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雷电及其产生的效应(2)

高兴龙 2007年06月20日 11:09

  (5)闪电的热效应和机械效应

  雷电击中地面物体,雷电电流产生焦耳—楞次热效应。虽然电流峰值很高,但作用时间很短,只能产生局部瞬时高温,可以使较小体积的金属熔化,对于大面积的金属,则其破坏作用就有限了。
 
 
  有些雷电的半峰值时间较大,则容易造成树林或木结构物的高温燃烧起火。 另一种情况是闪电流过击中物的途径中,物体的焦耳—楞次热效应导致物体内的水分剧烈蒸发、产生气体,气体膨胀的机械作用可使树木劈裂、房屋破坏、器物爆裂爆炸等。在20世纪以前,雷灾主要都是闪电的这两种物理效应所致。20世纪80年代以后, 逐渐发现闪电的其他物理效应造成的祸害增多,但是闪电的热效应和机械效应造成的灾祸仍非常严重,不容轻视,许多新技术设备受损,特别是微电子技术的产品,如大规模和超大规模集成电路接口和模块的损坏,归根到底,仍是雷电电流的热效应所致。

  (6)闪电产生的高电压

  在富兰克林发明避雷针以前,房屋建设的损坏主要是起因于闪电的热效应和机械效应。但是由于雷电电流很大,常常还会在一些线路上产生高电压,在20世纪以前,这一物理效应产生的灾祸很不引人注意,20世纪之后由于电力和电信事业的迅猛发展,架空导线的大范围布设,雷电电流产生的高压的成灾概率极大地增长,它直接导致电气设备的损坏、人身事故。而且这种高电压产生的电火花造成可燃性气体的爆炸起火,其灾祸面迅速扩大,有些还是避雷针的设置不妥造成的。因此,闪电的这一物理效应已成为现代防雷工作特别重视的对象了,不容许对它有丝毫的疏忽大意。

  (7)闪电的静电感应效应

  雷雨临空,裸露的金属板物(如金属屋顶)由于静电感应而带上与积雨云下端电荷异号的电荷,这时屋顶金属面与积雨云间可组成一个电容器,电力线从云中电荷指向金属屋面,或者相反。 这个电场对电容器外的地面物可以说作用很微弱,金属屋面所带的电荷是被束缚住的。但是积雨云一旦放电,对附近地区落雷,积雨云下端的电荷消失,这时金属屋顶面的电荷 就可以自由移动,它的电力线就从金属屋面指向四周地面物,它与地面物之间的电场就可以产生对地面物很高的电位差(即高电压) ,就可能产生闪络,这被称为二次雷效应。这种形式的雷击起因于静电感应,而被称为感应雷击。要减少这种雷害,就得迅速减少金属屋面的感应电荷,为此必须架设几条够粗的金属导体,把它与金属屋面焊接之后良好地接地,以泄放电荷。

  (8)闪电的电磁场效应

  强大的雷电产生静电场变化、磁场变化和电磁辐射,严重干扰无线电通信和各种设备的正常工作,是无线电噪声的重要来源,在一定范围内造成许多微电子设备的损坏,引起火灾,已是20世纪80年代之后雷电灾害的极重要的原因。但是另一方面,闪电产生的电磁场效应又是进行雷电探测的重要信息,由此可获知雷电电流、闪电电荷、闪电电矩以及云中电荷分布等各种闪电电学参量。此外,根据远距离闪电辐射的电场、磁场波形的观测,还可进行实用价值较大的雷电定位、监测和预警工作。

 


中国气象学会  
 
   
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