草丁图书馆

  1. 首页 > 生活杂烩 >

雷电是怎么形成的，给小朋友解释雷电的形成( 三 )

小知识


实际上有关雷的研究大部分都是早期的工作， 有关的评述可以参考Uman（1987）， Hill（1977， 1979）， Few（1974， 1975， 1981）的有关著作 。 本书只给出较粗略的描述 。

雷声及其产生机制
对于雷的描述已经有两千多年的历史， 但是直到1963年Malan（1963）才第一次使用现代术语描述了近处雷电发出的声音 。 之后Latham（1964）， Nakano and Takeuti（1970）以及Uman and Evans（1977）都对雷声进行了实际测量 。 对雷声的普遍描述是：当闪电打在距观测者100m以内时， 出现的声音首先为“咔”声， 然后象抽鞭子般的噼啪声， 最后变成雷特有的持续隆隆声 。 Malan（1963）认为“咔”声是由地面向上的主连接先导放电造成的 。 噼啪声由离观测者最近的回击通道部分产生的冲击波所引起 。 隆隆声则来自于弯曲放电通道的较高部位 。 而当闪击点离观测者数百米远时， 在第一声炸雷（clap）发生之前， 人耳听到的第一声类似于撕布的声音， 这种声音持续近一秒钟， 接着出现响亮的炸雷 。 这种撕布的声音起源于（1）垂直的放电通道， 其长度与距观测者距离相仿 。 （2）由地面向上的多个连接先导过程 。 Hill（1977）曾经从Remillard（ 1960）总结出的有关雷的十二条事实中选择了其中 最主要的七个：
(1) 云地闪电通常产生最响的雷 。
(2) 在超过十英里左右的距离外偶尔才能闻雷 。
(3) 用看到闪电与听到第一次雷声之间的时间间隔可以估计闪击距离 。
(4) 大气湍流能减小雷的可闻度 。
(5) 紧接强烈雷鸣之后， 常有倾盆大雨 。
(6) 雷声的强度似乎一地不同于另一地 。
(7) 当隆隆声持续时， 雷的音调变深沉 。
众所周知， 由于声音在空气中的传播速度约为330m/s， 而光的传播速度为3×108m/s,通道发展速度在105m/s以上 。 因此， 利用声音与光到达观测者的时间差可以大致估算距观测者最近的闪电通道离开观测者的距离 。 例如， 如果到达观测者的声光差为10s， 则距观测者最近的闪电通道离开观测者的距离为330m/s×10s=3.3km 。 这种方法在野外观测中是经常使用的 。
那么， 雷是如何形成的呢：普遍接受的雷声成因理论认为， 人耳可以听到的雷声起源于闪电通道的初始迅速膨胀引发的高压冲击波， 它在远距离上退化成为声波 。 对回击通道的光谱分析认为， 在不到10μs的时间内回击通道温度将达到30000K 。 由于没有足够的时间使得通道的粒子浓度发生显著改变， 因此通道的压力将由于温度的升高而迅速增加 。 在前5μs内平均的通道压力可以达到10个巴 。 这样一个通道过压将会导致强烈的冲击波使得通道迅速膨胀 。
Abramson等（1947）最先从理论上指出， 当气体中发生火花击穿和增温时， 则会出现等离子体的突然膨胀， 并伴有冲击波 。 在此基础上， 发展了一种解析方法来解这种沿无限窄的线源、瞬时释放能量的理想情况下的流体动力学问题 。 这种解析方法随后又被Drabkina（1951）推广到在击穿通道中逐渐聚集能量的情况 。 以后这一理论又被Braginskii（ 1958）进一步推广并应用到闪电的情况 。 Sakurai（1953）和Lin（ 1954）给出了沿无限窄线源瞬时释放能量的类似的解析解 。
完善描述闪电通道的增长要涉及许多因素， 例如辐射传输、主回击电流前通道中的初始条件、输人电流的时间分布、通道等离子体中电能向热能的转换、通道的耗损等物理特性以及通道的长度和弯曲情况等几何特性 。 虽然Troutman（1969）， Colgate 和McKee（1969）， Hill（1971）， Plooster（1971a）以及Few（1969， 1981）都曾尝试着论述了更接近闪电通道情况的通道增长问题， 但是至今所有的处理方法都只考虑初始能量在圆柱体中对称分布的情况， 还没有模拟真实的弯曲闪电通道的尝试 。 不过， 对有限大小的线源， 所有的结果都证实了当闪电通道每单位长度中聚集极高的能量时， 要产生过压强冲击波 。

推荐阅读


上一篇：徒有努力的决心，却没有坚持下去的毅力

下一篇：魔兽怎么了，wow不再失落