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雷电探密

雷电探密. 地球与空间科学学院 孟 醒 2005.12. 积云. 地面. 雷电的形成. 电荷积累到一定数量时，强大的电场力使大气击穿 , 发生云层与大地间的放电，就是雷击，一部分能量以光形式放出 , 就是闪电。. 大块的云顶部带正电，底部聚集负电，接近地面时，地面感应出正电，这样在云层和大地之间形成了一个电容器。. 空气闷热潮湿的时候，水蒸气受热上升，遇冷空气凝结形成积云。. 雷电的危害. 据不完全统计，全球平均每年因雷电灾害造成的直接损失超过 10 亿美元，死亡人数在 3000 人以上。 建筑物遭雷击是比较普遍的一种灾害。.

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  1. 雷电探密 地球与空间科学学院 孟 醒 2005.12

  2. 积云 地面 雷电的形成 • 电荷积累到一定数量时，强大的电场力使大气击穿,发生云层与大地间的放电，就是雷击，一部分能量以光形式放出,就是闪电。 • 大块的云顶部带正电，底部聚集负电，接近地面时，地面感应出正电，这样在云层和大地之间形成了一个电容器。 • 空气闷热潮湿的时候，水蒸气受热上升，遇冷空气凝结形成积云。

  3. 雷电的危害 据不完全统计，全球平均每年因雷电灾害造成的直接损失超过10亿美元，死亡人数在3000人以上。 建筑物遭雷击是比较普遍的一种灾害。

  4. 二教预计年雷击次数的计算与分析 建筑物预计年雷击次数由以下公式计算 其中 ——雷击大地年平均密度(次/ 年) ——当地年平均雷暴日 ——校正系数 等效面积( ) (建筑物防雷设计规范<<GB50057-94>>)

  5. 池塘 树木 教二楼俯视简图

  6. 理论计算: 1.为方便计算取二教主楼长、宽、高分别为70米、15 米、25米。 2.合肥年平均雷暴日数25.8天。 3.一般情况K取1。 这样计算出二教的预计年雷击次数为 次/年

  7. 进行分析： • 周围建筑群中二教较突出，容易尖端放电。 • 近水造成土壤电阻率减小，易感应出电荷。 • 楼后树木较高，不排除树木引雷的危险。

  8. 有关避雷 • 避雷针 “引雷”而非“避雷” 利用尖端放电原理，避雷针尖端电导率比其它地方大许多，率先把空气击穿，使云层与地面电荷不断中和，避免电荷累积和大规模放电。

  9. 绝缘大地 试想，如果大地绝缘，不能感应出电荷，自然不会有雷电发生。 一条思路---- 建在电导率较大土壤上的建筑物，与建在电导率较小土壤上的建筑相比更易遭雷击。

  10. 静电屏蔽 导体在静电场中,其内部场强处处为零 高压带电检修工人身着均压服作业 楼房能否穿上“均压服”？ 笼式避雷网——楼房的保护伞

  11. 闪电能 • 声势壮观的雷电能产生多少能量呢？ • 课本上的习题： 夏季雷雨时，通常一次闪电里两点间的电势差约 伏，通过电量为30库仑，计算出每次闪电耗能 ，能将 水从零摄氏度加热到一百 摄氏度。 • 统计数据： 全球闪电产生率100次/秒，每年全球上空会发生 31亿多次闪电。

  12. 由以上两方面数据计算出闪电的总功率是 远远超过世界上任何发电厂的输出功率！ 自然想到，如果将这些能量输入电网供人类使用 ，该是多大一笔财富啊。 • 存在的困难： 闪电的发生是一个瞬时过程，在很短的时间内产生极大的脉冲电流。必须有设备来存储这巨大的电能。

  13. 思考： 电容器是用来储能的电路元件,可否使用它来存储闪电能量呢？ • 计算： 　假设一次闪电使平行板电容器带上的电量 ，极板面积 ，其填充电介质介电常数 ，根据即可得极板间电场强度与介质介电常数的关系： 简便起见取 由此得 对电介质的要求是其介电强度和介电常数的乘积应大于此值。

  14. 困难： 一般电介质介电强度的数量级是 　，介电常数 　在　　以内，远不能满足要求。 • 解决： 1.寻找新材料 电介质的介电强度和介电常数必须足够大，才能 不被击穿。 2.研制其它的储能设备。

  15. 结束语 我们习以为常的雷电现象，其中蕴含如此多的知识，人们还在不断地探索和发现。从远古时代对雷电的畏惧到现今的研究利用，我们看到了人类身后一排艰辛的脚印。谨此向所有为雷电学研究作出贡献甚至献出生命的科学家们致敬！

  16. 感谢林宣滨老师! 感谢各位的观看!

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