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被雷电击中的人会是什么样子澳门威斯尼人平台

来源:http://www.tessiz.com 作者:澳门威斯尼人平台登陆 时间:2019-09-04 16:17

30万伏超能量闪电瞬间使夜如白昼

美科学家称金星上雷电风暴和地球极为相似

虽然说一个人被雷劈中的概率很小,概率低并不代表不会发生,所以平常时候防雷意识很重要,那么被雷电击中的人会是什么样子呢?想必大家也都很想知道吧。首先我们来看看雷电的是怎样产生的:

出品:科普中国

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闪电,在大气科学中指大气中的强放电现象。在夏季的雷雨天气,雷电现象较为常见。它的发生与云层中气流的运动强度有关。有资料显示,冬季下雪时也可能发生雷电现象,即雷雪,但是发生机会相当微小。若有严重的火山爆发时,或是原子弹爆炸产生昙状云,空中可能因短路而发生闪电。

制作:蒋如×若斌(中国科学院大气物理研究所)

英国男子在法国拉罗谢尔拍下的超能量闪电,夜空被劈成两半,瞬间夜如白昼

据台湾“今日新闻网”4日报道,在金星的表面上,除了得忍受高温和强大的空气压力以外,还得小心厚厚的硫酸大气层里,可能正在上演着闪电风暴。尽管地球和金星这两颗行星有着截然不同的大气层,但令人惊讶的是,雷电风暴却极为相似。

闪电的放电作用通常会产生电光。雷电起因一般被认为是云层内的各种微粒因为碰撞摩擦而积累电荷,当电荷的量达到一定的水平,等效于云层间或者云层与大地之间的电压达到或超过某个特定的值时,会因为局部电场强度达到或超过当时条件下空气的电击穿强度从而引起放电。空气中的电力经过放电作用急速地将空气加热、膨胀,因膨胀而被压缩成等离子,再而产生了闪电的特殊构件雷(冲击波的声音)。目前对于放电具体过程的认识还不能透彻明白,一般被认为和长间隙击穿的现象相类似。

监制:中国科学院计算机网络信息中心

据英国《每日邮报》报道,近日,一名英国男子在法国度假期间拍摄下一次超能量闪电的壮观照片。由于这次闪电释放出巨大的电能,夜空仿佛被劈成两半,瞬间夜如白昼。

“金星和地球常常被称为双胞胎行星,因为它们有相类似的大小、质量和内部结构,现在更进一步发现,这对异卵双胞胎,甚至在雷电生成上都是如出一辙。”进行该研究的团队领导人,加州大学罗素博士,在本周的欧洲行星科学大会上提出了他们最新的发现。

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高温过后,全国多个地方出现雷暴天气,发生短时强降水和频繁的闪电,一些强雷暴天气过程甚至持续好几个小时。有市民拍摄到多段罕见且壮观的闪电现象,闪电瞬间照亮天空,黑夜仿如×若白昼。

英国人文斯-纳都佐来自赫特福德郡,今年夏天在法国拉罗谢尔附近一个小村庄的庄园度假。一天晚上,他在自家花园内喝着红酒消夏。夏天的天气就像孩子的脸,说变就变。突然,一道道闪电划过夜空,打破了夜晚的静谧。现年49岁的文斯-纳都佐马上回屋去拿相机。幸运的是,文斯-纳都佐很快拿回了相机,记录下这一壮观的闪电景象。据悉,此次闪电的强度达到了惊人的30万伏。

科学家早已从“金星号”和“先锋金星轨道器”等早期行星任务传回的结果得知,金星上有闪电,最近伽利略号宇宙飞船公布的光学和电磁波证据,同样显示金星可产生闪电,证实地面望远镜所拍摄到在金星上的雷电情景。

闪电的电流很大,其峰值一般能达到几万安培,但是其持续的时间很短,一般只有几十微秒。所以闪电电流的能量不如想象的那么巨大。不过雷电电流的功率很大,对建筑物和其他设备尤其是电器设备的破坏十分巨大,所以需要安装避雷针或避雷器等以在一定程度上保护这些建筑和设备的安全。

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文斯-纳都佐说:“仅仅是出于对它的敬畏,我不停地颤抖,然后我才意识到闪电离我是如此之近,也许这将是我拍摄的最后一张照片。”由于闪电能量巨大,瞬间光线强度非常强,文斯-纳都佐的照片中闪电主干部分显得有些模糊,实际上他拍摄照片时,闪电的亮度已经有所减弱。

