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电闪雷鸣的科学原理

《科学美国人》中文版《环球科学》 2015-11-12

  闪电究竟为什么发生这个问题似乎仍旧是个未解之谜,但是科学家已经能够解释闪电是怎么形成的。闪电那异常惊艳的出场是多方面因素共同努力的结果,它的诞生源 于地球与大气之间的电势差。我们其实都生活在一个由带正电荷的外层大气和带负电荷的地面构成的巨型电容器中,在阳光明媚的日子里,你似乎不会感觉到电荷的 存在,因为周围的大气不会自动放电来打扰到你。但是,当雷暴开始席卷而来,一切都将变得一团糟。

  暖空气开始上升至温度较低的区域,并慢慢凝结,继而产生阴暗沉重的雷雨云。在云的形成过程中,电荷会进行近乎疯狂的移动。如果你能看到 雷雨云的内部,你就会看见带正电的粒子聚束在顶部,而带负电荷的粒子堆积在底部。云中的负电荷太过强大,以致于它会将地面自然存在的负电荷排斥到地下深 处,为预示着雷暴降临的正电荷场留下了空间。

  最后,一旦相反的电荷达到其爆发点,闪电就将粉墨登场。不断积聚并储存的电最终劈开了在常态下是绝缘体的空气。被称为“先导”(leader)的负通道往下延伸到地面,而被称作为“回击”(streamer)的正通道则急速向上与负通道相遇。当它 们碰撞在一起时,剧烈的放电就通过两个通道上下燃烧。这些不同的电荷交换形式,在你看来就是闪电。当你惊奇地看着画廊上的照片时,你或许会庆幸自己不在室 外的那些雷暴之中。(翻译:胡家僖  审校:张奕林)

责任编辑:tongpu

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