雷电 - 全界百科

雷电（英文名:Thunderand lightning）俗称闪电。是雷暴天气条件下发生在大气中的一种瞬时大电流、高电压、强电磁辐射、长距离的放电现象。其放电长度大于1km，典型长度为5一10km，最长的可达100km。

雷电除偶尔出现在雪暴(一种大风雪的天气现象 )、沙暴(大风吹得黄沙蔽日的天气现象)和火山爆发等特殊条件下外，最经常的是出现在夏季的雷暴天气中。这时巨大的云体内电光闪闪，雷声隆隆，并时常伴随大风大雨，甚至夹杂着冰雹。雷电最常见的是枝状雷电和片状雷电。此外，还有还有一种很罕见的球状闪电。雷电发生的时间和地点是随机的和不可控，其次雷电强度也具有偶然性和单一性。

全球每年因雷电导致的火灾、爆炸等事故频繁发生，因雷击干扰而导致的电力系统、通信系统、雷达天线等故障或失效的情况也屡见不鲜。计算机网络乃至每个家庭的家用电器都有可能遭受雷电的威胁。中国已发布实施国家标准《雷电灾害应急处置规范》、气象行业标准《防雷安全标志》等，除了各具特色的防雷措施、雷电监测、检测手段外，科研人员还在可控的前提下，主动去捕捉雷电。如中国气象局雷电野外科学试验基地持续多年开展人工引雷试验，以研究雷电发生发展的物理过程和雷电放电的电磁效应。

研究历程

中国研究

东汉的王充在《雷虚篇》中就对雷电是“天惩”“天怒”之说进行过反驳，并指出雷电发生的频率和太阳辐射的季节性变化有着密切关系。中国很多古建筑在建造之初也会结合当地地理环境、土壤性质、气候条件等考量建筑物的避雷方式，如在亭阁的顶端、殿堂建筑屋顶上的正吻等最易受雷击的地方架设雷公柱。明代刘基说得更为明确气困于阴，必迫，迫极而进，进而声为雷，光为电。”可见，当时已有人认识到雷电是同一自然现象的不同表现。《南齐书》中有对雷击的详细记述刹上四破，电火烧塔下佛面，而窗户不异也。”即强大的放电电流通过佛面的金属膜，金属被融化。而窗户为木制，仍保持原样。宋代沈括也描写过雷电的自然效应。中国古代对雷电现象有很丰富的记载，尽管都偏重于观察、说明和解释现象，在用实验来证明自己的看法方面无杰出建树。但是，这些思想中的反迷信因素和科学成分对后世产生了深刻的影响。

外国研究

18世纪，在西方，人们对静电现象的研究已从定性观察向定量计算方面发展。先后有人发明了摩擦起电机和贮存电荷的莱顿瓶。美国科学家本杰明·富兰克林用莱顿瓶做的第一个重要工作，是发现了两种不同符号的电荷，并起名为“正电”和“负电”。他的另一个重要工作是统一了“天电”和“地电”。 1749年，富兰克林在大量实验的基础上证明了雷电和电火花具有同样的特征:都是瞬时的。1752年5月，在法国巴黎近郊，德里巴尔德第一个成功地完成了富兰克林设计的实验。在雷暴期间，电火花在铁棒与接地导线尖端之间出现了，这一现象充分证明雷雨云带电。不久之后这项实验先后在法国、英国和比利时重复，都获得了成功。 1752年，本杰明·富兰克林做了一个风筝与雷电的实验。他和他的儿子在一个风雨交加的夜晚，把一个装着金属杆的风筝放到了天空中，当他手中的风筝线传来了一阵酥麻感的时候，富兰克林发现他已经成功将云中的雷电引到了一个叫作莱顿瓶的装置中，并发现雷电与摩擦产生的静电有同样的性质。 1752年10月，他发表了实验结果，非常明确地指出“雷就是电”。

产生机制

形成条件

雷电除偶尔出现在雪暴(一种大风雪的天气现象)、沙暴(大风吹得黄沙蔽日的天气现象)和火山爆发等特殊条件下外，最经常的是出现在夏季的雷暴天气中。这时巨大的云体内电光闪闪，雷声隆隆，并时常伴随大风大雨，甚至夹杂着冰雹。这种产生雷电的巨大云体，我们称之为雷雨云;而这种电闪雷鸣、风雨交加的天气就是雷暴或雷雨。雷暴的发展有三个重要条件:非常湿润的空气，不稳定的大气垂直分布状态以及近地面空气易于产生上升运动。炎热的夏季，蔚蓝的天空中常常点缀着朵朵馒头状的白云，气象上叫做淡积云。当存在上述条件时，淡积云会逐渐变高变大，在云顶可以看到不断翻滚的云泡，好像热锅里沸腾的开水，远远看去外形很像花椰菜 ,这就是浓积云。浓积云再进一步发展就成为积雨云。

