雷电的基本知识
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对雷电现象作了忠实客观记述，反对以鬼神 来说明雷电及其灾害。在这一千多年历史中，对 雷电的认识没有什么大的变化。早于欧美逾千年 以上，而研究并明了其本质却又晚于欧美百余年。 这一现象在其他自然科学领域也存在。中国本是 文明古国，而近百年来累遭列强侵略，科学技术 落后甚多，思索其原因是非常必要的。
王充在《论衡》中对雷电就作过如下描述:“雷者火也。以 人中雷而死，即询其身，中火则须发烧憔。中身则皮肤灼嘻， 临其尸上闻火气，一验也。道术之家，以为雷烧石色赤，投于 井中，石憔井寒，激声大鸣，若雷之状，二验也。人伤于寒， 寒气入腹，腹中素暖，温寒分争，激气雷鸣，三验也。当雷之 时，电光时见，大若火之摧，四验也。当雷之击，时或播人室 屋及地草木，五验也。夫论雷之为火有五验，言雷为天怒无一 效。
1.1.4 21世纪雷电科学的展望
1、用场的理论和非线性理论研究雷电。 2、进行有关雷电的各种实验。
3、改进雷电监测手段。
§1.2 大气电平衡 1.2.1大气电场
1、地球 ：带电球体模型 — 大气电场 （1）理想：带负电荷5.4 10 5 C ，空中指向 地球表面的大气电场。
（2）实际：负电荷分布不是均匀的。
1、大气导电的研究 发现大气中存在带有正电或负电的粒子。
研究大气中带电粒子的来源、分布和运动规律， 成为雷电科学中非常重要的部分。研究得出
（1）地层存在放射性元素 （2）宇宙射线 （3）太阳的紫外线（电离层）
2、闪电的研究：
（1）利用移动照相法发现，一次闪电是由多次放电 组成，在多雷的南非拍得一批闪电照片（至今仍被人 们作为经典的实验证据），显示出闪电的结构特性。
一般表达式
j je jw jt jd
一般情况下，贴近地面的传导电流、对流电流、扩 散电流的数量级相近，其电流密度数量级约为 1016A/ cm2
地球表面晴天的传导电流密度约为 31012A/ m2
根据地球表面积，则传导电流约为1500A。
2、空气中的带电离子
（1）电离源 地壳中放射性物质，大气中的气态放射性物质， 宇宙射线。
（2）电离和复合达到动态平衡，大气总是带正电。 （3）正、负电荷构成大气电场的两个极性端。
3、大气电场分布情况
（1）随高度增加而减小（图1.2） （2）世界各地地面晴天大气场的平均结果（表1.1）
1.2.2 大气中的电流
2、18世纪 英国伦敦皇家学会馆长的豪克斯比，1706年用玻璃
棒摩擦起电，发现静电放电产生的闪光与闪电很相似。
英国华尔1907年用琥珀摩擦起电，发现放电不仅产 生闪光，而且产生类似雷鸣的响应。把实验室中的电和 自然界的闪电联系起来，即科学猜想。
3、美国科学家富兰克林（1706~1790），以科学 的理性思维探索了雷电的本质。将云中的闪电 引到地面来作实验鉴定。是雷电科学发展史上 关键的一步。解决了雷的定性认识。
方以智进一步概括之:“雷火所及，金石销熔而漆器不坏。”
1.1.2 欧美雷电科学建立
1、16世纪 近代科学先驱英国弗兰西斯.培根（1561~1626） 法国勒内.笛卡儿（1596~1650） 意大利伽利略（1564~1642）
1)、把科学实验提到了很重要的地位。 2)、正确的科学思想和科学方法，对当时及后人产生重 大作用。
（2）提出关于闪电先导理论
3、关于雷雨云起电的机制和云中电荷分布的研究：
（1）冰的光电效应
（2）水滴破碎的带电
（3）雪花之间碰撞起电
（4）毛细管静电计测量闪电时电场的垂直变化
20世纪50年代后，这与二次世界大战有密切关系。 雷达技术、航空、航天的发展，使大气电场测量有了 很大发展，雷电科学的发展进入一个新时期。
富兰克林把一个 金属钥匙绑住风筝线端， 在雷雨天把风筝放到天 上去。很幸运他没有被 电击。
避雷针防雷法， 亦称富兰克林法。这是 一种最Βιβλιοθήκη Baidu老、最传统的 防雷方法。
