您现在的位置是:丽姿网 > 家居生活 > 家居生活
放电和闪电有什么不同
伟哥图文2022-11-16【美食美味】人已围观
闪电是一种放电现象,场面很壮观,你知道它的速度有多快?,下面一起来看看本站小编伟哥图文给大家精心整理的答案,希望对您有帮助
放电和闪电有什么不同1
闪电是云与云之间、云与地之间或者云体内各部位之间的强烈放电现象(一般发生在积雨云中)。一道闪电的长度可能只有数百米(最短的为100米),但最长可达数千米。闪电的温度,从摄氏一万七千度至二万八千度不等,也就是等于太阳表面温度的3~5倍。闪电的极度高热使沿途空气剧烈膨胀。空气移动迅速,因此形成波浪并发出声音。
事实上,和闪电的速度相比,雷声的速度简直是“弱爆了”,但是关于闪电的速度,学者和专家们一直没有得出比较确切的结果。很多人认为“闪电的速度就是光速,就是30万千米/秒”,而也有不少人表示不认同,并展开了激烈的争论。那么闪电到底有多快,它和光速是不是一回事呢?
这得从闪电的发生过程说起。在一次正常的闪电前,云里的电荷分布是这样的:云的上部以正电荷为主,中、下部以负电荷为主,底部有少量的正电荷。当正、负电荷的量达到一定的水平时,就会引起放电,这就是我们平常所见的闪电现象。闪电可以发生在同一块云的不同部位之间,也可以发生在云与云之间、云和地之间。发生在云和地之间的闪电称为云—地闪电。由于云—地闪电与我们人类的活动和生命安全密切相关,所以对它开展的研究也最多。
通过高速摄影仪器我们得知,一个完整的云—地闪电其实是由多次连续不断的放电过程组成,这些放电过程沿着同一条通道,如同海浪一样一波接一波,每两波的时间间隔仅有百分之几秒。每次放电一般包括先导和回击两个过程:先导主要是为闪电放电建立电离通道,相当于“铺路”;当先导很接近地面时,就像接通了一根导线,强大的电流以极快的速度由地面流至云层,这一个过程称为回击,约需70微秒的时间。如果云层还有足够的电量,就开始第二次的先导-回击放电过程。一次完整的云-地闪电过程持续时间约为0.2秒。
由于闪电是一种放电现象,所以它遵循一定的物理定律,它本身的速度受到空气电导率等很多因素的影响。有关学者通过对多个闪电精细的科学观测,发现闪电在不同的行进阶段速度有所不同,如闪电的先导过程的平均速度为1.5×105米/秒,约为光速的1/2000,而回击过程的速度远大于先导速度,为光速的1/10~1/3。美国能源部给出的闪电平均速度为1.45×108米/秒,大致为光速的一半。佛罗里达大学的学者通过研究,得出闪电的速度为1.0×105 ~1.4×106米/秒, 平均速度为4.4×105米/秒。虽然这些数据不一定十分准确,但是可以确定的是:闪电的速度远低于光速,同时又远高于雷声的速度。
放电和闪电有什么不同2
闪电是自然界中一种神秘而壮观的现象,人类对闪电的观测和记录由来已久。在《易经》中,公元前1078年发生了一次球状闪电,这是世界上最早的闪电记录。
长期以来,人们对雷电这种自然现象感到恐惧。事实上,我们所说的闪电包括闪电和雷电。1749年,富兰克林的风筝试验证明闪电只是大气中的火花放电现象。闪电通常由积雨云产生,并常伴有雷声。
雷电是常见的自然现象。虽然它们很常见,但一些关于闪电的数字却很有趣。
闪电有多快:并非3×108米/秒
通常,闪电的发生和结束都是在人们毫无准备的时候。因此,闪电给我们的印象是迅速而猛烈的。
战国时期的经典著作《六韬·龙韬·军势》对闪电速度的描述是:“疾雷不及掩耳,迅电不及瞑目。”,这句话也就是我们今天常说的“迅雷不及掩耳”的出处。话的来源。
从当代科学的角度来看,真正称得上“快”的是闪电,而非雷。雷声的本质是一种声波,在空中传播约340米/秒。闪电的速度远不是这个数量级。
关于闪电速度的具体数值,学者和专家还没有得出更准确的结果。许多人认为闪电的速度就是光速,即3×108m/s,但许多人并不认同,并就此展开了激烈的争论。那么闪电有多快?它和光速是一样的吗?
