防雷知識交流

雷電的形成

雷電基本理論
人們通過模擬地球原始大氣在密室中進(jìn)行放電的實驗，結(jié)果由無機(jī)物合成了11種氨基酸。這些物質(zhì)的出現(xiàn)，是生命起源的基礎(chǔ)，因此，一些生命起源學(xué)說認(rèn)為，是雷電孕育了地球上的生命。同理，地球上空有一層電離層，它是由帶正電荷的粒子組成，該電離層起著防止太陽和宇宙空間各種有殺害生命作用的射線進(jìn)入地面，保護(hù)地球上的生命，如果沒有這電離層，即使地球上本來已經(jīng)有的生命，也會被來自太空的各種射線殺死，地球不可能出現(xiàn)現(xiàn)在的繁榮和文明。但是電離層的正電荷以平均約1800A的電流強(qiáng)度向大地放電，可想而知，如果得不到補(bǔ)充，電離層的電荷恨快便會放盡。由于雷電不斷補(bǔ)充電離層放電失去的電荷，保持電離層總電荷量大體平衡，使這層生命的保護(hù)屏障得以保存，使地球上的生命不致被宇宙射線滅絕。因此，可以說，是雷電促使地球成為文明的星球。從這個角度來講，人類有今天的文明應(yīng)該感謝雷電。

由于雷擊會給人類帶來災(zāi)害，因此，人類很早就與雷害進(jìn)行斗爭。其中取得卓越成就的有18世紀(jì)中葉著名科學(xué)家富蘭克林（Franklin）M·B·羅蒙諾索夫（JIOMOHOCOB），L·B·黎赫曼（PHXMAH）。他們通過大量實驗建立了雷電學(xué)說，認(rèn)為雷擊是云層中大量陰電荷和陽電荷迅速中和而產(chǎn)生的現(xiàn)象；并且創(chuàng)立了避雷理論，發(fā)明了避雷針。他們?nèi)〉玫倪@些科學(xué)成就，已為人類鞒雋酥卮蟮墓畢住?

我國古籍中，有關(guān)雷電理論和避雷實踐的記載十分豐富。例如東周時《莊子》上記述：“陰陽分爭故為電，陽陰交爭故為雷，陰陽錯行，天地大駭，于是有雷、有霆。”這些學(xué)說與現(xiàn)代的雷電學(xué)說是如此相似，不過它比現(xiàn)代雷電學(xué)說要早2000多年。在古籍中關(guān)于建筑工程中避雷的記載也十分豐富。南北朝的孟奧《北征記》中有如下記述：“凌云臺南角一百步，有白石室，名避雷室。”又有盛弦之《荊州記》中記述：“湖陽縣春秋蓼國，樊重之邑了，重母畏雷，為立石室，以避之，悉之文石為階砌，至今猶存。”書中談及的白石、文石，據(jù)分析應(yīng)該屬于絕緣性能較好的石塊。至于宋、元、明、清代的建筑物多用“雷公柱”（宋代稱棖桿）等措施以避雷。

在古籍中有關(guān)雷擊的事故的記述就更多了，例如：

《續(xù)晉陽春秋》：“太元五年，霹靂含殿四柱，殺內(nèi)侍二人�！�

《晉安帝記》：“義熙三年六月，震太廟鴟尾，徹壁柱，若有文字�！�

《晉中興書征祥說》：“元興三年，永安王皇后至住巴防，將設(shè)威儀入宮，天大雷震，人馬多死�！�

《沈括·夢溪筆談》：“內(nèi)侍李舜舉家為暴所震，其堂之西屋雷火自窗間出，赫然出檐。人以為堂屋已焚，皆出避之。及雷止，其舍宛然，墻壁窗紙皆默。有一木格，其中雜貯諸器，其漆器銀鋁者，銀悉容流在地，漆器不燃灼。有一寶刀，極堅剛，就刀室中容為汁。而室亦儼然。人必謂：當(dāng)先焚草木，然后流金石，今乃金石皆爍而草木無一毀者，非人情所測。

《齊書·五行志》：“永元三年正月，豫章郡，天火燒三千余家�！痹撎旎�，到底是一般雷擊，還是球形雷？未加考證。

以上只是我國古籍關(guān)于雷記載中的點滴摘錄，當(dāng)然它與現(xiàn)代雷電理論和避雷技術(shù)相比還有差距，但是從歷史觀點來看，我們的祖先能夠在那么早的年代里就創(chuàng)造出那樣完整的雷電理論，并且在技術(shù)上得到應(yīng)用，這是我們民族光輝燦爛文化歷史的一頁。

