于鵬翔

最近天氣越來越熱了。俗話說，“6 月的天，小孩兒的臉，說變就變”，剛剛晴空萬里，不一會(huì)兒就陰云密布，再過一會(huì)兒就電閃雷鳴、傾盆大雨。夏天是各種強(qiáng)對(duì)流天氣經(jīng)常發(fā)生的季節(jié)，比如暴雨啊，冰雹啊，還有很多同學(xué)會(huì)害怕的打雷和閃電。電閃雷鳴到底是怎么回事呢？

雷是雷，電是電

雖然我們常把雷電連在一起說，但是雷和電并不是同一種東西。一般我們說的雷是在云層放電之后，產(chǎn)生的隆隆的雷聲；而電指的是閃電，這是一種在大氣層中發(fā)生的放電現(xiàn)象。先有電，后有雷。這么說來，《復(fù)仇者聯(lián)盟》中的雷神托爾能夠控制閃電，用閃電來攻擊敵人，他應(yīng)該叫作電神托爾。

那這個(gè)電閃雷鳴的天氣現(xiàn)象到底是怎么來的呢？你先回憶一下：每次電閃雷鳴是不是都在陰云密布、大雨傾盆的時(shí)候？閃電的秘密就藏在云中。在夏天天空中各種各樣的云里，有一種云叫作積雨云。夏天天氣炎熱，沒有遮擋的地面會(huì)被太陽(yáng)烤得非常炙熱，這些地方的空氣被加熱，上升，產(chǎn)生特別強(qiáng)烈的上升氣流。在上升的過程中，空氣中的水汽逐漸凝結(jié)，就形成了體積巨大的積雨云。

發(fā)展旺盛的積雨云中常常伴隨著閃電?閃電的形成（+表示正電荷，-表示負(fù)電荷）

在積雨云長(zhǎng)大的過程中，云層的頂部逐漸充滿了正電荷，而云的底部充滿了負(fù)電荷——這時(shí)候飄在天空中的積雨云就像是蘊(yùn)藏了巨大電能的超大型電池。云底部的大量負(fù)電荷會(huì)直接改變下方大地的帶電情況——這里的大地會(huì)充滿正電荷。于是在云層和大地之間就形成了強(qiáng)大的電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)內(nèi)部的電壓可以達(dá)到數(shù)百萬甚至上億伏特。相比之下，我們城市里輸電線路中的電壓只有區(qū)區(qū)幾萬伏。

空氣本來是電的不良導(dǎo)體，但是在這樣強(qiáng)大的電場(chǎng)控制下，它也變得能夠讓電通過了。這時(shí)候云層的底部會(huì)向地面發(fā)出一股“先導(dǎo)閃電”。這道閃電并不亮，但是速度很快，它會(huì)在千分之一秒的時(shí)間內(nèi)向下前進(jìn)幾十米，然后消失，而下一股“先導(dǎo)閃電”在已經(jīng)打通的通道中繼續(xù)向下前進(jìn)幾十米，然后消失……在這一股股的“閃電先頭部隊(duì)”的蠶食下，最終從云層到地面的通道被打開，空氣的導(dǎo)電能力大大增強(qiáng)，大量電能會(huì)順著這個(gè)通道迅猛直下，形成一道耀眼的巨大閃電。這個(gè)通道一旦打開，后面的閃電也就沿著通道一次一次地向下釋放能量，我們就看到了天空中一道道接連不斷的閃電。直到云層中的電量消耗殆盡，閃電才會(huì)結(jié)束。

怎么計(jì)算閃電離你有多遠(yuǎn)？

在閃電產(chǎn)生的過程中，會(huì)使閃電通道周圍的空氣產(chǎn)生熱量——在不到1 秒的時(shí)間內(nèi)，溫度會(huì)升高到33000℃。在如此高溫下，空氣會(huì)爆炸性地膨脹并發(fā)出聲音。當(dāng)這個(gè)聲音傳到我們耳中，我們就會(huì)聽到轟隆隆的巨大雷聲。因?yàn)槁曇舻膫鞑ニ俣缺裙馑僖?，所以我們總是先看到閃電，再聽到雷聲。但也因?yàn)檫@樣，我們可以通過計(jì)算看到閃電和聽到雷聲之間的時(shí)間間隔來判斷閃電離我們有多遠(yuǎn)。

