雷电

雷电是伴有闪电和雷鸣的一种雄伟壮观而又有点令人生畏的放电现象。一般产生于对流发展旺盛的积雨云中，因此常伴有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷风。雷电分直击雷、电磁脉冲、球形雷、云闪四种。其中直击雷和球形雷都会对人和建筑造成危害，而直击雷又是威力最大的。

1、产生条件

雷电是一种自然现象。它是由雷云产生的。形成雷云必须具备以下三个条件：

1、空气中含有足够的水蒸气；

2、大气中的空气形成温度差，以使潮湿的空气形成强大的上升气流；

3、没有破坏或防碍强烈而持久的上升气流形成的因素。

大多数雷电放电发生在云间或云内，只有小部分是对地发生的。在对地的雷电放电中，雷电的极性是指雷云下行到地的电荷的极性。根据放电电荷量进行的多次统计，90％左右的雷是负极性的。

2、雷电种类

雷电分直击雷、电磁脉冲、球形雷、云闪四种。其中直击雷和球形雷都会对人和建筑造成危害，而电磁脉冲主要影响电子设备，主要是受感应作用所致；云闪由于是在两块云之间或一块云的两边发生，所以对人类危害最小。

直击雷就是在云体上聚集很多电荷，大量电荷要找到一个通道来泄放，有的时候是一个建筑物，有的时候是一个铁塔，有的时候是空旷地方的一个人，所以这些人或物体都变成电荷泄放的一个通道，就把人或者建筑物给击伤了。直击雷是威力最大的雷电，而球形雷的威力比直击雷小。

3、主要危害

（1）电效应

雷电

巨大的雷电流流经防雷装置时会造成防雷装置的电位升高，这样的高电位作用在电气线路、电气设备或金属管道上，他们之间产生放电，这种现象叫反击。它可能引起电气设备绝缘被破坏，造成高压窜入低压系统，可能直接导致接触电压和跨步电压造成事故。

由于雷电流的迅速变化，在他周围空间里会产生强大面且变化的磁场，处于磁场中的导体会感应出很高的电动势，此电动势可使闭合回路的金属导体产生很大的感应电流，引起发热和其他危害。

当雷电流人地时，在地面上可引起跨步电压，造成人身伤亡事故。

（2）热效应

巨大的雷电流通过雷击点，在极短的时间内转换为大量的热量。雷击点的发热量约为500～2000J，造成易爆物品燃烧或造成金属熔化、飞溅而引起火灾或爆炸事故。

（3）机械效应

当被击物遭受巨大的雷电流通过时，由于雷电流的温度很高，一般在6000～20000摄氏度，甚至高达数万度，被击物缝隙中的气体剧烈膨胀，缝隙中的水分也急剧蒸发为大量气体，因而在被击物体内部出现强大的机械压力，致使被击物体遭受严重破坏或发生爆炸。

（4）静电感应

当金属物处于雷云和大地电场中时，金属物上会感应出大量的电荷，雷云放电后，云与大地间的电场虽然消失，但金属物上所感应聚积的电荷却来不及立即逸散，因而产生很高的对地电压。这种对地电压，称为静电感应电压。静电感应电压往往高达几万伏，可以击穿数十厘米的空气间隙，发生火花放电，因此，对于存放可燃性物品及易燃、易爆物品的仓库是很危险的。

（5）电磁感应

电磁感应是由于雷击时，巨大的雷电流在周围空间产生变化迅速的磁场，使处于在变化磁场中的金属导体感应出很大的电动势。若导体闭合，金属物上仅产生感应电流，若导体有缺口或回路上某处接触电阻较大，由于很大的感应电动势，所以在缺口处会产生火花放电或在接触电阻大的部位产生局部过热，从而引燃周围可燃物。

（6）雷电波侵入

雷电在架空线路、金属管道上会产生冲击电压，使雷电波沿线路或管道迅速传播。若侵入建筑物内，可造成配电装置和电气线路绝缘层击穿，产生短路，或使建筑物内易燃、易爆物品燃烧和爆炸。

（7）雷电对人的危害

雷击电流迅速通过人体，可立即使呼吸中枢麻痹，心室纤颤或心跳骤停，以致使脑组织及一些主要器官受到严重损害，出现休克或突然死亡，雷击时产生的电火花，还可使人遭到不同程度的烧伤。

（8）防雷装置上的高电压对建筑物的反击作用

当防雷装置受到雷击时，在接闪器、引下线和接地体上都具有很高，的电压。如果防雷装置与建筑物内外的电气设备或其他金属管道的相隔距离很近，它们之间就会产生放电，这种现象称为反击。反击可能使电气设备绝缘破坏，金属管道烧穿，甚至造成易燃、易爆物品着火和爆炸。

（9）浪涌

最常见的电子设备危害不是由于直接雷击引起的，而是由于雷击发生时在电源和通讯线路中感应的电流浪涌引起的。一方面由于电子设备内部结构高度集成化（VLSI芯片），从而造成设备耐压、耐过电流的水平下降，对雷电（包括感应雷及操作过电压浪涌）的承受能力下降，另一方面由于信号来源路径增多，系统较以前更容易遭受雷电波侵入。浪涌电压可以从电源线或信号线等途径窜人电脑设备。

4、雷电益处

制造零成本的优质氮肥。雷电离不开闪电，闪电的温度一般在3万℃以上，是太阳表面温度的5倍。闪电还造成高压，在高温、高压下空气分子会发生电离，待它们重新结合时，其中的氮和氧就会化合成亚硝酸盐和硝酸盐分子，并溶解在雨水中落到地面，成为天然的氮肥。全球每年因雷电制造的氮肥有4亿吨。倘若全部落到陆地上，等于给每一亩地施了2公斤氮素，相当于10公斤硫酸铵。