雷電的成因

通常所謂雷擊是指一部分帶電的云層與另一部分帶異種電荷的云層，或者是帶電的云層對大地之間迅猛的放電。這種迅猛的放電過程產(chǎn)生強(qiáng)烈的閃電并伴隨巨大的聲音。當(dāng)然，云層之間的放電主要對飛行器有危害，對地面上的建筑物和人、畜沒有很大影響。然而，云層對大地的放電，則對建筑物、電子電氣設(shè)備和人、畜危害甚大，這是我們研究的主要對象。

通常雷擊有三種主要形式：其一是帶電的云層與大地上某一點之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象，叫做“直擊雷”。其二是帶電云層由于靜電感應(yīng)作用，使地面某一范圍帶上異種電荷。當(dāng)直擊雷發(fā)生以后，云層帶電迅速消失，而地面某些范圍由于散流電阻大，以致出現(xiàn)局部高電壓，或者由于直擊雷放電過程中，強(qiáng)大的脈沖電流對周圍的導(dǎo)線或金屬物產(chǎn)生電磁感應(yīng)發(fā)生高電壓以致發(fā)生閃擊的現(xiàn)象，叫做“二次雷”或稱“感應(yīng)雷”。其三是“球形雷”，將在后面另詳細(xì)說明。

(1)雷云的形成
不管是直擊雷還是感應(yīng)雷都與帶電的云層存在分不開，帶電的云層稱為雷云。有關(guān)雷云形成的假說很多，但至今尚未有一種被公認(rèn)為無懈可擊的完整學(xué)說，這里我們介紹其中被認(rèn)為比較完善并經(jīng)常被推薦的假說。

根據(jù)大量科學(xué)測試可知，地球本身就是一個電容器，通常大了穩(wěn)定地帶負(fù)電荷50萬C左右，而地球上空存在一個帶正電的電離層，這兩者之間便形成一個已充電的電容器，它們之間的電壓為300KV左右，并且場強(qiáng)為上正下負(fù)。

當(dāng)?shù)孛婧�水蒸氣的空氣受到熾熱的地面烘烤受熱而上升，或者較溫暖的潮濕空氣與冷空氣相遇而被墊高都會產(chǎn)生向上的氣流。這些含水蒸氣的上升時溫度逐漸下降形成雨滴、冰雹（稱為水成物），這些水成物在地球靜電場的作用下被極化（圖1-1），

負(fù)電荷在上，正電荷在下，它們在重力作用下落下的速度比云滴和冰晶（這二者稱為云粒子）要大，因此極化水成物在下落過程中要與云粒子發(fā)生碰撞。碰撞的結(jié)果是其中一部分云粒子被水成物所捕獲，增大了水成物的體積，另一部分未被捕獲的被反彈回去。而反彈回去的云粒子帶走水成物前端的部分正電荷，使水成物帶上負(fù)電荷。由于水成物下降的速度快，而云粒子下降的速度慢，因此帶正、負(fù)兩種電荷的微粒逐漸分離（這叫重力分離作用），如果遇到上升氣流，云粒子不斷上升，分離的作用更加明顯。最后形成帶正電的云粒子在云的上部，而帶負(fù)電的水成物在云的下部，或者帶負(fù)電的水成物以雨或雹的形式下降到地面。當(dāng)下面所講的帶電云層一經(jīng)形成，就形成雷云空間電場，空間電場的方向和地面與電離層之間的電場方向是一致的，都是上正下負(fù)，因而加強(qiáng)了大氣的電場強(qiáng)度，使大氣中水成物的極化更厲害，在上升氣流存在在情況下更加劇重力分離作用，使雷云發(fā)展得更快。

從上面的分析，好像雷云總是上層帶正電荷，下層帶負(fù)電荷。實際上氣流并不單是只有上下移動，而比這種運動更為復(fù)雜。因此雷云電荷的分布也比上面講的要復(fù)雜得多。

根據(jù)科學(xué)工作者大量直接觀測的結(jié)果，典型的雷云中的電荷分布大體如圖1.2所示。

科學(xué)工作者的測試結(jié)果表明，大地被雷擊時，多數(shù)是負(fù)電荷從雷云向大地放電，少數(shù)是雷云上的正電荷向大地放電；在一塊雷云發(fā)生的多次雷擊中，最后一次雷擊往往是雷云上的正電荷向大地放電。從觀測證明，發(fā)生正電荷向大地放電的雷擊顯得特別猛烈。