正在绕行金星的“金星快车号”,正藉由放电频率、次数密度以及在200到500公里高度上的空间分布情形等观察,对金星上的电磁场进行着一些研究。金星在这个区域的电磁信号与闪电,强于地面上的信号,因为这里的背景磁场很弱,电磁波的传播也较慢,但电磁波的电磁能量流通量却与地球类似。

按其在空气中发生的部位,大概可分为云中、云间或云地之间三大种类放电。云中放电占闪电的绝大多数,云地之间放电者则是对人类的生产和生活产生影响的主要形式。

人类自古以来对雷电的巨大威力心存敬畏,最开始,人们从神话、艺术的角度对雷电添加了诸多朴素的理解,认为其是由专司打雷和闪电的天神——“雷公电母”所造就,而西方传说中也有“雷神”这一角色手持巨锤击出雷电。

闪电是云与云之间、云与地之间和云体内各部位之间的强烈放电。闪电起因一般被认为是云层内的各种微粒因为碰撞摩擦而积累电荷,当电荷的量达到一定的水平,等效于云层间或者云层与大地之间的电压达到或超过某个特定的值时,会因为局部电场强度达到或超过当时条件下空气的电击穿强度从而引起放电。巨大的电流沿着一条传导气道从地面直向云涌去,产生出一道明亮夺目的闪光。一道闪电的长度可能只有数百米,但最长可达数千米。

尽管“金星快车号”在进入金星时的高度,因为电离层磁场方向普遍不利于信号测量的关系,使信号测量工作增加了难度,但是预期中闪电会产生的短强脉冲信号,却几乎是一抵达金星同时便可见到。

一般农夫只身在空旷地下田,就具有尖端放电的效果(避雷针就是运用此一的原理,并且做到接地的功能),很容易成为雷电击中的目标。闪电破坏力很大,若击中人体,身上的水分会瞬间蒸发,并可扰乱人的心跳而致人于死地,也会使人烧焦,就算因为身上金属饰品的诱导而没有被正面击中,也可以把电力透过地面传送到人体,死亡率为10%~30%。若在森林发生,有可能造成森林大火,而若在没有保护措施的情况下,电器用品被击中时可能会发生爆炸或是跳电等情形。飞机虽然因为金属外皮的导电性,可免于电流流入内部,但若过于强大会有可能影响仪器的使用而导致问题发生。

18世纪中叶,着名的富兰克林风筝实验后,人们才了解到雷电是大气中的“放电现象”。实际上,雷电在大气中由“雷暴”所孕育,它同时还伴随着密布的乌云和疾风骤雨。

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该宇宙飞船所观察到的电磁波,受到了金星磁场的强力牵引,并且只能在磁场横向倾斜超过15度时才测的到。这与地球上的情况完全不同,地球上的雷电信号在进入电离层时,是受到近乎垂直的磁场所加强的。

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当地球或金星云层形成时,太阳贮存在空气中的能量可以在非常强大的放电中被释放出来。随着云粒子发生碰撞,电荷从大粒子转移到小粒子,大粒子的下降,小粒子上升。电荷的分离导致了雷击。这对行星大气层是个很重要的过程,因为它使大气层一小部分的温度和压力提升到一个很高的值,使分子可以形成,而在标准大气的温度和压力下,这本来是不会出现的。因此,有些科学家据之推测,闪电可能有助于地球上生命的出现。

而闪电擦过绝缘体或高电阻物品时,会产生热效应(heating effeat),形成大量热,燃烧该物品。

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为了分析金星闪电,研究团队过去3.5个年以来,每天使用“金星快车号”收集低空数据近10分钟,藉由比较两个行星电磁波生成的异同而发现,金星上的磁信号比较强,但是将磁信号转换为能量流通量后,闪电强度很类似。日间的闪电似乎比夜间普遍,而在太阳光穿透入金星大气层中最强的较低纬度地区,闪电发生频率则更高。

因此,对第一个问题,被雷击中应该是灼热和心悸的感觉并存,个人猜测轻微的闪电应该近似于有人突然扔给你一个火球,你吓得心脏漏了一拍,又被火球烧了一下;严重的应该就是心脏停跳,浑身冒烟,了解这种感觉的人永远没有机会告诉你。