4、英国科学家开尔文（1824~1907）设想，用气 球带仪器到高空去测量不同高度的电场，开创 了定量研究闪电的工作。
1.1.3 20世纪大气电学的发展
沈括著《塔梦溪笔谈》描述更详:“内侍李舜举家曾为雷暴 所震。其堂之西屋，雷火自窗间出，赫然出槽。人以为堂屋已 焚，皆出避之。及雷止，其舍宛然，墙壁窗纸皆黔。有一木格， 其中杂贮诸器，其漆器银扣者，银悉熔流在地，漆器皆不焦灼。 有一宝刀，极坚钢，就刀室中熔为汁，而室亦俨然。人必谓火 当先焚草木，然后流金石.今乃金石皆拣而草木无一毁者，非人 情所测也。佛书言，‘龙火得水而炽，人火得水而灭夕，此理 信然。”
1751年富兰克林著作《电的实验与观 察》，指出：“关于尖端的功能的知识，可以 为人们利用来保护房屋、教堂、船等避免闪电 袭击，其方法是在这些物体的最高顶上固定一 支更高的镀金的磨尖铁棒，在其下端接一导线 挂在建筑物外通到地下，对于船则是通到水 中。”
这张图形象地表明 本杰明·富兰克林著名 的闪电实验，他于1752 年发现闪电带电。
面的气体电荷密度平均值大约1017 C / cm3
4、大气电流
（1）传导电流 je ： 指空气中带电正、负离子在大 气电场作用下定向迁移运动。 （2）晴天大气对流电流 jw ：指对流层中气团携 带 电荷一起移动。 （3）晴天大气扩散电流 jt ：大气电荷因湍流和扩 散而形成。 （4）位移电流 jd ：大气电场发生变化时形成。
1、大气的等效模型 由四层物理性能不同的部分构成。电离层（暖层），
中间层，平流层，对流层。
对流层为大气最低层，约十几公里高度以下，在电 离源的作用下，产生悬浮的正、负空气离子。
2、带电离子平均速度
u
kE
系数k为离子迁移率（与离子大小，大气密度有关）， E为大气电场。
3、 体电荷密度
与不同地区，大气高度，时间差别很大，地表
雷电的基本知识
本章研究的基本问题 大气中的雷电是如何产生的？ 雷电现象有那些表现形式？ 雷电流的特征是什么？ 它是怎样危害人的生命和财产的？
§1.1 概述
1.1.1 中国古代对雷电的认识
1、东汉哲学家王充（27~97年）
2、北宋科学家沈括（1031~1095）
3、明代科学家方以智（1611~1671）
王充在《论衡》中对雷电就作过如下描述:“雷者火也。以 人中雷而死，即询其身，中火则须发烧憔。中身则皮肤灼嘻， 临其尸上闻火气，一验也。道术之家，以为雷烧石色赤，投于 井中，石憔井寒，激声大鸣，若雷之状，二验也。人伤于寒， 寒气入腹，腹中素暖，温寒分争，激气雷鸣，三验也。当雷之 时，电光时见，大若火之摧，四验也。当雷之击，时或播人室 屋及地草木，五验也。夫论雷之为火有五验，言雷为天怒无一 效。
1.1.4 21世纪雷电科学的展望
1、用场的理论和非线性理论研究雷电。 2、进行有关雷电的各种实验。
3、改进雷电监测手段。
§1.2 大气电平衡 1.2.1大气电场
1、地球 ：带电球体模型 — 大气电场 （1）理想：带负电荷5.4 10 5 C ，空中指向 地球表面的大气电场。
（2）实际：负电荷分布不是均匀的。
1、大气导电的研究 发现大气中存在带有正电或负电的粒子。
研究大气中带电粒子的来源、分布和运动规律， 成为雷电科学中非常重要的部分。研究得出
（1）地层存在放射性元素 （2）宇宙射线 （3）太阳的紫外线（电离层）
2、闪电的研究：
（1）利用移动照相法发现，一次闪电是由多次放电 组成，在多雷的南非拍得一批闪电照片（至今仍被人 们作为经典的实验证据），显示出闪电的结构特性。
一般表达式
j je jw jt jd
一般情况下，贴近地面的传导电流、对流电流、扩 散电流的数量级相近，其电流密度数量级约为 1016A/ cm2
地球表面晴天的传导电流密度约为 31012A/ m2
根据地球表面积，则传导电流约为1500A。
2、空气中的带电离子
（1）电离源 地壳中放射性物质，大气中的气态放射性物质， 宇宙射线。
