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【表示速度快的成语】专题趣谈成语学科学(50):电闪雷鸣雨中忙

豪壮的暴雨夹杂着“雷声和雷声”,从天空倾盆而下,真是难以忍受的事,但雷电交加中产生的恐惧令人莫名毛骨悚然。

你看,明亮的闪光,透过天际边的急速劈来,扑地滚动的忽啦啦急骤轰鸣声。就这么合伙用肆虐在骤雨中一惊一乍,搅成了天昏地暗。

相依作伴说雷电

这样的雷雨天气之所以生成,在于大气层中具备了一种特定的先决条件,这就是空气中拥有充足的水汽,还要有推动这些湿空气上升的动力。

春夏季节,我国南方在暖湿气流的影响下,空气潮湿的同时,加上太阳的强烈辐照,近地面的空气会在不断地受热中上升,带动上层冷空气下沉,产生了一种强烈的对流运动,最终形成这种多雷雨的气候。

雷电作为积雨云中的一种放电现象,正是大气层中那些局部高耸着的积雨云由于内部气流极不稳定,其中所产生的强烈向上的对流运动,使得云层中处处都是上上下下奔窜着的水蒸汽,这些气流中的水分子由于摩擦以及分解产生了静电。静电荷们一旦在云层中聚集,云的顶层也就带上了正电荷,而底层则充满着无数的负电荷。

这时,如果地面上的一些地方,由于存在着一定数量的正电荷,导致地面上正电荷和云中的负电荷彼此间开始相互吸引,由于空气不是一种十分良好的传导体,必然在两者之间起到一定的绝缘阻碍作用。当两者各自所带的正负电荷的能量达到了足够强大,正电荷就会通过树木、山丘、高大建筑物的顶端甚至于人体,企图与带有负电荷的云层接触。这时云层中负电荷枝状触角就会向下伸展,越向下伸展就越接近地面。最后正负电荷终于克服了空气的阻碍而连接,巨大的电流就沿着这条传导气道,从地面一直向云层涌去,瞬间出现了一道明亮夺目的闪光。

实际上,闪电作为一种自然放电现象,并非只是在云与地之间,而且还会在云与云之间、甚至于云体内部的各个部位之间,都有可能产生强烈的放电现象。

大多数闪电都是接连发生两次,第一次叫前导接闪,是一股看不见的空气一直下到接近于地面的地方,这股带电的空气就像一条电线,为第二次的电流建起一条通道,就在前导刚接近地面的一刹那,一道回接电流就沿着这条通道跳了上来,回接电流所产生的闪光,也就是我们通常所看到的闪电。

强大的电流既然摆脱了空气的绝缘阻碍而通过,正负电荷之间的放电(中和)作用也就产生了大量的光和热。发生闪电同时,更在瞬间释放出大量的热量,将周围的空气加热到3万摄氏度左右的高温。正是由于这样强大的电流在空气中通过,造成了沿途空气的突然间受热膨胀,同时快速挤压周围的空气,使空气产生了强烈震动,这时候带给我们的就是一场轰轰烈烈的打雷声。

当闪电的距离与我们过于接近,听到的就是震耳欲聋般轰隆声或者撕裂声,因为闪电迅速使空气膨胀撕裂,然后空气又突然间合拢到一起,摩擦和碰撞发出的声音尤如爆炸般传了开来。闪电落到较远的地方,那我们就听到了隆隆不断传来的雷声,这是因为声波在大气中发生折射,以及和地面的物体产生反射形成回声的结果。

浅说避雷针

大家都知道,现代建筑物顶端的最高处无一例外都安装有一根高高向上的尖尖避雷针,避雷针作为保护高层建筑避免雷击的装置,它所起到的作用是将强大的雷击电流导向地下,从而避免了建筑物为危害甚大的雷击所波及。

正如上面的知识告诉我们,雷雨云中的负电荷如果与无避雷装置的建筑物所带的正电荷一旦建立起一道电流的通道,就会产生一道前导接闪,造成回接电流在云层和建筑物之间形成闪电,此刻的闪电所造成的雷击就有可能给建筑物一个重创。

那么,避雷针有着一个怎样的工作原理?是如何起到防雷作用的?

超过建筑物高度的尖尖避雷针,很容易向着天空中与那些带电的云层形成一种电容器工作状态,但是,由于它的尖尖顶端使得这个电容器的两个极板面积显得过于微小,必然导致它们之间的电容容量有点微不足道,无法容纳带电云层所涌下的巨量电荷,此刻,二者之间处于绝缘状态的空气就十分容易地被击穿而成为导体。此时,已经处于接地状态的避雷针,就会及时迅速地将接闪电流导向地下,从而确保了建筑结构的安然无恙。

上海东方明珠塔作为一个例子,通过下面这个网络视频截图,使人看起来好像它是被闪电给击中了,其实不然,它正是利用避雷措施(避雷针、线、带),以及建筑物自身结构中的金属接受了电流的接闪,进而引雷入地,变被动为主动,避免了雷电的威胁。

上海东方明珠塔的引雷措施(视频截图)

其实,今天我们所说的避雷针概念,是以前的说法,有点不大科学,所以,今天已经被"接闪杆"的概念所取代,当然,能起到防雷功能的除了"接闪杆"外,还有"接闪带"、"接闪线"、"接闪网"……等,它们都有一个统一的名称:"接闪器"。正是它们与引下线、接地装置一道,共同构成了一幢幢高层建筑的防雷措施。

这里的"避雷针",不,应该叫"接闪杆",用它来保护建筑物,其实不是被动地避免这些建筑物遭受雷击,反而是主动通过接闪装置积极引雷上身,及时与引下线和接地装置一起,将电流引至地底下,从而起到了保护高层建筑的作用。

雷雨天气中闪电和雷声总是相伴而生,不过它们在大气中各自的传播速度,实在是悬殊的太大了,所以,我们总是先看到闪电,然后才听到隆隆而来的打雷声。这是因为光的速度可达30万千米/秒,而声音速度却只有区区的340米/秒的缘故。

在日常生活中,我们通常都喜欢用"迅雷不及掩耳之势"来比喻速度之快,然而,这里的隆隆雷声似乎一下子就失去了原有的威风,因为它再快,怎能赶上闪电那瞬间发出的光芒。

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