闪电和雷是怎么形成的?(形成原因以及避雷针的原理)

雷电是人类最熟悉的自然现象之一,每年都有那么一些天会电闪雷鸣,我们就是这样被它吓大的……人们对雷电的恐惧也许不是与生俱来的,闪电的亮度比不上太阳,雷声的音量比不上鞭炮,所以我觉得对雷电的恐惧应该是后天的。在雷电交加的夜晚,小孩往往并不会被吓哭,只有当那些雷电足够近,响声太大的时候,小孩才会被吓哭。

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从小到大,我们听了很多关于雷电伤人的故事,大人会不厌其烦地恫吓我们,雷电有多么的可怕,我们就这样被吓大了……那么雷电真的很可怕吗?真的——很——可——怕!

雷电中电是指闪电,雷是指闪电释放能量时瞬间产生的高温使周围气体发生急剧膨胀导致的冲击波,所以其实真正恐怖的并不是吓人的雷声,而是一闪而过的漂亮闪电。那么闪电究竟有多可怕?我们首先来举个例子,我国的民用交流电的电压是220V,我们从小就知道家里的220V交流电能电死人,但其实220V电压要电死人还有一个前提的,就是电流要足够大,对于一般普通人体,220V电压下,只需要100mA电流即可致命!

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那么闪电有多大的电压?又有多大的电流?一般规模的闪电电压高达上亿V,而电流则高达几万A,比能电死人的交流电分别高了几十上百万倍,整体功率高了上千亿倍!!!这一闪电劈下来还能活吗?……还真有活下来的,但绝大部分被闪电击中的人都挂了……

毕竟我们大概率不是那种雷都劈不死的人,所以怎样避雷就成了一个重要课题,幸好人类历史上出现过许多科学伟人,是他们推动着科学与科技的发展,其中一位就叫本杰明·富兰克林,他是18世纪美国的一位物理学家。(他还有其他重要身份,不过作为一篇科普文,那些身份被我无情地无视了……)没错,就是那个在雷雨天放风筝把雷电引下来结果没被电死的物理学家,据说后来有个重复他实验的人被电死了……

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富兰克林最早发现闪电跟摩擦产生的静电极其相似,并首先提出了雷雨时的积雨云中的电很可能也是摩擦产生的。由于摩擦产生的静电是带特定电荷的,当积雨云中的电荷堆积,就会使地面产生静电感应,由于电荷的同性相斥异性相吸,将使地面相同的电荷远离而相反的电荷靠近,导致地面靠近积雨方向堆积大量的相反电荷。两种相反电荷将使积雨云与地面之间将形成一个电场,当电场达到一定强度,就会击穿空气使空气成为导体产生强大电流向地面放电。而假如与地面接触面上是个人的话那就悲剧了……

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富兰克林通过对静电现象的研究发现,尖端物体比较容易击穿空气产生放电现象,这是由于物体的尖端处会堆积更多的电荷,形成更大的电场,这样就更容易击穿空气形成放电。富兰克林以此想到一个办法,何不造一根尖头的金属棒伸向天空把闪电招惹过来,然后用一根导线把闪电中的电荷引到地底下,在地底下放电,这样就不用伤害到地面的人和建筑物了。事实证明富兰克林的想法是可行的,按照了避雷针的建筑物附近被雷劈的几率大大减少了。

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从上面的介绍你可能已经发现了,这特么哪是避雷针,这明明是引雷针啊……没错,这设计本身就是引雷的,其实叫引雷针更贴切,只不过引雷针这名字比较吓人,无法向人正确传递它的用途。

避雷针实际上就是我们没办法阻止云层对地放电,但与其让它胡乱扫射,还不如我立一个靶让你射,这样就可以避免在胡乱扫射中产生更多的误伤。而它每一次被闪电击中,就消耗掉一部分云层里的电荷,这就相当于消耗了它的弹药。所以,避雷针的实际作用就是消耗积雨云里的电。

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