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雷电概述
1.1 雷电现场
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。产生雷电的条件是雷雨云中有积累并形成极性。
雷电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,有时还伴有冰雹和龙卷,云的上部常有冰晶。冰晶的凇附,水滴的破碎以及空气对流等过程,使云中产生电荷。云中电荷的分布较复杂,但总体而言,云的上部以正电荷为主,下部以负电荷为主。因此,云的上、下部之间形成一个电位差。当电位差达到一定程度后,就会产生放电,这就是我们常见的闪电现象。闪电的的平均电流是3万安培,最大电流可达30万安培。闪电的电压很高,约为1亿至10亿伏特。带有电荷的雷云与地面的突起物接近时,它们之间就发生激烈的放电。放电过程中,由于闪道中温度骤增,使空气体积急剧膨胀,从而产生冲击波,导致强烈的雷鸣。在雷电放电地点会出现强烈的闪光和爆炸的轰鸣声。
1.2 雷电的危害形式
雷电侵入地面的建(构)筑物、设备、人、畜等会造成灾害,其形式主要有:
直接雷击(包括直击雷、绕击雷)——在雷电活动区内,雷电直接通过人体、建(构)筑物、设备等对地放电产生的电击现象为直接雷击。
间接雷击——雷电流通过静电感应、电磁感应、电磁脉冲辐射、雷电过电压入侵、雷电反击等(统称感应雷)形式侵入建(构)筑物内,使建(构)筑物、设备部件损坏或人身伤亡。
雷电灾害的严重性表现在它具有巨大的破坏性上,其特点是雷电放电电压高,闪电电流幅值大,变化快,放电时间短,闪电电流波形陡度大。雷电的破坏作用在于强大的电流、炽热的高温、猛烈的冲击波、剧变的电磁场以及强烈的电磁辐射等物理效应,给人类社会带来极大的危害,造成人员伤亡、巨大破坏、起火爆炸、严重损失。雷电灾害波及面广,人类社会活动、农业、林业、牧业、建筑、电力、通信、航空航天、交通运输、石油化工、金融证券等各行各业,几乎无所不及。随着高科技的发展,雷电灾害显得越来越严重。
2雷击机理
雷电一般起于对流发展旺盛的雷雨云中。感应起电理论认为,在晴天大气电场下,电场方向自上而下,在垂直电场中下落的降水粒子被电场极化后,上部带负电荷,下部带正电荷。云中的小冰粒或是小水滴在同这些较大的降水粒子相碰撞后,就获得了正电荷,然后会随着上升气流向上走,从而发生了电荷的转移过程,使得小冰粒或者小水滴带正电荷、降水粒子带负电荷。下图给出了小水滴或小冰粒与极化的降水粒子碰撞获得电荷过程示意图。
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