以云地闪电为例,分析了闪电的发生过程。据高速摄像机显示,一次完整的云地闪电实际上是由几个连续的放电过程组成的,这些放电过程遵循同一通道,像波浪一样,一波又一波,两波之间的时间间隔只有几分之一秒。每次放电一般包括先导和回击两个过程:先导过程主要为雷电放电建立一个电离通道,相当于“铺路”;当引燃闪电离地面很近时,就像连接电线一样,强电流以非常快的速度从地面流向云层。这个过程称为回程,大约需要70微秒。如果云中有足够的电,第二导联返回放电开始。一个完整的云地闪电过程持续约0.2秒。
根据以上分析,雷电是一种放电现象,遵循一定的物理规律。它的移动速度受许多因素的影响,例如空气的导电性,它与光速本质上是不同的。
通过研究得出,闪电的速度为每秒1×105—1.4×106米,平均速度为4.4×105米/秒。
通过对几次闪电的仔细科学观测,有学者发现,闪电在不同阶段的速度也不同。例如,闪电先导过程的平均速度为1.5×105m/s,约为光速的1/2000,而回击的速度远大于先导的速度,即光速的1/10~1/3。美国能源部的闪电速度是1.5×108米/秒,大约是光速的一半。
虽然上述数据不一定准确,但可以肯定的是,闪电的速度远低于光速,同时,远高于雷电的速度。
很多人之所以认为闪电的速度就是光速,是因为闪电把光速传递到我们的眼睛里,就把它当作闪电本身的移动速度。
雷声有多大——120分贝
一提到雷声,人们可能会马上想到“震耳欲聋”、“惊天动地”等字眼。人们经常用雷声来形容强烈而响亮的声音,如“雷鸣般的掌声”和“欢声雷动”。可以说雷声是自然界中产生的最大的声音之一。
那么,雷声有多大?
当闪电发生时,它会释放大量的光和热。沿途空气被强烈加热,水滴迅速蒸发,体积突然膨胀产生冲击波,使空气剧烈振动。这个时候发出的声音叫做“雷声”。雷声可达120分贝。这是什么概念?一分贝是人耳只能听到的声音,40-60分贝属于正常交谈的声音强度,当声音达到70分贝时,我们认为它非常嘈杂,开始损害听觉神经;而100-120分贝的声音比火车呼啸而过的声音大。如果一个正常人在这样高分贝的空间里停留1分钟或更长时间,你就会暂时失聪。因此,用“震耳欲聋”来形容雷声并不过分。
雷电有多频繁——14亿次/年
地球上闪电活动有多频繁?这不仅是我们想知道的,也是闪电研究的重点内容之一。多年来,许多专家学者采用了不同的方法和手段对数据进行估计,但结果并不一致。
在研究中,闪电的频率不仅是用雷暴日数来衡量的,还可以用闪电的一些数据来表征,如闪电频率(个数)、闪电密度等。早在1925年,就有专家通过分析雷暴日数据来估算全球闪电频率,人们普遍认为,世界上任何时候都有1800次雷暴,每秒大约有100次闪电。
近几十年来,雷电探测技术特别是卫星雷电探测技术的发展,为人们提供了以往地面观测中难以涉及的地区的雷电观测数据,从而对这一参数有一个更准确的估计:全球闪电频率约为每秒40~50次,全年共发生雷电约14亿次。在北半球,闪电最有可能发生在夏季,但在赤道地区,闪电在秋季和春季更为频繁。因为北极和南极地区雷暴很少,所以那里几乎没有闪电。
那么,世界上最频繁的闪电活动在哪里?