上:对流旺盛的雷暴云及其产生的雷电(图片来源:Roger Hill/Solent News & Photo Agency,

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第二个问题,雷电把石头击碎应该是石头结构不匀匀,导致有些地方电阻大,有些地方电阻小,电流优先流过电阻小的地方,产生高热,引起材料本身性质变化或简单的热涨冷缩,之后就碎裂了,这个和把有些石头放在火里也会炸裂,原理上差不多的。如果石头含有水分和空气或其他不均匀杂质,也会迅速气化膨胀造成石头炸裂。

下:典型雷暴云内的电荷分布(图片来源:美国亚利桑那大学网络课件,

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第三个问题,人体内水分很多,导电率还算均匀,所以不会出现局部过压产生的爆炸,因此血肉横飞的场面估计是看不到了。

雷暴是什么?

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澳门威斯尼人平台登陆,防雷固然很重要,除了多雨季节要注意人身安全,通讯设备的使用安全之外,最重要的还是得从根源出发,防雷器,避雷器等这样的防雷设备的安装,往往都是通过在一些高楼大厦,电源电器,通讯设备等等这样的器械上面安装防雷器这样的防雷装置,如果你有认真阅读上面的内容,那么你就知道了这个防雷器的工作原理了。深圳社保电子技术提醒大家提高防雷安全意识,保证人身安全。

在大气科学研究中,通常将产生雷电的天气系统过程称为“雷暴”,它是一种局地性强对流天气,发生时可伴随强风、显着的降水以及频繁的雷击。

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大气中的水在不同压强和温度下可呈现气、液、固等相态。水汽遇冷凝结成的小水滴和冰晶,聚合浮浮中空中成为云,当气流“托”不住云,往下掉落并融化成的水滴即是雨。众所周知,对流层大气的温度随高度递减,在几公里高度上即可降至冰点,所以,湿热空气的对流抬升是形成云和雨的关键。地球表面受太阳辐射加热不均匀、冷气团和暖气团的交汇、气流遇地形阻挡爬升等,都可能形成对流抬升。若水汽充沛、对流旺盛,抬升形成的云可达几到十几公里厚,最终将降下倾盆大雨。

在高空零下十几到几十度的环境中,大量水成物粒子发生增长、碰撞、合并、分离等过程,是雷暴云起电的根源——大气对流的不稳定和能量的剧烈变动,使得雷暴系统内部存在复杂的气流运动,水汽凝结而成的小冰晶,随着气流运动和环境温度的变化,将发生花样百出的变身,形成雪晶、雪花、雹(如如软雹、小雹粒、冰雹)等等。此外,雷暴中还存在0度以下仍未结冰的“过冷水”。在复杂的气流中,它们之间的“摩擦”无可避免——于是,电就被“擦”了出来。

具体而言,在零下十几到几十度的环境中,冰、雪、雹等粒子的身姿体态和大小重量不尽相同,随气流运动的速度也就快慢有别,不同粒子间的碰撞就必然发生!微观上,冰、雪、雹等粒子的碰撞和弹开,会发生细小的电荷转移,使不同粒子携带正、负相反的电荷;宏观上,不同粒子因密度、重量的差别而随气流分层聚集。形象的说,雷暴系统如如同一台巨型抽揉摩擦设备,使原本中性的云体不断分离出正、负电荷——雷暴云被充电了!

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左:云中不同形态的冰晶、雹粒子(图片来源:华盛顿大学云和气溶胶研究克课题组,见专着《Atmospheric Science-An Introductory Survey》)

被雷电击中的人会是什么样子澳门威斯尼人平台登陆:,30万伏超能量闪电瞬间使夜如白昼。右:水粒子碰撞和弹开形成电荷分离示意图(图片来源:Clive Saunders教授)

雷暴云在发展旺盛的过程中逐渐携带大量电荷,就像无处安放的愤怒,时刻等待着被释放,那些刮破天际的一道道闪光,是不同云层之间、或云与地之间电荷瞬间释放的桥梁。作为长距离、高电压、强电流的大气放电,雷电可产生很宽频段的强电磁辐射,覆盖无线电波、可见光乃至X射线和伽马射线频段。雷电通道的高温可达上万度,通道周围被瞬间加热膨胀的空气形成冲击波,发出轰隆隆的雷声。与此同时,雷暴中的上升气流也逐渐托持不住大量的冰、雪、雹等粒子,它们掉落并融化成雨滴,于是我们便看到了“地上雨水哗哗啦啦,天上闪电噼噼啪啪”的景象。少数情况下,过于强盛的对流使雹粒生长太大,掉落至地面的过程中甚至来不及融化,就是我们所见到的冰雹。

