闪电

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闪电是自然界的介电崩溃过程,请您参看展品"雅各的天梯"来了解更多关于介电崩溃的资料。

空气是良好的绝缘体,它可以阻挡电流流过。若要发生闪电,雷雨云和地球表面必需累积极大数量的相反电荷。

雷雨云是在非常不稳定的环境下形成的,其中存在上升气流和下降气流。上升气流把水气从雷雨云的低处传送到高处,在高处水气凝结成称为软雹的半凝固状水气,见图1。同时,下降气流把软雹从雷雨云的高处传送到低处,在低处软雹会再次变回水气。整个过程不断重复。

图1: 上升气流、下降气流及电荷的累积

上升的水气和下降的软雹在升降过程的途中相遇,水气上的电子会转移到软雹。由于电子带有负电荷,因此雷雨云的底部带负电荷,而顶部带正电荷。

由于雷雨云的底部带有负电,在地球表面开始累积大量的正电荷粒子,这些电荷会集中分布在树、建筑物顶部等高耸的物体。

一条称为"步进导流"的隐形负电荷通道,会从雷雨云的底部迅速地一步一步迈向地面,见图2a。

当"步进导流"到达地面上较高物体的时候,正电荷会自己延伸一条通道去接近负电荷,这个过程称为"回击",见图2b及2c。当通道形成时,电荷间的转移就会产生我们所看到的闪电。

(a)(b)(c)
图2: 闪电的过程

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