光每秒可以走30 萬千米，但是聲音每秒只能走340 米左右。閃電幾乎是在產(chǎn)生之后我們立即就能看到，假如我們?cè)诳吹介W電5 秒之后聽到雷聲，那這道閃電距離我們就是5 秒乘以340米/ 秒，大約是1700米。

雷聲可以幫助我們判斷閃電到我們這里的距離

我們平時(shí)常說“打雷要下雨”。這是因?yàn)樾纬衫纂娦枰薮蟮?、生長(zhǎng)迅速的積雨云，而這樣的云中水汽含量非常充足，這些水汽在高空冷卻就會(huì)形成降水。但有時(shí)候也會(huì)遇見“光打雷不下雨”的情況，其實(shí)這時(shí)候并不是不下雨，而是有可能你那里沒下雨。因?yàn)槔子晏鞖饨?jīng)常是一種局部的強(qiáng)對(duì)流天氣，如果你在這場(chǎng)雷雨的影響范圍之外，但又沒離得太遠(yuǎn)，就會(huì)只聽得到雷聲，而見不到下雨。

花樣閃電

閃電是地球上一種非常常見的天氣現(xiàn)象，每年地球上空會(huì)出現(xiàn)超過31 億次閃電。就在你看到這句話的時(shí)候，地球上就已經(jīng)產(chǎn)生了上百次閃電。

閃電中最常見的是線狀閃電，也叫枝狀閃電。我們經(jīng)常在電視或者照片中見到它的身影。枝狀閃電有耀眼的光芒和很細(xì)的光線，整個(gè)閃電好像橫向或向下懸掛的、枝杈縱橫的樹枝。這種閃電一般都是云對(duì)地面的閃電，蘊(yùn)含著極大的電流，會(huì)損壞樹木，傷害人體，要是它落到了建筑物上，還會(huì)對(duì)建筑物造成破壞。

還有一種是片狀閃電。片狀閃電看上去就像是藏在云彩中的閃光。這種閃電發(fā)生的時(shí)候，大片的云朵都會(huì)被照亮。片狀閃電經(jīng)常是在閃電的強(qiáng)度已經(jīng)減弱、降水趨于停止時(shí)出現(xiàn)的，多數(shù)都是云朵之間的放電現(xiàn)象。

除了以上兩種，還有一種很罕見的球狀閃電。這種閃電像是一個(gè)火球一樣，大小差別很大：有的直徑十幾厘米，有的卻有幾十米寬。球狀閃電被譽(yù)為閃電中的幽靈，它有時(shí)候在空中慢慢地轉(zhuǎn)悠，有時(shí)候又完全不動(dòng)地懸在空中。它有時(shí)候發(fā)出白光，有時(shí)候發(fā)出粉紅色光。它還可以從窗戶、門縫鉆進(jìn)屋內(nèi)，在房子里轉(zhuǎn)一圈后又溜走。球狀閃電有時(shí)發(fā)出咝咝的聲音，接著在一聲悶響后消失；有時(shí)只發(fā)出微弱的噼啪聲，然后不知不覺地消失。到現(xiàn)在人們還沒有完全弄明白球狀閃電的形成原因。

19世紀(jì)關(guān)于球狀閃電的畫像

閃電有多危險(xiǎn)？

閃電中含有巨大能量，因此它們有非常強(qiáng)大的破壞力。要是閃電落在森林中，會(huì)將樹木點(diǎn)燃，引發(fā)森林大火。原始人最開始用的火很有可能是取自被閃電擊中后燃燒的木頭。在城市中，閃電可能會(huì)損壞供電線路，造成大范圍停電，還可能會(huì)造成建筑物損壞。因此城市中的高層建筑都必須安裝避雷針，防止雷擊事故。要是閃電擊中人體，則會(huì)造成人體水分的瞬間蒸發(fā)——也就是會(huì)把人燒焦。就算沒有直接擊中人體，只是擊中人體周圍或者是身體上的金屬物體，閃電強(qiáng)大的電流也會(huì)讓人心搏驟停，造成傷亡事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年因?yàn)槔纂娫斐傻娜藛T傷亡事故有數(shù)千起。

