[冷知識分享] 你對閃電的認識有多少呢?

閃電在發出閃光的瞬間，它的電力竟然比世界上最大，美國核子水力發電廠還要大上一百倍左右。如果利用這個電力來起重的話，足夠把六七萬公斤重的貨物，舉起一兩公尺這麼高。
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閃電的起因：! _1 y+ V0 B, y  P3 X3 Q7 W' c" R

1. 雷暴形成tvb now,tvbnow,bttvb/ A2 ~# E& i8 H3 |
在溫暖而潮濕的夏季日子裡，地表白天受熱，而地面吸收了熱量後又不停把熱量再輻射出去。正午後太陽輻射能開始減弱，而地面吸收的熱量卻達到了最大值。當地面輻射更多熱量時，氣塊就更易上升，若氣塊的溫度在它上升中仍能較上面的環境空氣溫度高，及不穩定就會出現。如果地表加熱空氣的條件維持，氣塊不斷上升形成上升氣流，此時若氣塊含有水氣的話，雷暴的積雲階段就開始了。
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上升的氣塊構成了雷暴的基點—雷暴細胞。當氣塊繼續向上移動，氣柱引起了近地面氣壓的不平衡，這種不平衡把更多空氣吸收到系統中來加強雷暴細胞。5.39.217.77:88981 n+ X9 A$ q! h1 p

2. 雲內閃電(in-cloud lightning)
在0℃層以上，即空氣溫度下降到冰點的高度以上，雲內的液態水變成冰晶和過冷卻水滴(達0℃卻來不及凝結就落下的水滴)。由於空氣的密度不同，造成了空氣對流，在這些水滴或冰晶摩擦碰撞的過程中產生電荷。

如雲內出現兩個足夠強的相反電位，帶正電的區域就會向帶負電的區域放電，結果就產生了雲內閃電(in-cloud lightning)或雲間閃電(cloud-to-cloud lightnung)。風暴細胞內8成的放電過程屬於這種類型。- e7 \- V! A5 D; K8 J* i4 P

3. 雲對地閃電(cloud-to-ground lightning)
這是最廣為研究的類型，主要是因為它們對人們的生命財產有極大的威脅性。5.39.217.77:88983 ^0 `8 w( {' E$ G4 G# T

在一次正常的閃電前，雲裡的電荷分布是這樣的：在底部是較少的正電荷，在中下是較多的負電荷，在上部是較多的正電荷。閃電由底部和中下部的放電開始。電子從上往下移動，這一放電由上向下呈階梯狀進行，每級階梯的長度約為50米。

兩級階梯間約有50微秒的時間間隔。每下一級，就把雲裡的負電荷往下移動一級，這稱為階梯先導(stepped leader)，平均速率為1.5×105公尺/秒，約為光速的兩千分之一，半徑約在1到10公尺，將傳遞約五庫侖的電量至地面。
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當階梯先導很接近地面時，就像接通了一根導線，強大的電流以極快的速度由地面沿著階梯先導流至雲層，這一個過程稱為回擊，約需70微秒的時間，約為光速的三分之一至十分之一。
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典型的回擊電流強度約為一至兩萬安培。如果雲層帶有足夠的電量，又會開始第二次的階梯先導。一個階梯先導加上一個回擊稱為”一擊”(a stroke)，三到四個”一擊”組合成一個閃光(flash)，而一個閃電又是由多個閃光所組成。
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雷擊又分為負雷擊(negative stroke)及正雷擊(positivestroke)，也就是由雲層往地面傳下來的是正電荷。正雷擊的發生機率比負雷擊小，但攜帶的電量會比負雷擊大，曾測量到的最大值為300庫侖。正雷擊通常只有一擊，有第二擊的正雷擊相當少見(因為雲層內靠近地面的正電荷較少)。

4. 地對雲閃電+ P& [) \1 Z! [- }, h5 ^4 y
除了有雲層到地面的閃電之外，也有由地面到雲層的閃電。由地面到雲層的閃電，它們的階梯先導由地面延伸至雲端，可攜帶正電荷或負電荷，兩種電性的先導都曾被觀測到。然而這樣的閃電並不常見，它們通常都是由高的建築物頂端往雲層放電，而且特別的是，它們通常沒有回擊，並且只有一擊。除此之外，地面對雲層的閃電偶爾會與向下進行的正閃電連結。5.39.217.77:8898$ u) X8 P) u1 e& S- f2 p! F

