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雷电产生原因的猜想
[楼主] 作者:徐列明  发表时间:2013/09/05 13:17
点击:2013次

 

降雨雷电气象就是高空大气积雨云系空间的一种放电现象、或是高空云系向地球地表的一种自上而下放电自然现象,是大气正负电荷击穿空间,产生的一种声、光、电也即电闪雷鸣物理现象,那么大气雨天中相对隔离的巨大正负电荷是如何产生的呢?

由于万有引力作用,使得组成地球物质重力指向地核,那么组成物质原子由于原子核重力远远大于围绕其旋转电子,所以原子形态可能是原子核偏向地核、正电荷指向地核、负电荷电子偏向地表方向指向地表;其二、较重重金属沉降地核、较轻非金属漂浮地表,从而使得地核电子趋向地表移动;其三、可能是地球电场极性作用力下,使得负电趋向地表,于是覆盖于地下物质原子、分子的电荷呈现出内正外负极性顺序排列分布;另外由于地核高温也使得物质产生电离,脱离了原子核束缚的较轻的电子在高温驱动下逃离地核,可能正是这综合因素使得地表电位带负电。而大气物质气体分子是在气体浮力作用下上升漂浮于空间:第一作为大气电离物质(紫外线电离、太阳风电离、雷电电离、气流摩擦产生异性静电),正电荷离子或带正电荷静电分子由于失去电子,比负电荷离子、负电荷静电轻,其次由于上升气体分子动能大、体积大容易失去电子,故较轻的正电荷在高空,较重的负电荷在大气正电荷下层空间,重力作用使得异性电荷分离;第二、大气水汽分子本身就是极性分子,其分子组成是由一个氧原子结合两个氢原子,由于氧原子夺取电子力比氢原子大、且质量是氢原子16倍,所以漂浮于大气中的水汽分子中的氧带负电、氢带正电且较轻,故水汽分子的上升漂浮是氢带动上升的,极性水汽分子正电指向上方,负电指向下方。正是此两个原因使得大气整体显示正电。

那么为什么夏季雷雨天气有雷电现象,而冬季降雨降雪寒流风暴却没有雷电现象呢?冷气流的降雨降雪是气流的下降运动,由于大气正电荷离子带电量毕竟是有限的,靠少量的正电荷下降与地面负电荷电位差产生不了巨大放电效应;而雷电天气现象产生的一个重要原因是气流上升对流运动,其次是发展旺盛的积雨云水汽大量存在,支撑气流上升运动首要条件是持续的地面热量供给,所以雷雨天气只能是春夏秋温暖季节,越是炎热气候条件越是容易产生剧烈雷暴天气。像夏季的雷雨天气一般发生在午后或旁晚,地面大量热气流携带水汽快速上升移动,气流上升运动使得产生雷电的主体大量极性水汽分子一方面在热量支撑下,产生快速上升运动,另一方面雨水在重力作用下又携带水汽产生快速下降运动,水汽分子的上下快速对流摩擦撞击,使得水汽正负极性恰好迎面正负快速撞击,撞击摩擦结果导致两种现象同时发生:上下层正负电荷快速汇合产生放电加热现象,另一方面极性水汽分子在快速撞击产生放电的作用力下,又会进一步产生水汽分子电离和其它气体分子的电离带电现象,因为上升热水汽极性分子更加容易失去电子,下沉冷水汽分子更容易得到电子,从而产生大量氢离子和氧离子及其它气体分子电离的两种异性电荷及带电静电体,于是瞬时产生的大量异性电荷积累,在水汽极性分子的顺序排列导向下(缩短了正负电荷空间距离),在重力作用下(雨滴携带水汽正电荷),在高空与地面不断发展积累增大的正负电位差电场驱动力下,积累了一定量的正电荷与地面方向的负电荷产生了巨大高压引力,在巨大高压的驱动力下,高空正电荷向地面方向负电荷迅速释放,于是产生电弧击穿空间,万道银光拉开天幕,产生电闪雷鸣壮观气象,犹如千万龙蛇天穹飞舞,电闪雷鸣引起的空间震动与电离又使得大气水汽产生更多撞击凝聚机会,从而伴随每一次电闪雷鸣之后的都是瓢泼大雨又一次降临。

