球状闪电的带电水(雨)球学说
带电水(雨)球通过"近吸远斥"的形成和飘浮过程
球状闪电就是一个呈圆球形的闪电球。这种现象在1838年以前就有文献记载,科学家已研究超过160年,人们对此现象至今没有合理的解释。为了解释球状闪电的本质和它的形成原因,本文提出一个"球状闪电的带电水(雨)球学说"。 人们知道,球状闪电一般都在雷暴雨天气下发生,它十分光亮,略呈圆球形,直径大约是20至50cm,维持数秒到1~2分钟不等。它可以在空气中独立而缓慢地移动,路径不定。 为了解释这一现象,本人提出的"球状闪电的带电水(雨)球学说"的观点是: 在物理学中,有一个结论是带同种电荷的两个球体,"近吸远斥"。比如有一真空中的半径为R的带电量为Q的导体球,在距离它的球心距离为a(a > R)处,有一点电荷Q',那么,电荷Q'受到这个带电导体球的作用力 F = [QQ'/a2 - Q'2R3(2a2 - R2)/a3(a2 - R2)2]/4πε。 式中的第二项是吸引力,而当a→R时,这一项的数值将大于第一项。可见,即使Q和Q'带同种电荷,只要Q'与Q的距离足够近,它就可以受到导体的吸引力。这是由于感应作用,虽然整个导体的总电荷是正电荷(或负电荷),但在靠近Q的球面部分可能出现负电荷(或正电荷)。(见郭硕鸿《电动力学》75页,高等教育出版社,1984年) 所以,在带同种电荷的积雨云中,带相同电荷的水滴出现"近吸远斥"现象。在带电水滴在云层中相互的碰撞过程中,"近吸"使水滴有机会成长成更大的水滴,直到形成球状闪电--带电水(雨)球。和其它带电水(雨)滴的"远斥"作用,使带电水滴有机会克服重力作用而飘浮起来。当然,还有上升气流的抬升作用共同发挥作用。 在克服水滴自身重力的过程中,带电水(雨)球所带电荷越来越多,带电量少,"远斥"力小的,不能克服重力的水滴因为重力作用而降落形成雨。 在特别强烈的雷暴雨的天气,特别巨大的带电水(雨)球--球状闪电产生的特别多,只是它一般在云层中和带相反电荷的带电水(雨)球--球状闪电,在高空相互吸引,相互放电,产生局部高温造成气体膨胀而爆炸,产生局部雷电活动,很少降落到地面上来。 带电水(雨)球--球状闪电上面,由于"近吸"作用而聚集了大量电荷,分布在带电水(雨)球--球状闪电的表面,它形成强大的电场而使水电离,产生很多氢离子和氢氧根离子,其中一部分电子在带电水滴的内部发生了向某一离子轨道的跃迁,释放出某一频率的光,有可能是可见光,让我们看到不同的颜色。 电子究竟跃迁在氢离子或氢氧根离子的哪一电子轨道(能级)上,这是带电水(雨)球所带电荷和氢离子与氢氧根离子,甚至包括作为水滴凝聚核的其它尘埃离子共同决定的。带电水(雨)球--球状闪电所带电荷分布在带电水(雨)球的表面,因为它们相互间的斥力作用而使水球成球形,它因为在前进过程中受到阻碍可能改变形状,一旦阻碍消除,它又可以因为自身表面所带电荷的斥力作用而恢复圆球形。 为什么它在前进过程中受到障碍物的阻碍而不破裂,这主要是前面讲的"近吸远斥"发挥的作用,这主要是因为"近吸"而使自身成为一个不能分离的整体。 带电水(雨)球的大小和所带电荷的多少,以及维持时间的长短(寿命)取决于积雨云水滴的密度和数量,所带电荷的多少,云层的厚度。所以,带电水(雨)球最可能是在雷暴雨下形成,因为它说明这样的积雨云电荷特别多,密度特别大,具备形成巨大球状闪电--带电水(雨)球的条件,在云层中带相反电荷的球状闪电--带电水(雨)球相互吸引,碰撞到一起形成雷电,它产生的冲击波,瞬间触发了更多大大小小带相反电荷的球状闪电--带电水(雨)球的相互吸引、碰撞和放电现象,产生剧烈闪光,并加热空气,使空气电离,并且急速膨胀而爆炸,产生雷鸣声,它们产生出来的冲击波如果得到连续加速作用,而导致带相反电荷的球状闪电--带电水(雨)球的连环放电现象,就可能在得到加速的路径上形成网状放电路径,这就是我们看到的闪电和听到的滚雷声响。 在雷暴天气,周围环境的电荷数量随着雷电活动的进行而减少,"远斥"产生的飘浮力逐渐减弱,在云层中没有机会放电的球状闪电--带电水(雨)球有可能在自身重力作用下而慢慢降落地面,一旦遇到合适的物体或动植物就会发生强烈的局部放电现象,产生局部高温,导致局部空气的急速膨胀,从而产生巨大的爆炸,造成强大的破坏力和强烈的声光电现象,树木可能被劈开,建筑物可能被摧毁,人畜可能被击中而死亡,凡此等等现象的发生。 我们知道,地球上的水受到太阳光的照射后,就变成水蒸气被蒸发到空气中。水汽在高空遇到冷空气便凝聚成直径只有0.01~0.02毫米,最大也只有0.2毫米的小水滴。它们又小又轻,被空气中的上升气流托在空中。就是这些小水滴在空中聚成了云。这些小水滴要变成雨滴降到地面,它的体积大约要增大100多万倍,在重力作用下降落到地面形成雨。那么,球状闪电--带电水(雨)球只是在这一过程中,形成了特别巨大大的带电水(雨)球而已。 根据本人前面提出的"球状闪电的带电水(雨)球学说"完全可以解释这一现象的发生。
参考文献 郭硕鸿 电动力学 北京 高等教育出版社 1984年2月 73~75页
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