形成过程

雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中，因此常伴有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷风。积雨云顶部一般较高，可达20千米，云的上部常有冰晶。冰晶的凇附、水滴的破碎和空气对流等过程，使云中产生电荷。云中电荷的分布具有复杂性。一般情况下，云体上部以正电荷为主，中下部以负电荷为主，底部局部区域可能存在小范围的正电荷区。随着电荷持续积累，云内不同区域之间及云与地面之间会形成极强的电场，进而在云的上、下部之间产生电压。当电场强度达到空气击穿阈值（约300万伏特/米）时，空气分子被电离，原本绝缘的空气转变为导电的等离子体通道，进而引发放电现象，这一现象即为常见的雷电。雷电的平均电流是3万安培，最大电流可达30万安培。雷电的电压很高，约为1亿—10亿伏特。一个中等强度雷暴的功率可达1000万瓦，相当于一座小型核电站的输出功率。放电过程中，由于闪道中温度骤增，空气体积急剧膨胀，从而产生冲击波，导致强烈的雷鸣。带有电荷的雷云与地面的突起物接近时，它们之间就发生激烈的放电。在雷电放电地点会出现强烈的闪光和爆炸的轰鸣声。这就是人们见到和听到的电闪雷鸣。

形成结构

产生频率

据统计，地球上平均每天大约发生800万次雷电。中国省会城市中有21个城市年平均雷暴日数在50天以上，最多的达134天。

主要特性

雷电发生的时间和地点是随机的和不可控，其次雷电强度也具有偶然性和单一性。在雷电产生的过程中，雷电通道周围的空气会产生热量，在不到1秒的时间内温度会升高至33000℃。在这般高温下，空气会产生爆炸性的膨胀并发出隆隆巨响，这也就是我们熟知的雷声了。因为光的传播速度是每秒30万千米，声音的传播速度是每秒340米左右，所以我们总是先看到雷电再听到雷声，而且我们可以通过看到雷电和听到雷声之间的时间间隔，来计算雷电离我们有多远。假如我们在看到雷电后的5秒钟听到雷声，那这个雷电与我们的距离就是声音走了5秒钟的距离，也就是大约1700米。

主要分类

雷电也有各种种类，最常见的是枝状雷电和片状雷电。

枝状雷电有耀眼的光芒以及很细的光线，整个雷电就像枝杈纵横的树枝一般，横向或纵向伸展着。这种雷电一般都是云与地面的较量（有时也出现在云与云之间），蕴含着极强的电流，会损伤树木、人体，要是它落到建筑物上还会损毁建筑物。

片状雷电看上去就像是藏在云彩中的闪光。这种雷电发生的时候，大片的云朵会被照亮。片状雷电经常是在雷电的强度逐渐减弱，降水趋于停止时出现，多数都是云朵之间的放电现象。

除了这两种，还有一种很罕见的球状闪电。这种雷电像一个火球一样，大小差别很大，有的直径十几厘米，有的却有几十米宽。球状雷电被称为“雷电中的幽灵螳螂 ”，它有时在空中慢慢游荡，有时候又静止在空中；它有时发出白光，有时又发出粉红色的光；有时它可以从窗户、门缝钻进屋内，在房子里转一圈后又溜走；有时它会发出“咝咝”的声音，然后一声闷响便消失不见，有时它又会发出微弱的噼啪声，然后不知不觉地消失。

闪电还可分为云闪（发生在云内、云间或云与空气之间的闪电）和地闪（云与地面之间的放电现象），二者比例约为3:1。

危害与影响

自然灾害

全球每年因雷电导致的火灾、爆炸等事故频繁发生，因雷击干扰而导致的电力系统、通信系统、雷达天线等故障或失效的情况也屡见不鲜。计算机网络乃至每个家庭的家用电器都有可能遭受雷电的威胁。雷电中蕴藏着巨大的能量，因此它们也具有非常强大的破坏力。要是雷电落在森林中，它能够将树木点燃，引发森林大火。要是发生在城市中，雷电可能会损害供电线路，造成大范围停电。要是雷电击中人体，人体水分会瞬间蒸发，也就是说人体会被烧焦。就算没有直接击中人体，只是击中人体周围或是身体上的金属物，雷电强大的电流也会让人心脏骤停，造成人员伤亡。据统计，中国每年因为雷电造成的人员伤亡数量达几千人。

在农村地区受到雷电灾害影响而造成的人员伤亡以及经济损失问题，远远高出城市，以中国国建德市农村地区的情况为例，其受到雷电灾害的影响较为频繁，其主要灾害表现为直接雷击或者旁侧雷击等，而使农村地区出现伤亡人员，尤其是随着时代的发展，各样电器设备的使用，农民对于电器了解过少，以至于受雷电灾害原因而造成的伤害也逐渐增加。

