雷电的基本知识.ppt

§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） 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、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。 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。 （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 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。 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。 （4）位移电流 jd ：大气电场发生变化时形成。 1.2.3大气电平衡 1、地球表面负电荷维持恒定值 — 5.4 ? 10 5 C （1）大气电流使负电荷要减少； （2）降雨电流使负电荷要减少； （3）尖端放电使负电荷增加； （4）雷暴活动使负电荷增加。（这是地球表面负电荷维持恒定值的必不可少的条件） 动态平衡，维持恒定值 。 §1.3 雷（雨）云 线状闪电 云内闪电 闪电的长度—短的2～3公里，长的20公里。 中国各主要城市雷暴天数 1.7.3 电磁脉冲辐射 指雷击放电时，脉冲电流向外辐射电磁波，致使对瞬态电磁脉冲极其敏感的某些现代电子设备失效。辐射电磁波强度与距离成反比。 雷暴引起感应雷击及过电压 邻近建筑物之间危险的浪涌雷击 （3）累积的结果，又使下面空气被击穿，这样不断重复上述过程，导电通道逐步向下发展，即形成梯级先导。此过程时间约20 ms 。 几个参数： 每级通道变化范围约3 ~ 200 m 平均速度约 1.5 ? 10 7 cm/s 间隙时间约 30 ~ 125 us 每一级的推进速度约 5 ? 10 9 cm/s 通道直径约 1 ~ 10 m 每一级的击穿方向是不确定的折线 几个参数： 回击电流可达 10 kA。 回击速度约 2 ? 10 9 ~ 2 ? 10 10 cm/s 回击通道直径约0.1 ~ 0.23 cm 回击通道温度可达 10000 0C （4）经过多次击穿，当梯级先导的通道前端达到离地面很近（约10~20m）的距离时，向下扩展的趋势直接受地面物的影响，此时发生电击穿，会形成由地面物冲出一段明亮无比的光柱（闪电），沿着导电通道冲向积雨云完成一次回击放电（称主放电）。同时温度陡升，空气骤胀，骤缩形成爆炸波，即雷声。 回击时间约60 us 梯级先导 1.4.3 地闪的类型 1、按有无回击分类 （1） a 类：无回击的闪电 （2） b 类：有回击的闪电 （5）由梯级先导到回击完地闪的第一次放电闪击，约过几十毫秒还会出现第二次放电闪击。此过程，先导是沿旧导电通道，称“直窜先导”或“箭式先导”。平均速度约 2 ? 10 8 cm/s 。 根据积雨云电荷量的多少，可能会有多次回击，直到积雨云中的电荷消耗尽为止。 直窜先导 直窜先导 2、按大地输送出的有无正负电荷分类 （1） 1a型：云闪（负电荷先导）。 （2） 1b型：下行负雷（负电荷先导，大地回击正 电荷），常见。 （3）2a型：由地面物正电荷向上扩展形成带正电的向上