在空中飛行的飛機(jī)也面臨被閃電擊中的巨大風(fēng)險(xiǎn)。其中最常見的影響是飛機(jī)外殼的金屬蒙皮被燒毀。雷電經(jīng)過飛機(jī)表面的導(dǎo)體材料時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高溫，這會(huì)導(dǎo)致金屬結(jié)構(gòu)的破壞。飛機(jī)的外殼是為了保護(hù)飛機(jī)內(nèi)部的電氣儀表、導(dǎo)航和通信設(shè)備的。當(dāng)外層的防護(hù)罩被擊毀后，這些設(shè)備很可能會(huì)發(fā)生故障或損壞，導(dǎo)致飛機(jī)失去關(guān)鍵的導(dǎo)航和通信功能。飛機(jī)的翼尖、垂直尾翼、天線和升降舵等部位是最容易受到雷擊的區(qū)域，因?yàn)樗鼈兲幱陲w機(jī)外殼較為突出的位置。更嚴(yán)重的情況是閃電擊中飛機(jī)的油箱，這可能會(huì)引發(fā)爆炸。為了防止此類情況發(fā)生，飛機(jī)油箱都被安置在放電電弧直接附著概率最低的區(qū)域，同時(shí)，油箱及內(nèi)部帶電的部分都被設(shè)計(jì)為低阻抗通路，以限制閃電的電流流入油箱，減少過高熱量的產(chǎn)生，降低事故發(fā)生概率。

怎樣免遭雷電的襲擊？

首先，在雷雨天氣我們要盡量避免外出，待在安全的室內(nèi)也要注意遠(yuǎn)離窗戶、陽(yáng)臺(tái)這些靠近戶外的位置，并且注意關(guān)閉家中電器的電源并拔掉插頭——這樣可以防止雷電沿著電源線進(jìn)入家中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在美國(guó)，每年的雷擊事件中45% 都是在空曠的地方發(fā)生的，而在樹下避雨造成的人員傷亡數(shù)占到了總數(shù)的23%。所以如果雷雨天氣時(shí)你在戶外空曠的地方，要立即俯下身子，降低自身高度，盡快躲進(jìn)建筑物內(nèi)。千萬不要在樹下躲避雷雨，也不要躲避在廣告牌、電塔等容易導(dǎo)電的高大物體周圍！同時(shí)不要使用手機(jī)、收音機(jī)等會(huì)引來雷電的電子設(shè)備！

直到今天，關(guān)于雷電還有很多未解之謎：比如云里為什么會(huì)有電，雷電能不能被我們利用，幽靈一般的球狀閃電到底是怎么回事，等等。這些未解之謎還需要科學(xué)家或是正在看文章的你用科學(xué)的工具和方法去探索與發(fā)現(xiàn)。

《小球背后的大定律》答案：C。碰撞過程中總動(dòng)量守恒，小車和沙袋一起運(yùn)動(dòng)的速度等于總動(dòng)量除以總質(zhì)量，即v= （2×2+0.5×3）/（2+0.5）=2.2米/秒，仍沿小車原運(yùn)動(dòng)方向。

“沖關(guān)我最棒”答案與獲獎(jiǎng)名單

2024年第5期“沖關(guān)我最棒”答案

1.A 2.C 3.B 4.A 5.C

6.A 7.B 8.C 9.B 10.A

2024年第3期“沖關(guān)我最棒”獲獎(jiǎng)名單

蘇州：黃曉可 成都：田軒澤 南寧：陸柯瑜

衡水：蘇嘉康 泰州：黃新杰 綿陽(yáng)：郭小菊

焦作：馬致遠(yuǎn) 唐山：郝梓旭 晉江：施欽瀚

瀘州：王良驥