全球每年死于雷电的民众数以千计，牲畜不计其数。雷电袭击建筑物和公共设施的报道更是屡见不鲜。全球每年由雷电造成的经济损失是一个巨大的天文数字。仅在美国，平均一年中就有100人死于雷电，受伤者更多达数百人，财产损失达数百万美元。

雷电产生的静电场突变和电磁辐射，会干扰电视电话通讯，甚至使通讯暂时中断。铁路上的自动信号装置、导弹的遥控设备等，都会因雷电的静电场和辐射场的影响而完全失灵。尤其可怕的是，雷电对航空航天和军事的影响。飞行离不开气象条件做保障。飞机穿越雷雨区一般是很危险的。即使是一般的降水，也有可能遭雷击。

因雷电天气造成光伏电站受损的情况有以下几种：充电系统继续充电，放电系统却不能正常放电，使得蓄电池充电一直维持，充电过饱会导致蓄电池使用寿命缩短、容量下降，重则会引发爆炸，造成光伏电站受损和人员伤亡；充电系统持续放电，充电系统充电异常，不利于蓄电池储存电能，太阳光下的设备可以持续运行，光线不强或没有太阳光时，将会导致设备工作异常。

主要用处

雷电会制造氮肥，会给低层大气增加微量臭氧，起到消毒杀菌、净化空气的作用。雷电发生时，强大的电位差会增强植物的光合作用和呼吸作用，促进农作物缩短生育期、提高产量。雷电还有巨大的能量，但人类目前还无法对它的能量加以利用。

雷电是一种无污染的能源。雷电一次放电能达1亿~10亿焦耳。利用这种巨大的冲击力，可以夯实松软的基地，从而为建筑工程节省大量的能源。根据高频感应加热原理，利用雷电产生的高温，可使岩石内的水分膨胀，达到破碎岩石、开采矿石之目的。

雷电能治病。每场雷雨过后，空气中的气体分子在雷电场的作用下，会分离出带负电的负氧离子。研究人员测试表明，雷雨过后，每立方厘米空气中的负氧离子可达1万余个，而晴天里的闹市区，负氧离子仅几十个。实验表明，被称作“空气的维生素 ”的负氧离子，对人体健康很有利。医疗专家模拟雷雨的神奇作用，将负氧离子人病房，结果发现，当室内空气中的负氧离子与正离子的比例调控在9:1之时，对气喘、烧伤、溃疡以及其他外伤的治疗有促进作用:可使居室内细菌、病毒减少:同时对过敏性鼻炎、神经性皮炎、关节疼痛等病症均有一定的疗效。

保护措施

雷电击易发生的物体

1.缺少避雷设备或避雷设备不合格的高大建筑物、储罐等。

2.没有良好接地的金属屋顶。

3.潮湿或空旷地区的建筑物、树木等。

4.由于烟气的导电性，烟囱特别易遭雷击。

5.建筑物上有无线电而又没有避雷器和没有良好接地的地方。

保护

中国许多文物古迹也都有了更为安全有效的防雷措施。如北京故宫博物院从1955年起大部分建筑物安装上了避雷针与避雷带；八达岭长城保护段2014年“种上”了12棵仿真树避雷针，用以保护游客在长城上免受雷击。中国已发布实施国家标准《雷电灾害应急处置规范》、气象行业标准《防雷安全标志》等，除了各具特色的防雷措施、雷电监测、检测手段外，科研人员还在可控的前提下，主动去捕捉雷电。如中国气象局雷电野外科学试验基地持续多年开展人工引雷试验，以研究雷电发生发展的物理过程和雷电放电的电磁效应。同时，该基地还与南方电网公司、南京信息工程大学等多家单位合作开展雷电物理、雷电探测和雷电防护等方面的观测试验与研究。

措施

首先在雷雨天，我们要尽量避免外出，待在安全的室内，并且远离窗户、阳台这样靠近户外的位置，最好还能关闭家中电器的电源、拔掉插头，防止雷电沿着电线进入家中。其次，如果你刚好身处户外，发生雷电时要立即俯下身体，降低自身的高度。或者更保险的是，尽快躲避到建筑物或汽车内。无论如何，记住千万不要躲避到树下或广告牌、电线杆等容易导电的高大物体周围。最后，雷雨天在户外不要使用手机、收音机等会引来雷电的电子设备。

当发生雷击后，应立即将被雷击者送往医院。如果当时被雷击者的呼吸、心跳已经停止，抢救者应立即就地做口对口人工呼吸和胸外心脏按摩，积极进行现场抢救。此时，千万不可因要把被雷击者急着送去医院而不作抢救，由此会贻误抢救时机而致患者死亡。在送往医院的途中，仍应继续进行人工呼吸和胸外心脏按摩，直至患者呼吸、心跳恢复。此外，要注意给病人保温。若患者有狂躁不安、肌肉痉挛抽搐等症状，抢救者要为其作头部冷敷。对患者有电灼伤的部位，在急救条件下，只需保持其干燥或包扎即可。

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