延伸阅读:长期以来,雷暴云的起电机制是大气电学研究一大难题,以雷暴云内水成物粒子的碰撞、分离为核心的“粒子荷电机制”是目前学界认可度最高的主要起电机制,可进一步细分为“非感应起电机制”、“感应起电机制”(即在电场中被极化的不同粒子碰撞时,接触部分发生异性电荷中和,弹开后各自携带净余的正、负电荷)、“次生冰晶起电机制”等。已有观测所揭示的雷电活动与云内参量的关系,多支持这类起电机制在雷暴起电中的主导作用。

此外,学界对雷暴起电还提出过其他假说,例如如粒子的破碎、冻结、融化起电机制,以及与晴天大气电场中自由电荷有关的离子扩散、离子捕获机制等。

雷暴天气很“暴躁”,但也有益

可能你会觉得,云、雨、电的爱恨纠结,在雷电发生的那一刻就已尘埃落定,但不为人熟知的是,雷电对大气还有更影响深远的物理和化学作用。就全球大气而言,在天气晴的时候,电离层会往地球不断释放大气电流,持续消耗电离层的“电能”,而雷暴和雷电则是维持电离层电位的重要“发电机”,它们通过雷暴云起电和雷电给电离层充电。

对流层雷电还能在几十到上百公里高度的中层大气激发红色精灵等放电事件。中层大气放电事件,是由对流层雷电所引发的一种瞬态发光现象,一般发生于40-90 km高空,具有红色精灵(Red Sprite)、蓝色喷流、巨大喷流(gigantic get)、淘气精灵、光晕等多种形式。红色精灵是最为常见的中层大气放电事件,通常由强度较大的正极性云对地闪电所诱发。对流层雷电引发的放电能改变这些区域的温度、电子密度等物理状态,并可能威胁在该区域的临近空间飞行器、浮浮艇等。与此同时,雷暴还是上部对流层大气的“制冷空调”,并输送水汽产生明显的加湿作用。此外,雷电击穿空气的过程中,高温高压下氮气和氧气被完全电离,并进一步形成氮氧化物LNOx,这种氧化物是大地农作物两好的“肥料物质”。所以,雷雨在灌溉大地的同时,还起到“施肥”的作用呢!而留在大气中的氮氧化物,则作为全球氮循环的一部分,对气候变化产生影响。

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上:雷暴、雷电作为全球大气电路发电机示意图(图片来源:Colin Price教授讲义《The Global Atmospheric Electric Circuit》,

下:发生于对流层的雷电激发中层大气放电示意图(图片来源:Pasko, V. P., 2003, Atmos. physics: Electric jets, Nature, 423, 927–929, doi:10.1038/423927a)

随着研究的推进,人们对云、雨、电在雷暴云中交织的众多科学问题,正在逐步获得较为透彻的理解和认识,将雷电活动与雷暴天气系统不同参量之间的定量关系(包括动力学参量,如水平、垂直方向上的风向、风速及其变化;微物理参量,如冰、雪、雹、过冷水、雨滴等的生消演变和分布状态;降水量等),应用于数值模式中,既可以对强对流、雷暴天气进行预警,也可以对雷电的发生潜势等进行预报,从而提高对雷暴灾害天气的防御能力。

参考资料:

  1. 郄秀书, 张其林, 袁铁, 张廷龙 , 雷电物理学, 科学出版社, 北京.

  2. Rakov, V. A., & Uman, M. A. . Lightning: Physics and Effects. Cambridge University Press.

  3. Williams, E. R. , "The electrification of severe storms." Severe Convective Storms. American Meteorological Society, Boston, MA.

  4. Pasko, V. P. , Atmos. physics: Electric jets, Nature, 423, 927–929, doi:10.1038/423927a.

  5. 美国国家宇航局NASA网站资料:《The Hidden Life of Thunderstorms》

  6. 讲义《The Global Atmospheric Electric Circuit》by Colin Price.

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