雷電產(chǎn)生的科學(xué)原理是什么
雷電在下雨天的時(shí)候經(jīng)�？梢钥匆�(jiàn)，然而大部分的人都會(huì)想要知道雷電是怎么產(chǎn)生的。下面為您精心推薦了雷電產(chǎn)生的科學(xué)原理，希望對(duì)您有所幫助。
雷電的科學(xué)原理
雷電是雷雨云中的放電現(xiàn)象。形成雷雨云要具備一定的條件，即空氣中要有充足的水汽，要有使?jié)窨諝馍仙膭?dòng)力，空氣要能產(chǎn)生劇烈的對(duì)流運(yùn)動(dòng)。春夏季節(jié)，由于受南方暖濕氣流影響，空氣潮濕，同時(shí)太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈，近地面空氣不斷受熱而上升，上層的冷空氣下沉，易形成強(qiáng)烈對(duì)流，所以多雷雨，甚至降冰雹。 而冬季由于受大陸冷氣團(tuán)控制，空氣寒冷而干燥，加之太陽(yáng)輻射弱，空氣不易形成劇烈對(duì)流，因而很少發(fā)生雷陣雨。但有時(shí)冬季天氣偏暖，暖濕空氣勢(shì)力較強(qiáng)，當(dāng)北方偶有較強(qiáng)冷空氣南下，暖濕空氣被迫抬升，對(duì)流加劇，就會(huì)形成雷陣雨，出現(xiàn)所謂“雷打冬”的現(xiàn)象。
氣象專家還說(shuō)，雷暴的產(chǎn)生不是取決于溫度本身，而是取決于溫度的上下分布。也就是說(shuō)，冬天雖然氣溫不高，但如果上下溫差達(dá)到一定值時(shí)，也能形成強(qiáng)對(duì)流，產(chǎn)生雷暴。冬打雷在中國(guó)很少見(jiàn)，但在加拿大多倫多的冬天就經(jīng)常出現(xiàn) 空氣極不穩(wěn)定的時(shí)候，容易發(fā)生強(qiáng)烈的向上對(duì)流運(yùn)動(dòng)，而形成高聳的積雨云，云中充滿上上下下奔竄的水汽，就會(huì)產(chǎn)生靜電，云的上端會(huì)產(chǎn)生正電荷，云的下端會(huì)產(chǎn)生負(fù)電荷，地面又是正電荷，那么，正、負(fù)電荷之間有空氣作為絕緣體，若正、負(fù)電荷間的電壓差，大到可以沖破絕緣體的空氣，使空氣在瞬間膨脹爆炸、發(fā)熱發(fā)光，發(fā)光就是閃電，膨脹爆炸發(fā)出巨大聲響就是打雷。
雷電的含義
水滴破裂效應(yīng)：云中水滴在高速氣流中作激烈運(yùn)動(dòng)，分裂成一些帶負(fù)電的較大顆粒和帶正電的較小顆粒，后者同時(shí)被上升氣流攜帶到高空，前者落在低空，這樣正負(fù)兩種電荷便在云層中被分離，這也就是造成90%的云層下部帶負(fù)電的原因。
吸電荷效應(yīng)：由于宇宙射線或其它電離作用，大氣中存在正負(fù)離子，又因?yàn)榭臻g存在電場(chǎng)，在電場(chǎng)力的作用下正負(fù)離子在云的上下層分別積累，從而使雷雨云帶電，又稱感應(yīng)起電。
水滴凍冰效應(yīng)：水滴在結(jié)冰過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生電荷，冰晶帶正電荷，水帶負(fù)電荷，當(dāng)上升氣流把冰晶上的水分帶走時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致電荷的分離，而使雷雨云帶電。
溫差起電效應(yīng)：實(shí)驗(yàn)證明在冰塊中存在著正離子(H+)和負(fù)離子(OH-)，在溫度發(fā)生變化時(shí)，離子發(fā)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)并相互分離。積雨云中的冰晶和雹粒在對(duì)流的碰撞和摩擦運(yùn)動(dòng)中會(huì)造成溫度差異，并因溫差起電，帶電的離子又因重力和氣候作用而分離擴(kuò)散，最后達(dá)到一定的動(dòng)態(tài)平衡。