夏季雷雨天气的气流上升运动与高空雨水下降运动,本质上是气流水汽上下扰动运动,而这样的气流扰动翻转运动又恰恰是极性带电水汽分子的摩擦碰撞运动,这样的极性分子的摩擦碰撞运动,即产生了电离现象,又自然产生增加积累了大气的异性静电分布,就像我们日常生活中常常看见现象那样:冬季如果我们身穿多件化纤毛衣或羽绒服和毛衣,那么在我们脱下羽绒服或毛衣的时候,就会发生静电放电现象,在夜晚没有灯光下还可以清晰地看到静电放电的火花闪现和放电声音;如果把化纤毛衣相互揉搓抖动一下,那么就可以看到像闪电一样电弧和听见更加响亮放电啪啪爆裂声。而夏季大气水汽极性分子的扰动翻转运动,不正像毛衣揉搓抖动现象一样吗?使得大气分布的大量异性静电电荷瞬间对流撞击接触引起正负电荷放电和大量异性电荷产生并且又加速分离现象,而与此相反冬季冷气流由于没有气流的揉搓翻转运动,仅仅就是气流、水汽雨点下沉运动,就像毛衣虽然也带有静电,但如果仅仅是毛衣整体单向上下左右位移,由于不存在异性静电碰撞机会和进一步揉搓摩擦增加极性电荷极化积累电量作用,它同样没有放电现象,所以寒流侵袭形成的降雨降雪就与毛衣没有发生摩擦抖动现象一样,尽管冬季水汽同样是极性分子,但它同样由于没有大量异性电荷电量产生及其不同电荷分离积累形成过程,因而不能产生雷暴雨天气候现象。一件重量微不足道的化纤毛衣相互稍微揉搓抖动都可以产生显著的静电放电效应,那么相对于庞大地球大气空间,无限充沛的水汽极性分子在强大气流的强烈对流撞击摩擦运动下,产生正负电荷电量显然也是惊人的,于是产生巨大雷暴闪电能量自然也就是很正常气象现象。

雨天漂浮于空间的球形闪电火球,可能是带正或负电荷的聚集体,其球体中心可能就是聚合而成的球形极性水汽分子,由于它不显示电性,但又是表现出极性,故它球体周围可以吸引正电荷,也可以吸引负电荷,这样水汽核心球体由于周围都是吸引聚集的同一电荷,电位差相等,故水汽不导电,因而形成了独立的相对稳定的同性电荷闪电火球;另一方面由于核心球体极性分子与异性电荷结合处毕竟是存在电位差的,所以结合处极性分子表现出强烈电离放电现象,故闪电球体表现出燃烧的火球,不断电离结果又促使闪电火球寿命短暂。

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 [2楼]  作者:丁明良  发表时间: 2013/09/05 14:13 

雷电的能量。地面上的有机废弃物,经过发酵成甲烷,甲烷较轻、上升到高空。雷雨天,电火花点燃甲烷、引起爆燃。这就是雷电的能量来源。
 [3楼]  作者:王普霖  发表时间: 2013/09/05 16:43 

对[2楼]说:
甲烷说显然是站不住脚的。第一,大气层中,在积雨云层高度不存在大量甲烷。第二,雷雨发生前,地面大量暖湿气流上升到云层,即使云层中有微量甲烷,也被赶跑了。第三,爆燃发生,必须达到甲烷和空气的混合的比值,在这个比值范围之外,是不可能发生爆燃的。甲烷的爆炸极限是浓度5%至15%,而云层中不可能出现如此高浓度的甲烷的。
 [4楼]  作者:丁明良  发表时间: 2013/09/05 17:20 

你的知识是面很广的。请考虑雷雨时的气流。
 [5楼]  作者:王普霖  发表时间: 2013/09/05 17:34 

“在重力作用下(雨滴携带水汽正电荷),在高空与地面不断发展积累增大的正负电位差电场驱动力下,积累了一定量的正电荷与地面方向的负电荷产生了巨大高压引力,在巨大高压的驱动力下,高空正电荷向地面方向负电荷迅速释放,于是产生电弧击穿空间,万道银光拉开天幕,产生电闪雷鸣壮观气象,犹如千万龙蛇天穹飞舞,电闪雷鸣引起的空间震动与电离又使得大气水汽产生更多撞击凝聚机会,从而伴随每一次电闪雷鸣之后的都是瓢泼大雨又一次降临。”


恰恰相反,闪电向地球放电是将大量的负电荷释放到地面的。电流方向是由地面指向云层底端。你可以查阅资料看看。

 [6楼]  作者:王普霖  发表时间: 2013/09/05 17:51 

The positive charges are carried upward to the top of the colud(see Fig.9-11),  and negative  charges     are dumped into the ground in lightning strokes.
摘自《费曼物理讲义》,第二卷、第九章、9-5节。
正电荷被向上带至云端顶部,负电荷在闪电时注入地面。

 [7楼]  作者:丁明良  发表时间: 2013/09/06 08:29 

接4楼,请再考虑一下,甲烷哪里去了?
 [8楼]  作者:王普霖  发表时间: 2013/09/06 09:01 

可能和空气低温反应掉了。甲烷中5个原子,都是可以和氧反应的。在地面上能量低,很难低温反应,到了高层,各种辐射强烈,各种气体分子、离子能量比地面大很多倍,不容易反应的会变得很容易反应。变成水和二氧化碳的可能最大。
 [9楼]  作者:丁明良  发表时间: 2013/09/06 09:21 