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閃電Q&Atvb now,tvbnow,bttvb. ?- n5 Z% c7 n8 y! g
＊為什麼有時候我們看到的閃電只是一閃而過，而聽到的雷聲卻是隆隆不絕，響好久才停呢？
答:tvb now,tvbnow,bttvb3 Q2 j. |) W, A% o- ]
這是因為天空裡的閃電，一般都是很長的，有的線行閃電長達二至三公里，甚至十公里。由於閃電的各部分跟我們的距離不同，所以雷聲傳到我們耳邊的時間就有先有後了。另外一方面，一次閃電往往包含數個回擊，那麼當第一次回擊時的雷聲還沒有斷絕，又傳來了第二次第三次的雷聲，先後的雷聲混在一起，就成了隆隆不斷的雷聲。
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還有，當雷聲遇到地面，建築物，高山或天空的雲層時，都會發生反射，產生回聲。這些回聲傳到我們耳朵裡的時間也是不一致的，因此就形成了隆隆的雷聲。

＊一次閃電的光能持續多久？
答:
在大雷雨的晚上，街道上一片漆黑，幾乎看不清一切事物。但是在閃電的一剎那，我們卻能夠在這極短促的時間裡，看到街道上奇怪的景緻：街道上原來正在活動著的東西，一下子都變成凝結了似的，行人士一隻腳踏著地，一隻腳臨空舉在那裡不動，行駛的車輛也像停在那裡一樣……5.39.217.77:8898$ I& f6 U$ T% p' d
產生這種現象的原因，是因為閃電的持續時間非常短促，在這短暫的時間裡，物體位置的移動使人眼睛很難觀察出來，所以熙熙攘攘的街道，在閃電的光之下，似乎變得完全不動了。
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＊那麼閃電的光能持續多久呢？
答:tvb now,tvbnow,bttvb2 D7 u+ E5 i* t
它的一閃的時間很難用普通方法測量出來，因為每一次閃光所持續的時間，常常比萬分之一秒還要短，最長的也不會超過千分之一秒(1微秒)，這速度是非常驚人的。tvb now,tvbnow,bttvb" w( V* u; B* r8 j- r+ `4 z

我們一般拍照時，照相機快門的速度是五十分之一秒，百分之一秒或一百五十分之一秒，拍正在運動的動作是一百五十分之一秒，二百五十分之一秒或五百分之一秒的快門，就是拍攝高速飛行的噴射機，用千分之一秒的快鏡也就可以了。所以，再這極短的時間裡，即使是迅速奔馳著的汽車，它的車輪上的每一個花紋也只移動幾萬分之一公分，這樣的運動，在人眼裡當然跟靜止的沒有分別了。5 n) C" x1 J! L

＊為什麼雷容易打中孤立高聳的物體？
答:, K8 W, z3 e; \. a
由於雷雨雲的雲底有帶電，能使地面發生感應，並使地面產生與雲底的電性不同的電荷。這稱為「感應電荷」。5.39.217.77:8898$ s0 \% q" q; m1 ?: {" x& E# a
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這種感應電荷在小範圍的地面上是同一性質的，例如都是正電，或者都是負電。同一種性質的電荷是互相排斥的。排斥的結果，就使得電荷在地面上重新分布，這種排斥力沿地面方向的分力，在彎曲得較厲害的地方要比平坦一些的地面來得小，所以，電荷就必定會移到地面彎曲得厲害的地方去。這樣一來，在彎曲得厲害的地面上，感應電荷就要多一些，密一些了。

高聳的物體，他本身也會成為地面的組成部分，由於他高聳在平地上，所以他就成為地面上最彎曲的一部分，因此當地面受到雷雨雲的感應而產生感應電荷時，在高聳的物體上，就會集中了較多的電荷。
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由於高聳的物體所帶的感應電荷比地面多，對閃電的吸引能力大，所以能很容易的將閃電拉過來。

