田園頻道喜子
閃電幾乎人人都見過,但真是極少有人會想:那些擊中了地球的電最後到底去了哪裡。
今天我就來為你分析分析。
(擊中大地的閃電)
先說說電是怎麼來的
學過初中物理的朋友都知道摩擦會產生電,也做過拿塑料尺子在頭髮上擦幾下然後去吸小紙片的試驗。
原理很簡單,兩個不同的物體,當它們相互摩擦的時候,一個物體會從另一個物體表面奪走電子,因為電子帶負電,於是搶了電子的一方就帶了負電,失去電子的一方就帶了正電荷。無論是得到電子還是失去電子的一方都會產生電場,這種電場會極化那些原本不帶電的物體使其帶電並吸引它們;接地時就會發生放電的現象。如果說吸紙片的試驗咱們體會不出電荷得失的厲害,那麼當你冬天穿脫毛衣時就會有更深的體驗了:毛衣不僅會發出啪啪的聲音,還會吸起你的頭髮、電得你皮膚疼,更有甚者,如果你晚上關了燈還能看到毛衣發出的藍色電光。
(塑料尺子吸紙片試驗)
當然,這點電光跟大自然的閃電比起來完全不值一提。
閃電通常是雲層之間或雲層與大地之間的劇烈脈衝式放電現象。
閃電的發生與大氣中對流雲團的堆積有關,當天上有大量對流雲團,雲層中的水氣分子、高空中的冰晶之間會因為雲層的劇烈運動而相互碰撞摩擦,這種摩擦與塑料尺摩擦頭髮一樣,它會使彼此都帶上電。失去電子的雲帶正電荷,因為比較輕,它們會運動到雲層上方;而另一些得到電子的雲帶負電荷,它會則沉到雲層的下方。雲層下方帶負電荷的雲因為強大的電場作用,它不僅會吸引上方帶正電荷的雲層,同時也會隔著空氣使地面的一些東西帶上正電荷。
(對流雲團的相互摩擦使雲層帶電,同時感應地面物體帶電)
從上圖電荷分佈情況我們可以看出,閃電有一部分發生在雲團中不同電場的雲層之間,而擊中地面的閃電則是雲層底部與地面感應電場的電流流動。你可以把上方的雲層想象成頭髮、中間雲層是塑料尺,而地面的物體則是被感應帶電的紙屑。
當雲層中電荷越聚越多,其電場強度也越來越大,受雲層電場感應,地面物體的感應電場強度也越來越大。由於空氣不是電的良導體,地面正電荷會向山頂、樹木的尖端、房屋的頂部聚集;雲中的負電荷也在不斷向下找通路。隨著電場強度從幾KV/cm上升到10KV/cm,電流就足以電離空氣,建立起地面與雲層間的閃電通道。
電荷的流向
我們通常看到閃電,都會認為是空中的電流灌入了大地,其實並不總是如此。有許多閃電在雲層內部發生,而在雲層與地面間的閃電電流也常常是雙向的。
(雲中的閃電)
閃電有正閃電與負閃電之分。正閃電是雲中的正電荷對地面的放電,這時候電流從雲流向地面,正閃電很猛烈,電流幅值通常在100KA以上。但大多數的閃電是負閃電,它與正閃電相反,電流是從地面向雲層放電,負閃電沒有正閃電猛烈,電流幅值大約是正閃電的20%-50%。
擊中地球的電流都去哪了?
閃電放電的能量通常有這麼幾個途徑:
一、熱能。
閃電會迅速加熱周圍的空氣,使其溫度上升到30000℃以上;如果閃電擊中樹木,它會很輕易地點燃大樹並造成森林火災;而如果閃電擊中地面,極高的溫度會使沙子熔融,變成閃電熔岩。
(一塊小的閃電熔岩,高溫熔融了硅砂,使其呈現多孔的玻璃質地)
閃電迅速加熱空氣會造成沿路的空氣急劇膨脹,產生強烈的衝擊波,這就是雷聲。
二、化學能。
閃電強大的電流會電離空氣中的氮氣和氧氣,一部分氧氣會變成臭氧;還有一部分氧氣會與氮氣發生化學反應,生成一氧化氮,這種氮氧化物被雨水帶到地面,會成為植物的重要廢料。
三、直入地下。
大部分閃電的電能都洩入地球內部了。
地球本身就是個大電容。在前面閃電生成的部分我們已經提到,雲層與地面間的閃電是因為二者之間的感應電場造成的電流流動,所以當閃電發生時,雲層電荷的釋放會伴隨電場的削弱。
地球是一個電阻非常低、電容量非常大的物體,它擁有吸收無限電荷的能力,而且在吸收大量電荷後仍能保持電位不變,因此“接地”電位被作為電氣系統中的參考電位體。
(向上噴射的閃電)
地面與大氣電容
地球表面與大氣之間存在電勢差,這個地面電勢大約為30萬伏特,我們已知地球表面帶著55萬庫倫的負電荷,同樣地,地球表面大氣中也帶有55萬庫倫的正電荷。
由公式 C=Q/U,
我們可以得出地球表面與大氣間總的電容值約為1.7F。
(應該有朋友注意到我沒有使用那個“孤立球導體計算公式”來計算地球電容708uF。因為在此處我們計算的是地球表面與大氣間的電容值,不是地球球體的電容。)
當某個地區發生雷雨,地表與大氣之間因為空氣潮溼會中和地表與大氣之間的電荷,削弱地表與大氣之間的電勢差。在這個時候,閃電實際上充當了一種反向充電機制,以此維持地表與大氣之間總電勢的相對平衡。
(閃電是地球維持電勢平衡的反向充電機制)
老粥科普
正負電子互相抵消了
妖妖孽別走
全球最大的電容就是地球。所以閃電的電量被地球吸收了。不僅閃電,包括太陽能在內的宇宙多種能量地球統統吸收。放電的方式(即釋放能量)多種多樣,地震、海嘯、火山爆發等。能量守恆。
71138661184
據說雷擊電閃對地球看似是電能,其實當它發生後就已經轉化為對地球大地極為有利的物質,那就是氮,人們知道氮是可以作為肥料來被大地吸收利用的。
符165229060
磁場裡高速流動的物質轉化為金屬態氫離子,金屬態氫離子的“磁力矩”切割磁力線聚合形成新元素的同時釋放電磁波——能量。(能量不會轉化為物質)
金屬態氫離子聚合形成的元素或化合物很多,如氫、氧、水等等。
金童希瑞
什麼負閃電?瞎說,熱空氣雲團為正電,冷空氣雲團為負電,正負相遇相當可現實之正負電短路,故形成閃電與雷擊,電的本質就是能量電磁波,閃電是正負相遇的高能電磁波釋放,大氣層很快吸收消失。黃氏宇宙新論,引用聲明。
原黃烈平
應該電離空氣生成活性基消耗很大的能量
科學真好玩
小部分讓暗物質吸收了;
大部分中和了。