高空中的震撼强电

2019-09-18 08:24邱园园
科普童话·百科探秘 2019年8期
关键词:负电荷富兰克林避雷针

邱园园

“咔嚓!”闪电划出一条光亮的白线,狂风卷着豆大的雨点“噼里啪啦”急急落下,像一个巨人怒吼着敲击窗户……这是七八月份最常见的画面。就是现在,不管你享受着暑假里的旅行,还是宅在家里写作业,将近一千八百场雷雨,正在环绕着地球发作,每秒钟大约打出六百个闪电,其中有一百个打击在大地上!

闪电是什么?

“哗啦啦”,你可能要绝望地说:下雨啦,不能出去玩啦!这时,你可以透过窗子望向天空,注意看那些厚厚的云层,有一场盛大的“电荷追逐战”正在上演呢!暴风雨的云层,由于互相摩擦而产生电荷,云层顶部是正电荷,底部是负电荷;地面由于感应而产生正电荷,活像云层的影子。正负电荷互相吸引着(异性相吸,与磁场相似),但空气却是一种不良导体。地面的正电荷努力着:“我要上天去!”同时,云层底部负电荷的锯齿状触角也拼命射向大地,一次比一次更接近地面。最后,空气的阻力被克服,正负电荷沿着带电的空气槽形成一个巨大的电涌,从地面射向云层,产生一个耀眼的电火花——闪电产生啦!

闪电有多大能量?

可能你以为闪电没什么厉害的,只是一条耀眼的白线,但事实上,闪电释放出的能量,简直超乎人们的想象!

在闪电的能量中,有四分之三化成了热而消耗掉,它所产生的热,在闪亮的一瞬间可把周围的空气加热到30000℃的高温,相当于太阳表面温度的3-4倍(你能想象三四个太阳加在一起的温度吗?)剩余的四分之一,放出电压高达一亿伏特的电流,强度可达10万安培,若击中一棵大树,大树内的汁液就会立即高速沸腾,急速汽化,使大树爆碎。

雷声跑得慢

除了耀眼的电光外,雷电更让你害怕的,可能是那声突如其来的“轰隆”“咔嚓!”没错,闪电才不会安安静静地来呢!当强烈的电流在空气中通过时,沿途的空气会突然膨胀,推挤周围的空气,使空气产生猛烈的震动,形成很响的雷声。

虽然闪电与雷声几乎是同时发生的,但你总会先看到闪电,然后再听到雷声。这是为什么?原来,光的速度非常快(每秒钟能走30万千米),所以你可以立即看到闪电。但声音传播的速度就没那么快了(每秒钟能走340米)。当你看到闪电时,可以立即按住秒表计时,假如隔10秒听到了雷声,那么你就能测量出雷雨距离你约有3400米远。这是不是一项很酷的技能?

闪电的模样

你看见的闪电都是一个形状的吗?它们有的像树枝,有的像几条平行线,还有的像一团受惊的猫咪,闪电也是一个庞大的家族呢!

夏天最常见的闪电有推磨闪,还有锯齿状、分成几个枝杈的“锯齿闪”。两个枝杈好像同时到达地面的闪电,叫作“叉闪”。在两片云层之间打出的闪电,呈现一片宽宽的光区,叫作“片闪”。除此之外,还有两个重量级的“明星闪电”!

NO1. 球状闪电:也叫球闪、滚地雷,十分罕见。它像一团火球,有时还像一朵发光的盛开着的“绣球”菊花。球状闪电“喜欢”钻洞,有时候,它可以从烟囱、窗户、门缝钻进屋内,在房子里转一圈后又溜走,简直像幽灵一样行踪莫测。

NO2. 超级闪:威力比普通闪电大一百倍以上,放出的功率为一万亿或十万亿瓦特,比全世界所有发电厂的发电量总和还大得多。一九七八年,有一个超级闪打在纽芬兰的拜尔岛上,使八英里范围内的房屋格格作响,从村庄的所有墙壁出入口喷出蓝色的火焰。

如何躲避闪电?

说点儿让你头皮发麻的事儿吧:闪电的受害者有三分之二以上是在户外受到袭击。他们每三个人中有两个幸存,死者以在树下避雷雨的最多。历史上最惨烈的闪电,是1975年袭击津巴布韦乡村乌姆塔里附近一幢小屋的那一次,当时死了21个人。

为了保护你的安全,下面几招你可一定要记得!

1. 不要站在空旷的高地上或在大树下躲雨。

2.雷雨时不能用有金属立柱的雨伞,尽量穿雨衣、塑胶雨鞋。

3.摘下金属架眼镜、手表,如果在骑车要尽快离开自行车。

4.在室内离开照明线、电话线、电视线等线路。

5.在室外不要接打手机,不要靠近高压变电室、高压电线和孤立的高楼、烟囱、电杆、大树、旗杆等。

避雷针的发明

如果你走在路上仔细观察,会发现很多建筑上都有一个小东西,它长长的、尖尖的,像插在上面的一根针。它正是躲避雷击的大功臣——避雷针。避雷针的发明还有一个惊心动魄的故事呢!

1752年6月,富兰克林和他的儿子威廉一道,把装有一个金属杆的风筝放上高空。刹那,雷电交加,大雨倾盆。富兰克林和他的儿子拉着风筝线躲进一个建筑物内。此时,刚好一道闪电从风筝上空掠过,富兰克林的手上立即掠過一种恐怖的麻木感。他抑制不住内心的激动,大声呼喊:“我被电击了!我被电击了!”他用一串铜钥匙与风筝线接触,钥匙上立即放射出一串电火花。随后,他成功将风筝线上的电引入莱顿瓶中。

在费城风筝实验之后的当年,富兰克林就发明了避雷针:在建筑物的最高处立上一根2米至3米高的金属杆,用金属线使它和地面相连接,等到雷雨天气,雷电驯服地沿着金属线流向地下,建筑物就不会遭雷电了。

闪电也能“办好事儿”

如果你以为闪电是个“大反派”,只会办坏事儿,那可就大错特错了。

前面说,雷电会产生让人难以置信的高温,这种高温可以使空气中的氮和氧化合,随着雨水降至地面形成硝酸盐,是天然的氮肥。全球每年由雷雨“合成”的氮肥就有约20亿吨,相当于20万个年产1万吨的大型化肥厂的产量总和呢。

雷电交加时,空气中的部分氧气会被激变成臭氧。可别看到“臭”字就捏鼻子——稀薄的臭氧不但不“臭”,而且还能吸收大部分宇宙射线,不让过量的紫外线照射过来。

除此之外,闪电产生的高温可以杀死大气中20%以上的细菌和微生物,使空气变得更加纯净。

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