视频字幕
闪电是自然界中最壮观的电现象之一。它是云层中电荷积累和放电的结果,伴随着强烈的光芒和雷声。闪电的持续时间很短,通常只有零点一到零点二秒,但电流强度可达数万安培,温度高达三万摄氏度。根据发生位置,闪电可分为云地闪电、云间闪电和云内闪电三种主要类型。
积雨云中的电荷分离是闪电形成的根本原因。在强对流天气中,云层内部的水滴和冰晶发生剧烈碰撞和摩擦。这个过程中,较轻的小粒子获得正电荷并被上升气流带到云层上部,而较重的大粒子带负电荷沉降到云层下部。经过持续的电荷分离过程,云层上部积累大量正电荷,下部积累大量负电荷,形成巨大的电位差,为闪电的产生创造了条件。
当云层中的电荷分离完成后,云层下部的负电荷与地面的正电荷之间形成强大的电场。这个电场垂直向下,强度随着电荷积累不断增强。电场线从正电荷指向负电荷,等势面与电场线垂直分布。当电场强度达到约三百万伏每米的临界值时,空气开始被击穿电离,失去绝缘性质,为闪电放电创造了必要条件。
先导放电是闪电形成的初始阶段,分为下行先导和上行先导两个过程。下行先导从云层底部开始,以阶梯状的方式间歇性地向地面推进,速度约为十万米每秒。它在空气中形成一条弯曲的导电通道,同时电离周围的空气分子。当下行先导接近地面时,地面的突出物如树木、建筑物等会产生上行先导,向上发展与下行先导相向而行,最终两者相遇形成完整的导电通道。
当上行先导和下行先导相遇时,瞬间形成完整的导电通道。此时通道的电阻急剧下降,为主放电过程创造了条件。主放电沿着这个预先形成的通道快速进行,电流强度可达数万安培,通道温度瞬间升至三万摄氏度,比太阳表面还要热。这个过程持续时间极短,只有数微秒,但释放出巨大的能量,产生我们看到的强烈闪光和随后听到的雷声。