閃電的奧秘

古老的人類社會中,閃電被認為是神秘、危險且具有強大的力量。所以自古以來為
人們所懼怕,因而與宗教、迷信有著密不可分的關係。古希臘人認為閃電是天神宙斯予
人們的懲罰;古羅馬人認為打雷是天神警告人們的不當行為;古中國則認為有雷公專司
打雷,懲罰為非作歹的人。
而現在的我們都已經知道閃電其實是電荷中和的現象,可是這到底是什麼一回事呢?

一、閃電的形成
較大的冰晶落下來時會碰撞由上升氣流帶上來的冰晶和水滴,有些電子被碰
撞出來,使冰晶和水滴帶電。較輕的冰晶、水滴帶著正電到上層,較大較冷的冰
塊帶著負電到下層,於是在對流雲裡產生了電位差。因為空氣的絕緣程度很好,
所以電位差必須累積到百萬伏特以上,電荷才能克服空氣的絕緣障礙然後放電,
形成所謂的閃電。
二、雷聲
一次閃電有多次的放電,每次回擊的通路溫度可達30,000℃,比太陽表面的
溫度6000℃還高出許多倍,因為高溫,所以通路附近的氣體會瞬間爆發膨脹,
造成強烈的聲波,產生雷聲。
三、電光
當階梯先導與回擊相遇時,就會產生亮光。此強電流的高亮度區域會沿著閃
電通路行至雲端,但我們無法察覺這麼迅速的過程,只能看到一條均勻發亮的
線。光線從閃電通路中心產生,寬度不超過幾釐米。
四、閃電的分類
01. 雲內閃電
在0℃層以上,雲內的冰晶和過冷卻水滴(達0℃卻來不及凝結就落下的水
滴),因空氣密度不同,造成了空氣對流,在這些水滴、冰晶摩擦碰撞的過程中
產生電荷,若雲內出現兩個夠強的相反電位,帶正電的區域就會向帶負電的區域
放電,產生雲內閃電或雲間閃電。
02. 雲對地閃電
在形成正常的閃電前,較少的正電荷分布在底部,多數的負電荷分布在中下
層,多數的正電荷分布在上部。閃電由底部和中下層開始放電,電子從上往下移
動,呈階梯狀由上向下放電,每下一級,雲裡的負電荷就往下移動一級,稱為階
梯先導,傳遞約五庫侖的電量至地面。當階梯先導接近地面時,就像接通一根導
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,這個過程稱為回
擊,約需70微秒的時間。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,便會再有第二次階梯先導。
03. 地對雲閃電
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,大多是由高的建築物頂端往雲層放電,通常只有一擊,沒有回擊。地面
對雲層的閃電偶爾會與向下進行的正閃電連結。
五、閃電的形式
01.鋸齒狀閃電
因為陰天的天空會累積許多負電荷,使空氣中的氣體分子產生游離,因此在
游離的空氣中所產生的閃電就會呈現不規則的鋸齒狀。
02.球形閃電
為所有大氣現象中最怪異的一種,接近地面移動的有尾火球,通常沿著電話
線或電線行進幾秒鐘後倏然消失
03.平行閃電
主要是「雲系對流,水平閃電」,是由於一種對流性很強的雲,如同在夏日
午後看到的雷陣雨。
04.片狀閃電
看起來就象是雲面上有一片閃光。這種閃電可能是雲後面看不見的火花放電
的回光,或者是雲內閃電被雲滴遮擋而造成的漫射光,也可能是出現在雲上部的
一種叢集的或閃爍狀的獨立放電現象。片狀閃電經常是在雲的強度已經減弱,降
水趨於停止時出現的。它是一種較弱的放電現象,多數是雲中放電。
05.火箭狀閃電
火箭狀閃電比其他各種閃電放電慢得多,它需要l—1.5秒鐘時間才能放電完
畢。可以用肉眼很容易地跟蹤觀測它的活動。
06.帶狀閃電
它由連續數次的放電組成,在各次閃電之間,閃電路徑因受風的影響而發生
移動,使得各次單獨閃電互相靠近,形成一條帶狀。帶的寬度約為10米。
六、閃電的可取之處
隨著科學的發展,怎麼利用閃電,已被受重視和研究。
01.閃電在發出閃光的瞬間,它的電力竟然比世界上最大的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。
02.閃電是天然氮肥製造廠。根據計算,每打一次雷,大約有一噸到兩噸的氮化
合物會隨著雨滴落到地面,能增加土壤的肥沃度,產生的量幾乎等於一個小型化
工廠一天的產量。
03.閃電能產生臭氧。因臭氧具有大量吸收紫外線的功能,人們不致因為陽光中
過量的紫外線的照射而影響健康。

從十九世紀末對閃電的研究蓬勃發展至今,閃電對人類仍是強大、不可捉摸
的力量。閃電對地球的生態平衡扮演著重要的角色,例如:閃電會引發森林大火,
但也對地球上的植物組成有很大的影響。閃電會擊中高大的樹木:在南美,它可
維持高大的松樹與低矮樺樹間的平衡,如無閃電,樺樹將因陽光被遮斷而死亡。
閃電每年造成上百人死亡,但它卻是生命之火,在地球誕生之初,閃電被認為是
用以製造氨基酸的主要來源並且可維持大氣之臭氧層的平衡。每次閃電可釋放出
百萬MeV的能量,最大的功率可達1012瓦,但如何收集仍是個大問題。閃電是
一個複雜的自然現象,與地球的生物亦息息相關。經過一百多年的研究,人們對
閃電的瞭解,仍相當有限。這個領域,仍有待去開發與努力。 希望不久之後,人
們能駕馭閃電的能量,將此巨大能量完全收集後,創造出另一個新的能量來源。



 



 



 



 



 



 






 



 



 



 



 



 



 



 


全站熱搜

kipp 發表在 痞客邦 留言(0) 人氣()