至于到底是由哪種效應(yīng)，或者哪幾種效應(yīng)共同作用的結(jié)果，科學(xué)界尚無(wú)定論，并且分歧很大。
目前，科學(xué)上的幾種解釋雷雨云帶電的理論，都是從物理角度入手，來(lái)解釋云是如何帶電這個(gè)物理現(xiàn)象的。至于到底是由哪種效應(yīng)，或者哪幾種效應(yīng)共同作用的結(jié)果，科學(xué)界尚無(wú)定論，并且分歧很大。
雷電的產(chǎn)生效應(yīng)
紫外線光解水帶電效應(yīng)：中國(guó)科學(xué)家的新觀點(diǎn)，從光化學(xué)反應(yīng)角度來(lái)解釋這個(gè)物理現(xiàn)象：雷雨云帶電，是由于高空中的云朵受到<258nm的紫外線照射，發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)而伴隨產(chǎn)生的一個(gè)物理現(xiàn)象。
雷雨云中電荷產(chǎn)生的類似臭氧層中臭氧產(chǎn)生的原理。雷雨云的空間分布大約在1000米—10000米的高空，云團(tuán)內(nèi)部的主要物質(zhì)為水(H2O)，隨著溫度和氣壓的不同，云中的水分為固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)，水的化學(xué)鍵為H—O—H,氫氧鍵的鍵能為463/(kJ/mol)=4.8ev(E=1240/λ),即波長(zhǎng)<258nm的紫外線就能夠?qū)溲蹑I激發(fā)斷裂。
化學(xué)方程式為：H2O+hv(<258nm紫外線)→H+和OH-。
H—OH在被波長(zhǎng)<258nm的紫外線照射激發(fā)時(shí)，原子鍵斷裂的`那一瞬間，H粒子奪取電子的能力遠(yuǎn)弱于OH，所以，在斷裂時(shí)，H粒子失去電子變?yōu)镠+，OH奪得電子變?yōu)镺H-(臭氧層中，氧氣分子鍵被紫外線照射激發(fā)斷裂時(shí)，由于兩個(gè)氧原子奪取電子的能力相同，不存在帶電的問(wèn)題)。
云團(tuán)中的H+、OH-是極不穩(wěn)定的(原因與臭氧層中O原子不穩(wěn)定道理類似)，它們會(huì)迅速的與周圍的粒子發(fā)生反應(yīng)形成穩(wěn)定的粒子。有如下三種情況：
(H+)+(OH-)=H2O(電量中和)
(H+)+(H+)→H2+(帶正電)
(OH-)+(OH-)→H2O2-(帶負(fù)電)
帶正電荷的H2、H由于比重(密度)遠(yuǎn)遠(yuǎn)輕于云團(tuán)中的水蒸氣(周圍環(huán)境)，它會(huì)迅速的向云朵的上方運(yùn)動(dòng)，并且一邊運(yùn)動(dòng)一邊將自身的正電荷帶到云朵的上方(導(dǎo)致云朵上方帶正電)。
帶負(fù)電荷的H2O2由于比重(密度)重于云團(tuán)中的水蒸氣，它也會(huì)迅速的向云朵的下方運(yùn)動(dòng)，并且一邊運(yùn)動(dòng)一邊將自身的負(fù)電電荷帶到云朵的下方(導(dǎo)致云朵下方帶負(fù)電)。
最終結(jié)果是：
2H2O=H2+↑+H2O2-↓(<258nm紫外線照射條件下)
2H2O2=2H2O+O2(過(guò)氧化氫在自然界中極不穩(wěn)定)
最終結(jié)果，使得云朵的上方顯正電，下方顯負(fù)電。
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