（2）电离和复合达到动态平衡，大气总是带正电。 （3）正、负电荷构成大气电场的两个极性端。
3、大气电场分布情况
（1）随高度增加而减小（图1.2） （2）世界各地地面晴天大气场的平均结果（表1.1）
1.2.2 大气中的电流
2、18世纪 英国伦敦皇家学会馆长的豪克斯比，1706年用玻璃
棒摩擦起电，发现静电放电产生的闪光与闪电很相似。
英国华尔1907年用琥珀摩擦起电，发现放电不仅产 生闪光，而且产生类似雷鸣的响应。把实验室中的电和 自然界的闪电联系起来，即科学猜想。
3、美国科学家富兰克林（1706~1790），以科学 的理性思维探索了雷电的本质。将云中的闪电 引到地面来作实验鉴定。是雷电科学发展史上 关键的一步。解决了雷的定性认识。
方以智进一步概括之:“雷火所及，金石销熔而漆器不坏。”
1.1.2 欧美雷电科学建立
1、16世纪 近代科学先驱英国弗兰西斯.培根（1561~1626） 法国勒内.笛卡儿（1596~1650） 意大利伽利略（1564~1642）
1)、把科学实验提到了很重要的地位。 2)、正确的科学思想和科学方法，对当时及后人产生重 大作用。
（2）提出关于闪电先导理论
3、关于雷雨云起电的机制和云中电荷分布的研究：
（1）冰的光电效应
（2）水滴破碎的带电
（3）雪花之间碰撞起电
（4）毛细管静电计测量闪电时电场的垂直变化
20世纪50年代后，这与二次世界大战有密切关系。 雷达技术、航空、航天的发展，使大气电场测量有了 很大发展，雷电科学的发展进入一个新时期。
富兰克林把一个 金属钥匙绑住风筝线端， 在雷雨天把风筝放到天 上去。很幸运他没有被 电击。
避雷针防雷法， 亦称富兰克林法。这是 一种最Βιβλιοθήκη Baidu老、最传统的 防雷方法。
4、英国科学家开尔文（1824~1907）设想，用气 球带仪器到高空去测量不同高度的电场，开创 了定量研究闪电的工作。
1.1.3 20世纪大气电学的发展
沈括著《塔梦溪笔谈》描述更详:“内侍李舜举家曾为雷暴 所震。其堂之西屋，雷火自窗间出，赫然出槽。人以为堂屋已 焚，皆出避之。及雷止，其舍宛然，墙壁窗纸皆黔。有一木格， 其中杂贮诸器，其漆器银扣者，银悉熔流在地，漆器皆不焦灼。 有一宝刀，极坚钢，就刀室中熔为汁，而室亦俨然。人必谓火 当先焚草木，然后流金石.今乃金石皆拣而草木无一毁者，非人 情所测也。佛书言，‘龙火得水而炽，人火得水而灭夕，此理 信然。”
1751年富兰克林著作《电的实验与观 察》，指出：“关于尖端的功能的知识，可以 为人们利用来保护房屋、教堂、船等避免闪电 袭击，其方法是在这些物体的最高顶上固定一 支更高的镀金的磨尖铁棒，在其下端接一导线 挂在建筑物外通到地下，对于船则是通到水 中。”
这张图形象地表明 本杰明·富兰克林著名 的闪电实验，他于1752 年发现闪电带电。
面的气体电荷密度平均值大约1017 C / cm3
4、大气电流
（1）传导电流 je ： 指空气中带电正、负离子在大 气电场作用下定向迁移运动。 （2）晴天大气对流电流 jw ：指对流层中气团携 带 电荷一起移动。 （3）晴天大气扩散电流 jt ：大气电荷因湍流和扩 散而形成。 （4）位移电流 jd ：大气电场发生变化时形成。
1、大气的等效模型 由四层物理性能不同的部分构成。电离层（暖层），
中间层，平流层，对流层。
对流层为大气最低层，约十几公里高度以下，在电 离源的作用下，产生悬浮的正、负空气离子。
2、带电离子平均速度
u
kE
系数k为离子迁移率（与离子大小，大气密度有关）， E为大气电场。
3、 体电荷密度
与不同地区，大气高度，时间差别很大，地表
雷电的基本知识
本章研究的基本问题 大气中的雷电是如何产生的？ 雷电现象有那些表现形式？ 雷电流的特征是什么？ 它是怎样危害人的生命和财产的？
§1.1 概述
1.1.1 中国古代对雷电的认识
1、东汉哲学家王充（27~97年）
2、北宋科学家沈括（1031~1095）
3、明代科学家方以智（1611~1671）