根据这项研究,闪电最活跃的地区是非洲的刚果盆地。由于靠近赤道,地表热量充足,空气对流频繁,常年有雷雨。
有关学者得出结论,世界上闪电活动最频繁的地区是非洲卢旺达,那里的最大闪电密度为每平方公里每年80次。然而,从2004年到2005年,刚果共和国东部的一个小山村基夫卡村打破了上述纪录,成为世界上最频繁的闪电点。该镇距赤道仅300公里,海拔975米。闪电的密度是前所未有的。一年中,每平方公里有158次闪电。
闪电有多强:比太阳表面热4倍
闪电的放电过程非常短,一般为50-100微秒(1微秒等于1百万分之一秒),可以说瞬间完成。脉冲电流平均值高达30000安培,最大电流可达300000安培。这种强电流产生的交变磁场的感应电压可以达到1000-10亿伏。当电荷中和后,释放出大量的光和热,并立即将周围的空气加热到3万摄氏度,是太阳表面温度的5倍。
一次雷击所产生的能量足以让一辆普通汽车行驶290-1450公里,这就可以提供一个家庭将近一年的用电总和。当然,雷电的电功率虽然很大,但由于放电时间短,雷电电流的电功率并不大。
然而,遗憾的是,正是因为闪电经常在瞬间发生,而且闪电的方向很难预测,所以现代技术无法收集和利用闪电的力量。
遭雷击概率有多少——175万分之一
由于其强电流、高温高温、强电磁辐射和剧烈冲击波等物理效应,闪电能在瞬间产生巨大的破坏。一旦人们被它击中,就会有致命的后果。
全世界每年有4000多人遭受雷击,平均来说,被雷击的概率并不高,大约是175万分之一。但是,我们不应该忽视防雷。因为具体到不同的地区,人们被雷击的概率因地而异。例如,北美洲等国目前的人均雷击概率为60万分之一。
据有关统计,城乡遭遇雷电的概率存在明显差异。农民长期在农田等开阔地带工作。当闪电来临时,它们缺乏临时躲避场所,周围地势平坦。相对而言,人体的位置可能更高。农民对雷电的防护知识相对缺乏。城市职工在室内作业,城市建筑物的防雷措施相对完善,遭遇雷击的概率大大降低。
此外,遭遇雷击的概率也与性别有关。美国的一项研究表明,男性比女性更容易遭受雷击。这项研究分析了1995年至2018年间北美等国闪电死亡的数据,发现648名死者中有82%是男性。2019年完成的另一项研究得出了类似的结论。为什么男人比女人更容易受到闪电的伤害?美国气象学家给出的答案是,当雷雨发生时,男性往往会在雨中做一些危险的事情,比如打高尔夫球、踢足球等,而女性则更愿意呆在安全的地方避雨。
另外,某一地区居民雷击的概率与当地的生活习惯、文化水平、建筑结构等有一定的关系。
放电和闪电有什么不同3
文/FFjet
天空中耀眼的闪电大家一定都不陌生。通常,闪电以高达100兆伏的电压放电30千安培,在剧烈的高温作用下,闪电的内部,形成了我们今天的主角——等离子体。
↑看上去十分奇妙的等离子球↑
什么是等离子体?
等离子体是和固体、液体、气体同一层次的物质存在形式,它是由大量带电粒子组成的体系。在地球上,等离子体一般只存在于远离地表的电离层或闪电中,但是在整个宇宙中,我们目前已经知道的绝大部分物质(如各种星体及星体间的物质)都以等离子体形式存在着。
↑宇宙中等离子体无处不在↑
乍一看,等离子体和气体差不多,可是为什么说它是单独的一种物态呢?等离子体与固、液、气三态的组成最明显的不同之处在于,气/液/固三态都是由中性的分子或原子组成,而等离子体则由电子和离子组成。
当物质中的分子或原子电离后会产生大量的带电粒子,这些带电粒子可以在空间自由地运动和相互作用。虽然中性原子和带电粒子之间会频繁相互转化,但是电子和各种离子的数量大体不变,因此,等离子体的许多性质与固体、液体、气体显著不同,所以,人们往往称等离子体是物质在气/液/固之外的第四态。
等离子体为何神秘莫测?
