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王飞专栏 >> 雷电真面目

王飞 (szwangfei001@126.com) 2007.09

小时候,常识告诉我们,雷电是因为摩擦起电而形成的。偶然发现,到今天有关雷电形成的假说还很多,也没有一种被公认的完整学说。

雷雨云起电的机理目前主要有四种理论:

一、水滴破裂效应:云中水滴在高速气流中作激烈运动,分裂成一些带负电的较大颗粒和带正电的较小颗粒,后者同时被上升气流携带到高空,前者落在低空,这样正负两种电荷便在云层中被分离,这也就是造成90%的云层下部带负电的原因。

二、吸电荷效应:由于宇宙射线或其它电离作用,大气中存在正负离子,又因为空间存在电场,在电场力的作用下正负离子在云的上下层分别积累,从而使雷雨云带电,又称感应起电。

三、水滴冻冰效应:水滴在结冰过程中会产生电荷,冰晶带正电荷,水带负电荷,当上升气流把冰晶上的水分带走时,就会导致电荷的分离,而使雷雨云带电。

四、温差起电效应:实验证明在冰块中存在着正离子(H+)和负离子(OH-),在温度发生变化时,离子发生扩散运动并相互分离。积雨云中的冰晶和雹粒在对流的碰撞和摩擦运动中会造成温度差异,并因温差起电,带电的离子又因重力和气候作用而分离扩散,最后达到一定的动态平衡。

如果上述理论真有一个是无懈可击的话,就不会被称为假说了。事实是上述理论都存在不可克服的困难。

水滴破裂效应:无法解释运动水滴分裂后,为何较大颗粒带负电,较小颗粒带正电。另外,并非100%的云层下部带负电。

吸电荷效应:我们知道,雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中,但该效应并不要求有强对流气流。

水滴冻冰效应:上升气流把冰晶上的水分带走时,不可能积聚太多的电量,因为同种电荷有排斥力。

温差起电效应:该效应中带电的离子因重力和气候作用而分离扩散,其结果是杂乱的,不能有效形成正负两大阵营。

综上所述,雷雨云起电不可能是上述某一机理的效应而产生,也不可能由上述几种效应联合产生。

笔者认为,由于地球磁场的存在,最终导致雷电的产生。众所周知,电子在磁场中运动会受到磁场的作用力并发生定向移动,空气中存在大量的正负离子,当空气产生强烈对流时(其方向不与地球磁场方向平行),空气中的正负离子在磁场的作用力下向相反方向运动,形成雷雨云。当对流空气减弱,雷雨云中正负云层在电场力的作用下相互吸引,最终产生雷电。该解释能满足雷雨云的产生的多种条件,如:云层下部有时带负电,有时带正电;产生于对流发展旺盛的积雨云中;要求有大量正负离子,因此冬天很少打雷,冬天有暖湿气流的反常天气才行。

实证方法:

1、根据风向及大小,验证云层各部正负电分布及电量。其中,当风向与地球磁场方向与地球磁场方向平行时,无雷电产生。当风向与地球磁场方向与地球磁场方向垂直时,雷电电量相对最大。

2、大气中无正负离子时,无雷雨云的产生。

                                                                                                                       

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