防雷知識交流

雷電的形成

雷電基本理論
人們通過模擬地球原始大氣在密室中進行放電的實驗，結果由無機物合成了11種氨基酸。這些物質的出現，是生命起源的基礎，因此，一些生命起源學說認為，是雷電孕育了地球上的生命。同理，地球上空有一層電離層，它是由帶正電荷的粒子組成，該電離層起著防止太陽和宇宙空間各種有殺害生命作用的射線進入地面，保護地球上的生命，如果沒有這電離層，即使地球上本來已經有的生命，也會被來自太空的各種射線殺死，地球不可能出現現在的繁榮和文明。但是電離層的正電荷以平均約1800A的電流強度向大地放電，可想而知，如果得不到補充，電離層的電荷恨快便會放盡。由于雷電不斷補充電離層放電失去的電荷，保持電離層總電荷量大體平衡，使這層生命的保護屏障得以保存，使地球上的生命不致被宇宙射線滅絕。因此，可以說，是雷電促使地球成為文明的星球。從這個角度來講，人類有今天的文明應該感謝雷電。

由于雷擊會給人類帶來災害，因此，人類很早就與雷害進行斗爭。其中取得卓越成就的有18世紀中葉著名科學家富蘭克林（Franklin）M·B·羅蒙諾索夫（JIOMOHOCOB），L·B·黎赫曼（PHXMAH）。他們通過大量實驗建立了雷電學說，認為雷擊是云層中大量陰電荷和陽電荷迅速中和而產生的現象；并且創立了避雷理論，發明了避雷針。他們取得的這些科學成就，已為人類鞒雋酥卮蟮墓畢住?

我國古籍中，有關雷電理論和避雷實踐的記載十分豐富。例如東周時《莊子》上記述：“陰陽分爭故為電，陽陰交爭故為雷，陰陽錯行，天地大駭，于是有雷、有霆。”這些學說與現代的雷電學說是如此相似，不過它比現代雷電學說要早2000多年。在古籍中關于建筑工程中避雷的記載也十分豐富。南北朝的孟奧《北征記》中有如下記述：“凌云臺南角一百步，有白石室，名避雷室。”又有盛弦之《荊州記》中記述：“湖陽縣春秋蓼國，樊重之邑了，重母畏雷，為立石室，以避之，悉之文石為階砌，至今猶存。”書中談及的白石、文石，據分析應該屬于絕緣性能較好的石塊。至于宋、元、明、清代的建筑物多用“雷公柱”（宋代稱棖桿）等措施以避雷。

在古籍中有關雷擊的事故的記述就更多了，例如：

《續晉陽春秋》：“太元五年，霹靂含殿四柱，殺內侍二人。”

《晉安帝記》：“義熙三年六月，震太廟鴟尾，徹壁柱，若有文字。”

《晉中興書征祥說》：“元興三年，永安王皇后至住巴防，將設威儀入宮，天大雷震，人馬多死。”

《沈括·夢溪筆談》：“內侍李舜舉家為暴所震，其堂之西屋雷火自窗間出，赫然出檐。人以為堂屋已焚，皆出避之。及雷止，其舍宛然，墻壁窗紙皆默。有一木格，其中雜貯諸器，其漆器銀鋁者，銀悉容流在地，漆器不燃灼。有一寶刀，極堅剛，就刀室中容為汁。而室亦儼然。人必謂：當先焚草木，然后流金石，今乃金石皆爍而草木無一毀者，非人情所測。

《齊書·五行志》：“永元三年正月，豫章郡，天火燒三千余家。”該天火，到底是一般雷擊，還是球形雷？未加考證。

以上只是我國古籍關于雷記載中的點滴摘錄，當然它與現代雷電理論和避雷技術相比還有差距，但是從歷史觀點來看，我們的祖先能夠在那么早的年代里就創造出那樣完整的雷電理論，并且在技術上得到應用，這是我們民族光輝燦爛文化歷史的一頁。

雷電的成因

通常所謂雷擊是指一部分帶電的云層與另一部分帶異種電荷的云層，或者是帶電的云層對大地之間迅猛的放電。這種迅猛的放電過程產生強烈的閃電并伴隨巨大的聲音。當然，云層之間的放電主要對飛行器有危害，對地面上的建筑物和人、畜沒有很大影響。然而，云層對大地的放電，則對建筑物、電子電氣設備和人、畜危害甚大，這是我們研究的主要對象。

通常雷擊有三種主要形式：其一是帶電的云層與大地上某一點之間發生迅猛的放電現象，叫做“直擊雷”。其二是帶電云層由于靜電感應作用，使地面某一范圍帶上異種電荷。當直擊雷發生以后，云層帶電迅速消失，而地面某些范圍由于散流電阻大，以致出現局部高電壓，或者由于直擊雷放電過程中，強大的脈沖電流對周圍的導線或金屬物產生電磁感應發生高電壓以致發生閃擊的現象，叫做“二次雷”或稱“感應雷”。其三是“球形雷”，將在后面另詳細說明。

(1)雷云的形成
不管是直擊雷還是感應雷都與帶電的云層存在分不開，帶電的云層稱為雷云。有關雷云形成的假說很多，但至今尚未有一種被公認為無懈可擊的完整學說，這里我們介紹其中被認為比較完善并經常被推薦的假說。

根據大量科學測試可知，地球本身就是一個電容器，通常大了穩定地帶負電荷50萬C左右，而地球上空存在一個帶正電的電離層，這兩者之間便形成一個已充電的電容器，它們之間的電壓為300KV左右，并且場強為上正下負。

當地面含水蒸氣的空氣受到熾熱的地面烘烤受熱而上升，或者較溫暖的潮濕空氣與冷空氣相遇而被墊高都會產生向上的氣流。這些含水蒸氣的上升時溫度逐漸下降形成雨滴、冰雹（稱為水成物），這些水成物在地球靜電場的作用下被極化（圖1-1），

負電荷在上，正電荷在下，它們在重力作用下落下的速度比云滴和冰晶（這二者稱為云粒子）要大，因此極化水成物在下落過程中要與云粒子發生碰撞。碰撞的結果是其中一部分云粒子被水成物所捕獲，增大了水成物的體積，另一部分未被捕獲的被反彈回去。而反彈回去的云粒子帶走水成物前端的部分正電荷，使水成物帶上負電荷。由于水成物下降的速度快，而云粒子下降的速度慢，因此帶正、負兩種電荷的微粒逐漸分離（這叫重力分離作用），如果遇到上升氣流，云粒子不斷上升，分離的作用更加明顯。最后形成帶正電的云粒子在云的上部，而帶負電的水成物在云的下部，或者帶負電的水成物以雨或雹的形式下降到地面。當下面所講的帶電云層一經形成，就形成雷云空間電場，空間電場的方向和地面與電離層之間的電場方向是一致的，都是上正下負，因而加強了大氣的電場強度，使大氣中水成物的極化更厲害，在上升氣流存在在情況下更加劇重力分離作用，使雷云發展得更快。

從上面的分析，好像雷云總是上層帶正電荷，下層帶負電荷。實際上氣流并不單是只有上下移動，而比這種運動更為復雜。因此雷云電荷的分布也比上面講的要復雜得多。

根據科學工作者大量直接觀測的結果，典型的雷云中的電荷分布大體如圖1.2所示。

科學工作者的測試結果表明，大地被雷擊時，多數是負電荷從雷云向大地放電，少數是雷云上的正電荷向大地放電；在一塊雷云發生的多次雷擊中，最后一次雷擊往往是雷云上的正電荷向大地放電。從觀測證明，發生正電荷向大地放電的雷擊顯得特別猛烈。