促进作物生长。发生雷电时，空地之间的电场强度可达到每厘米万伏以上。受强大的电位差影响，植物的光合作用和呼吸作用增强，所以，雷雨后一两天内植物的生长及新陈代谢特别给力。据测试，用闪电刺激作物，发现豌豆早分枝，开花期提早15天，玉米抽穗提早7天，白菜增产15%至20%。若作物在生长期内遇上几场雷雨，其成熟期可早7天。

制造臭氧。臭氧层是地球一切生物的保护伞，它能吸收大部分危害生命的紫外线，使生物免受伤害。空气中含少量的臭氧，能起到灭菌消毒作用。会促使空气中的部分氧气发生反应，生成具有杀菌及漂白作用的臭氧。伴随着雷雨云中强烈的上升气流，可将滞留在对流层下面的污浊空气携带到空中，有助于净化空气。垂钓爱好者有谚云：“宁钓雷雨后，不钓雷雨前。”原因是雷雨后天清气爽，水中溶氧增多，鱼儿食欲大增，此时下钩，可收到事半功倍奇效。

能预示未来天气。谚云：“春雷十日寒”和“雷打惊蛰前，49日不开天”。意即春天打雷后，天要变冷，或者出现连阴雨天气。原因是春天发生打雷的雷雨云，大多是来自北方的冷空气与南上的暖湿空气发生交互活动形成的。春雷动就表示有冷空气南下，所以当地天气会变冷些，并有可能涌现出乍暖还寒的天气。

雷电具有巨大能量。根据高频感应加热的原理，利用雷电产生的高温，可使岩石内的水分受热膨胀，从而破碎岩石，达到多快好省爆破岩石目的。

雷电还可帮助找矿。雷电偏爱袭击那些极易导电的物体，利用此特性，可以发现地下金属矿床的蛛丝马迹。

5、闪电分类

闪电：指雷（雨）云中不同部分之间聚集的电荷形成的电场（可达几百万伏/米），把云内或云外的大气层击穿，产生的强火花放电。

按闪电方式分类

（1）云内闪电：带电云层内部击穿放电。

（2）云际闪电：一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层之间的击穿放电。

（3）云地闪电：带电的云层对大地之间的击穿放电。

按闪电形状分类

（1）线状闪电：常发生在云地之间。

（2）带状闪电：线状闪电的特殊情形。

（3）片状闪电：发生在云际之间的线状闪电的特殊情形。

（4）联珠闪电：强线状闪电中偶尔出现的一种特殊现象。

（5）球状闪电：具有强烈的电磁效应和穿透金属能力，形如火球，也称球闪或滚地雷。

6、活动规律

1．雷电活动的一般条件如下。

（1）地质条件：土壤电阻率的相对值较小时，就有利于电荷很快聚集。局部电阻率较小的地方容易受雷击；电阻率突变处和地下有导电矿藏处容易受雷击；实际上接地网电阻率，会增大雷击概率。

（2）地形条件：山谷走向与风向一致，风口或顺风的河谷容易受雷击；山岳靠近湖、海的山坡被雷击的概率较大。

（3）地物条件：有利于雷雨云与大地建立良好的放电通道。空旷地中的孤立建筑物，建筑群中的高耸建筑物容易受雷击；大树、接收天线、山区输电线路容易受雷击；符合尖端放电的特性，基站铁塔建成后也会增大雷击的概率。

2．根据工程经验，下列地点可能是雷害发生概率较高的地点。

（1）10m深处的土壤电阻率r10发生突变的地方。

（2）在石山与水田、河流交界处，矿藏边界处，进山森林的边界处，某些地质断层地带。

（3）面对广阔水域的山岳阳坡或迎风坡。

（4）较高、孤立的山顶。

（5）以往曾累次发生雷害的地点。

（6）孤立杆塔及拉线，高耸建筑群及其他接地保护装置附近。

7、基本参数

雷暴日：指一年中有雷电放电的平均天数。不足15天为少雷区；超过40天为多雷区，大于90天为强雷区。

雷暴与地球表面纬度的关系：纬度愈低雷暴天数愈多。赤道地带100~150天，热带75~100天，中纬度地带50~80天，两极地区仅有几天。

我国雷暴日分布：长江以北15~40天，以南40天以上；西北15天以下，海南及雷州半岛高达100~133天。

雷暴小时：以一小时内出现一次以上的雷击为统计单位，表征不同地区每个雷暴日雷电活动持续时间的差别。

8、相关研究

电流强度与温度的关系

研究揭示，除了强大的电流之外，雷击瞬间还会产生极限高温，这也是为何雷电会引起森林、房屋火灾的主要原因。

专门研究雷电的中国科学家LiXiangChao及他的团队在《科学报告》上发表最新研究成，电流强度与闪电内部的温度之间存在数学关系。

LiXiangChao和他的团队利用人工闪电产生设备可以制造任意大小的雷击，电流强度在5000安培到5万安培之间。产生的人工雷击温度最高达到1.7万华氏度（约合9426.6摄氏度），是太阳表面温度的两倍。

而为了应对温度计爆表的问题，LiXiangChao团队通过测量光在不同波长时的强度计算出闪电的温度。

最终，经过反复实验得出结论，闪电的电流与温度存在很高的对数关系。也就是说，1000安培的雷击与1万安培雷击之间的温差与1万安培雷击与10万安培雷击之间的温差差不多。这一结果为此前缺乏数据支持的理论推测提供了确凿的证据。