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用数字的方法来了解,闪电这种自然现象有多么“奇特”

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发表于 2021-3-31 07:21:58 | 显示全部楼层 |阅读模式
闪电是自然界中一种神秘而壮观的现象,人类对闪电的观测和记录由来已久。在《易经》中,公元前1078年发生了一次球状闪电,这是世界上最早的闪电记录。

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长期以来,人们对雷电这种自然现象感到恐惧。事实上,我们所说的闪电包括闪电和雷电。1749年,富兰克林的风筝试验证明闪电只是大气中的火花放电现象。闪电通常由积雨云产生,并常伴有雷声。

雷电是常见的自然现象。虽然它们很常见,但一些关于闪电的数字却很有趣。
闪电有多快:并非3×108米/秒

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通常,闪电的发生和结束都是在人们毫无准备的时候。因此,闪电给我们的印象是迅速而猛烈的。

战国时期的经典著作《六韬·龙韬·军势》对闪电速度的描述是:“疾雷不及掩耳,迅电不及瞑目。”,这句话也就是我们今天常说的“迅雷不及掩耳”的出处。话的来源。

从当代科学的角度来看,真正称得上“快”的是闪电,而非雷。雷声的本质是一种声波,在空中传播约340米/秒。闪电的速度远不是这个数量级。

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关于闪电速度的具体数值,学者和专家还没有得出更准确的结果。许多人认为闪电的速度就是光速,即3×108m/s,但许多人并不认同,并就此展开了激烈的争论。那么闪电有多快?它和光速是一样的吗?

以云地闪电为例,分析了闪电的发生过程。据高速摄像机显示,一次完整的云地闪电实际上是由几个连续的放电过程组成的,这些放电过程遵循同一通道,像波浪一样,一波又一波,两波之间的时间间隔只有几分之一秒。每次放电一般包括先导和回击两个过程:先导过程主要为雷电放电建立一个电离通道,相当于“铺路”;当引燃闪电离地面很近时,就像连接电线一样,强电流以非常快的速度从地面流向云层。这个过程称为回程,大约需要70微秒。如果云中有足够的电,第二导联返回放电开始。一个完整的云地闪电过程持续约0.2秒。

根据以上分析,雷电是一种放电现象,遵循一定的物理规律。它的移动速度受许多因素的影响,例如空气的导电性,它与光速本质上是不同的。

通过研究得出,闪电的速度为每秒1×105—1.4×106米,平均速度为4.4×105米/秒。

通过对几次闪电的仔细科学观测,有学者发现,闪电在不同阶段的速度也不同。例如,闪电先导过程的平均速度为1.5×105m/s,约为光速的1/2000,而回击的速度远大于先导的速度,即光速的1/10~1/3。美国能源部的闪电速度是1.5×108米/秒,大约是光速的一半。

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虽然上述数据不一定准确,但可以肯定的是,闪电的速度远低于光速,同时,远高于雷电的速度。

很多人之所以认为闪电的速度就是光速,是因为闪电把光速传递到我们的眼睛里,就把它当作闪电本身的移动速度。
雷声有多大——120分贝

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一提到雷声,人们可能会马上想到“震耳欲聋”、“惊天动地”等字眼。人们经常用雷声来形容强烈而响亮的声音,如“雷鸣般的掌声”和“欢声雷动”。可以说雷声是自然界中产生的最大的声音之一。

那么,雷声有多大???

当闪电发生时,它会释放大量的光和热。沿途空气被强烈加热,水滴迅速蒸发,体积突然膨胀产生冲击波,使空气剧烈振动。这个时候发出的声音叫做“雷声”。雷声可达120分贝。这是什么概念?一分贝是人耳只能听到的声音,40-60分贝属于正常交谈的声音强度,当声音达到70分贝时,我们认为它非常嘈杂,开始损害听觉神经;而100-120分贝的声音比火车呼啸而过的声音大。如果一个正常人在这样高分贝的空间里停留1分钟或更长时间,你就会暂时失聪。因此,用“震耳欲聋”来形容雷声并不过分。
雷电有多频繁——14亿次/年??

