初中物理沪科版物理时空〖雷闪放电〗

雷闪放电
雷闪放电是自然界所产生的一种大气中的火花放电。

雷闪放电由带电荷的雷云引起。

对雷云带电原因的一种典型解释是：雷云是潮湿的热气流不断上升进入稀薄的大气层冷凝的结果。

当强烈的上升气流穿过云层时，水滴被碰撞而电离，轻小的水沫带负电，上升形成大块带负电的雷云；大滴水珠带正电，凝聚成雨下降，或悬浮在云中形成一些局部带正电的雷云区。

雷云的底部大多数带负电，并在地面上感应出大量的正电荷。

在带有大量不同极性或不同数量电荷的雷云之间、雷云和大地之间形成了很强的电场，其电位差可达数十至数百兆伏。

随着雷云的发展和运动，一旦空间电场强度超过大气电离的临界电场强度（空气中约30 kV/cm，有水滴存在时约10 kV/cm），就会发生雷云之间或雷云对大地的火花放电。

其电流达数十至数百千安，能量约1 000 MJ，放电通道温度高达15 000～202100 ℃，产生强烈的光和热，使空气急剧膨胀震动，发出霹雳轰鸣。

雷电是人类最早注意到的电现象。

雷云对地放电的基本过程可分为先导放电和主放电两个阶段。

当雷云与大地之间的局部电场强度超过大气电离的临界电场强度时，就有局部放电通道自雷云边缘向大地发展，称先导放电。

先导放电是间歇性的脉冲发展过程，称分级先导，每次间歇大约数十微秒。

先导通道发展到临近地面时，由于局部空间电场强度的增加，常在地面突起处出现异极性的先导放电向天空发展，称迎面先导。

当先导通道到达地面或与迎面先导相遇以后，大气强烈电离形成高导电率的等离子体通道，使先导通道及云中电荷与大地电荷迅速中和，这就是主放电过程。

先导放电的平均发展速度较慢，约为（1～5）×105m/s，放电电流较小，约为数百安。

主放电发展速度很快，约为2×107～×108 m/s，出现很强的脉冲电流，可达两三百千安。

人们肉眼观察到的一次雷闪，实际上有55％包含2次以上先导主放电的重复过程，平均3次，最多可达40多次，称为多重雷闪。

由于第二次及以后的先导一主放电沿着先前的放电通道以更快的速度发展，因此其先导发展时间较短，没有分叉，称为箭形先导，主放电电流幅值也较第一次低。

雷云对大地的放电虽然只占少数，但是一旦发生，可能带严重的危害。

雷闪击中输电线或附近，将会直接形成或感应产生幅值很高的冲击电压波，使线路绝缘脱落，或传入变电所破坏电气设备，造成电力系统供电中断。

雷闪击中高层建筑、导弹发射塔、通信广播电视天线，可能引起设备损坏、人身伤亡。

雷电防护的基本措施是装设避雷针（线）和避雷器。

避雷针（线）在雷云对地放电过程中使地面电场畸变，影响先导放电的发展方向，吸引雷闪对
避雷针（线）放电，再经引下线和接地装置将雷电流引入大地，使被保护物免遭雷击。

避雷器装设在被保护设备附近，当雷电冲击波沿线路传入时，它首先放电，限制了电压波幅值，保护设备免遭破坏。