道等導(dǎo)體上產(chǎn)生非常高的電壓，由于各種電器都要接安全地線，電子 儀器、計算機均要接信號地線，這些地線與防雷地線?？拷裨O(shè)，因此閃電電流在防雷地線上的高電壓就可能對其它地線"反擊"而導(dǎo)通，于是這些設(shè)備的地線反而成為電壓很高的高壓端，它與電源之間的電勢相對關(guān)系反轉(zhuǎn)，兩者間的高電壓足以擊穿各種電子元器件。這種"反擊"不僅損壞電器和電子設(shè)備，也會使各種室內(nèi)金屬管線帶上高電壓而造成人身事故。此外它產(chǎn)生的閃絡(luò)、電火花或電弧還會導(dǎo)致火災(zāi)！