在等离子体中,存在3种不同的力:热压力、静电力和磁力,这些力的存在会使等离子体内出现各种波动,例如声波、静电波、电磁波等等。而且等离子体中不同的带电粒子往往质量相差悬殊,导致它们对各种波动的响应不同。
简单说,你有很多种方法引起等离子体内部的变化,同时,等离子的内部并不是铁板一块,不同成分面对这些变化时的反应完全不同。显然,当复杂的刺激遇上了复杂的反应,最后的结果就是一团乱麻。
因此,一旦等离子受到外界力或者电磁波的扰动时,就会变得十分不稳定性。处于不稳定状态下的等离子体内部会出现各种螺旋、磁面撕裂、等离子体湍流等复杂的现象。
这种复杂的现象却可以让等离子体为我们所用,创造出性质独特的等离子武器。
正在研究中的等离子武器
01 等离子防空系统
1952年俄罗斯科学家提出等离子武器消灭高速飞行的小尺寸目标的反导防御概念。
这种反导防御系统利用射频波束或者激光波束在大气层中产生等离子体团,当目标进人等离子体团后,会因为在等离子体团中的高速非线性运动,产生不同于正常大气层中的运动力学关系而出现非正常的应力。这种应力会使目标自行解体。
现在,俄罗斯、美国等对此都有研究。
↑等离子防空系统↑
02 电离层等离子武器
电离层等离子武器可以通过射频波束对电离层进行局部加热 ,改变其状态,并在局部空间形成人工可控电离层,用于干扰通信和卫星或影响天气。
在这个过程中,还有可能利用局部人工可控电离层再产生新的低频波,通过这种低频波对地层的透射作用探测监视敌方的地下目标。
美国、俄罗斯、英国、挪威等国对此进行了长期研究。电离层武器的组成示意图如图所示。
↑电离层武器的组成示意图↑
03 等离子体隐身技术
等离子体隐身技术本身属有源隐身技术。它利用等离子体发生器、发生片或放射性核素在保护体表面形成一层等离子云,通过设计等离子体的特征参数(能量、电离度、振荡频率和碰撞频率等)使之满足特定要求,使照射到等离子云上的雷达波一部分被吸收, 一部分改变传播方向,从而达到隐身目的。
有时,机身表面的等离子云还能改变反射信号的频率,使敌雷达测出错误的飞机位置和速度数据,这同样可以实现飞机隐身的目的。
在苏联时期,机械制造科学生产联合体(NPO Mash)研制的3M25“流星”高超音速战略巡航导弹上就使用了等离子隐身系统。
↑使用了等离子隐身技术的3M25导弹↑
等离子体隐身技术具有很多优点:吸波频带宽、吸收率高、隐身效果好;使用简便、使用时间长、价格便宜;无须改变飞机的外形设计,不影响飞行器的空气动力性能;由于没有吸波材料和涂层,大大降低了维护费用。
然而,现在等离子体隐身也存在着技术上的许多困难,并没有在飞行器上被广泛地应用,或许它并不是很好的隐身选项。下次有机会时作者将再详细探讨一番。
此外,俄罗斯进行的风洞试验表明:利用等离子体隐身技术还可以减少飞行器飞行阻力30%以上,可大大提高飞行器的飞行速度。关于这一点,有机会作者也将详细介绍。
参考资料:
https://www.ucl.ac.uk/mssl/research/solar-system/space-plasma-physics/what-space-plasma
https://www.sohu.com/a/359276545_120055340
http://zjfb.17173.com/content/01032017/111250224.shtml
《现代电子对抗导论》 司伟建 等
《光电对抗原理》 沈涛
《飞行器隐身技术》桑建华
很赞哦! ()