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地球上闪电活动有多频繁?这不仅是我们想知道的,也是闪电研究的重点内容之一。多年来,许多专家学者采用了不同的方法和手段对数据进行估计,但结果并不一致。

在研究中,闪电的频率不仅是用雷暴日数来衡量的,还可以用闪电的一些数据来表征,如闪电频率(个数)、闪电密度等。早在1925年,就有专家通过分析雷暴日数据来估算全球闪电频率,人们普遍认为,世界上任何时候都有1800次雷暴,每秒大约有100次闪电。

近几十年来,雷电探测技术特别是卫星雷电探测技术的发展,为人们提供了以往地面观测中难以涉及的地区的雷电观测数据,从而对这一参数有一个更准确的估计:全球闪电频率约为每秒40~50次,全年共发生雷电约14亿次。在北半球,闪电最有可能发生在夏季,但在赤道地区,闪电在秋季和春季更为频繁。因为北极和南极地区雷暴很少,所以那里几乎没有闪电。

那么,世界上最频繁的闪电活动在哪里?

根据这项研究,闪电最活跃的地区是非洲的刚果盆地。由于靠近赤道,地表热量充足,空气对流频繁,常年有雷雨。

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有关学者得出结论,世界上闪电活动最频繁的地区是非洲卢旺达,那里的最大闪电密度为每平方公里每年80次。然而,从2004年到2005年,刚果共和国东部的一个小山村基夫卡村打破了上述纪录,成为世界上最频繁的闪电点。该镇距赤道仅300公里,海拔975米。闪电的密度是前所未有的。一年中,每平方公里有158次闪电。
闪电有多强:比太阳表面热4倍

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闪电的放电过程非常短,一般为50-100微秒(1微秒等于1百万分之一秒),可以说瞬间完成。脉冲电流平均值高达30000安培,最大电流可达300000安培。这种强电流产生的交变磁场的感应电压可以达到1000-10亿伏。当电荷中和后,释放出大量的光和热,并立即将周围的空气加热到3万摄氏度,是太阳表面温度的5倍。

一次雷击所产生的能量足以让一辆普通汽车行驶290-1450公里,这就可以提供一个家庭将近一年的用电总和。当然,雷电的电功率虽然很大,但由于放电时间短,雷电电流的电功率并不大。

然而,遗憾的是,正是因为闪电经常在瞬间发生,而且闪电的方向很难预测,所以现代技术无法收集和利用闪电的力量。
遭雷击概率有多少——175万分之一

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由于其强电流、高温高温、强电磁辐射和剧烈冲击波等物理效应,闪电能在瞬间产生巨大的破坏。一旦人们被它击中,就会有致命的后果。

全世界每年有4000多人遭受雷击,平均来说,被雷击的概率并不高,大约是175万分之一。但是,我们不应该忽视防雷。因为具体到不同的地区,人们被雷击的概率因地而异。例如,北美洲等国目前的人均雷击概率为60万分之一。

据有关统计,城乡遭遇雷电的概率存在明显差异。农民长期在农田等开阔地带工作。当闪电来临时,它们缺乏临时躲避场所,周围地势平坦。相对而言,人体的位置可能更高。农民对雷电的防护知识相对缺乏。城市职工在室内作业,城市建筑物的防雷措施相对完善,遭遇雷击的概率大大降低。

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此外,遭遇雷击的概率也与性别有关。美国的一项研究表明,男性比女性更容易遭受雷击。这项研究分析了1995年至2018年间北美等国闪电死亡的数据,发现648名死者中有82%是男性。2019年完成的另一项研究得出了类似的结论。为什么男人比女人更容易受到闪电的伤害?美国气象学家给出的答案是,当雷雨发生时,男性往往会在雨中做一些危险的事情,比如打高尔夫球、踢足球等,而女性则更愿意呆在安全的地方避雨。

另外,某一地区居民雷击的概率与当地的生活习惯、文化水平、建筑结构等有一定的关系。

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发表于 2021-3-31 07:22:08 | 显示全部楼层
个人认为雷电是因为产生的各种气体后的化学反应造成的
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