所以在大雷雨時，我們千萬不要躲在高聳的物體，如旗杆，高樹，塔尖，煙囪，電線桿下面躲避。因為那裡是閃電的通道。5.39.217.77:8898: }* Q9 k  T- X9 }: f
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由於高聳物體容易遭到雷擊，所以在高大的建築物上一般都安裝避雷針，使建築物免遭雷擊。避雷針是一個頂部高出建築物，下部與地面相接的金屬桿，它能夠吸引附近的閃電到自己身上來，將自己作為閃電的通道，使閃電通過自身而排到地面上去。這樣，原先要擊中建築物的閃電，中途拐了彎，通過避雷針，就不會損壞建築物了。: F% o  Z# z( o8 y

＊為什麼總是先看到閃電，後聽到雷聲？1 d0 d1 H+ I+ K  V4 x. b5 t1 J
答:
這是因為光的傳播速度要比聲音的傳播速度快得多。光在空氣裡差不多每秒鐘能走三十萬公里，用這樣的速度，一秒鐘可以為繞地球的赤道跑七圈半。聲音在空氣中每秒約走三百五十公尺，差不多只有光速的九十萬分之一。光從閃電發生處傳到地面的時間，一般不過幾十萬分之一秒，可是聲音跑同樣的距離就需要較長時間。根據這個原理，我們可以利用從看見閃電到聽見雷聲相隔的時間，算出閃電距離我們大概多遠。5.39.217.77:8898$ S3 P4 t5 h5 R. ^7 {

＊閃電為什麼能劈開樹木？
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閃電內部的溫度可高達3×104℃。閃電劈中樹木時，因樹木中含有水分，強電流立即把水分化為高溫高壓的蒸氣，蒸氣的強大爆發力就能把樹木劈開。
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＊雷雨後為什麼空氣格外新鮮？
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夏天的傍晚，有時烏雲，大雨，閃電，雷鳴往往相互交錯，一起降臨。雨後，我們會感到空氣格外新鮮，這是什麼原因呢？原來在閃電時，發生了一場化學變化，空氣中的氧氣有些變成了臭氧。其次是經過了一場傾盆大雨，把空氣中大部分的灰塵給沖掉了。

雷聲是雲中，或雲對地，或地對雲之間正負電荷間的放電作用時所產生的聲音。放電時的電位差，往往達到每公尺幾千到幾萬伏特，所以常常產生巨大的電火花，把空氣中的氧氣激發成臭氧。濃的臭氧是淡藍色的，味道很臭，具有很強的氧化能力，還能夠漂白與殺菌。稀薄的臭氧可一點也不臭，反而會給人清新的感覺。雷雨後，空氣中就瀰漫著少量的臭氧，能夠淨化空氣，使空氣清新。
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＊閃電可以為人們服務嗎？
答:, r1 j, r( U; {3 z& p( s
閃電在發出閃光的瞬間，它的電力竟然比世界上最大，美國核子水力發電廠還要大上一百倍左右。如果利用這個電力來起重的話，足夠把六七萬公斤重的貨物，舉起一兩公尺這麼高。公仔箱論壇2 Y) ~/ n8 m! H& u7 R6 j( V+ ~
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不但這樣，閃電還是一個不用人工的天然氮肥製造廠。根據計算，每打一次雷，大約總有一噸到兩噸的氮化合物會隨著雨滴落到地面。這當然會有效的增加土壤的肥沃度。這樣的量，幾乎相等於一個小型化工廠一天的產量。! x3 A; r+ V! N2 C" V2 F) j
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除了這些以外，閃電還會使天空中有「臭氧」出現。這種氣體具有大量吸收紫外線的功能，使人們不致因為陽光中過量的紫外線的照射而影響健康。
＊地震時的閃電
答:
地震能引起閃電嗎？有人認為晴空閃電是地震的先兆。這兩種自然現象有什麼聯繫？公仔箱論壇8 N6 Y$ c: P  ?( p) S$ W
地震時會產生閃電的原因還不清楚。最近有人認為，這一現象與壓電場有關，這一壓電場是地震波通過地表時所產生的(在壓力作用下，有些材料會產生一個電場)。也許這些電場足夠大，引起大氣對地表放電。然而這種解釋還缺少細節的說明和證明。

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