谢谢普霖。都是有可能的。另:高空的氢气和氧气也有可能在雷雨天气爆燃成水。
 [10楼]  作者:王普霖  发表时间: 2013/09/06 09:38 

对[9楼]说:
你这另中的:氢气和氧气不会在云层相遇。
 [11楼]  作者:丁明良  发表时间: 2013/09/06 09:50 

能够相遇。
 [12楼]  作者:王普霖  发表时间: 2013/09/06 09:53 

中、低层大气中没有氢气。
[楼主]  [13楼]  作者:徐列明  发表时间: 2013/09/06 10:48 

对【6楼】说:
正电荷被向上带至云端顶部,负电荷在闪电时注入地面-------------如果你的说法是对的,那么负电荷怎么会在闪电时注入地面呢?应该向高空流动注入。
 [14楼]  作者:王普霖  发表时间: 2013/09/06 11:34 

你可以查看避雷针中电流流向。那我问你电池中的电流为什么要通过外电路流回,直接通过电池内部流回不是更快捷吗?
因为在电池内有非静电力,雷雨云中也存在类似的非静电力。
 [15楼]  作者:丁明良  发表时间: 2013/09/06 11:46 

12楼,普霖。要考虑动态情况。雷雨时的气压、气流。
氢气一般在最高层,中层也有,就像靠近地面也有氧气一样。雷雨时,各方气体聚拢过来,这是动态情况。
[楼主]  [16楼]  作者:徐列明  发表时间: 2013/09/06 14:41 

对【14楼】说:
电流既存在着电子向正电荷流动,也存在着正电荷向负电荷的流动。大概一般金属导体是电子流动,而在气态液态中正电荷可以向负电荷流动。而大气雷电确实是正电荷流向负电荷的,闪电都是由上到下的。
 [17楼]  作者:王普霖  发表时间: 2013/09/06 16:57 

对[16楼]说:
一般的电流是电子的移动,电子移动的方向就是电流的反方向,这是定义的。
正电荷移动也形成电流,但这个正电荷必须是离子,是比电子重得多的离子。闪电发生前,云端底端在云层的非静电力作用下,产生了很多电子,和地面形成了很大的电场。这个电场将空气击穿,由上至下,将电子泄入地面。电子由上至下,就是电流由下至上,两种说法是等效的。电流方向是向上,并不是地面提供了正离子到云层(地面不会把土壤变成离子瞬间发到天上去),就是电子移动导电。这和闪电都是由上到下不矛盾。闪电由上到下是击穿发生的过程。先击穿云层底部一段距离,然后有补充能量的微小间歇,大约有一、两次间歇、击穿就完全到达地面了。这个通路一旦完全打开,随即大量电子就由已经击穿打开的通路,迅速泄入地面,形成最大的电流。
 [18楼]  作者:王普霖  发表时间: 2013/09/06 17:04 

对[15楼]说:
雷雨云距离地面只有不超过几公里的高度,不管云层内部发生什么,都影响不到几十公里以上的平流层,而地球的含有极少氢的层,出现在百公里以上的高度,在那个高度的氢,非常稀薄,且以离子状态出现,不会发生爆炸。
[楼主]  [19楼]  作者:徐列明  发表时间: 2013/09/09 08:37 

对【17楼】说:

闪电发生前,云端底端在云层的非静电力作用下,产生了很多电子,和地面形成了很大的电场。这个电场将空气击穿,由上至下,将电子泄入地面。电子由上至下,就是电流由下至上,两种说法是等效的=========================================

“电场将空气击穿,由上自下,将电子泄入地面”,可能并非正负电荷击穿空气的结果,因为正负电荷是相互吸引的,不可能因为相互吸引而泄入地面;应该是地面负电荷之间排斥结果,才是电子泄入地面原因;另外“电子由上至下,就是电流由下至上,两种说法是等效的”这样说法也比较牵强。

 [20楼]  作者:丁明良  发表时间: 2013/09/09 10:11 

对【18楼】说:

主要是甲烷。大量水汽结成雨滴时,周围的、高空的气体就会大量聚拢过来。

高空气体不会只生不灭。 

 [21楼]  作者:王普霖  发表时间: 2013/09/09 13:01 

对[19楼]说:
你要学学电的基础知识。
 [22楼]  作者:silin007  发表时间: 2013/09/09 15:24 

尖端放电产生原因就是雷电产生原因!

※※※※※※
即别轻信人说的,也别坚信己学的,更别迷信书写的;只信亲眼能见的,而且亲手能算的,关键亲身能验的;科学事实
[楼主]  [23楼]  作者:徐列明  发表时间: 2013/09/11 09:04 

雷电就是正负电荷的相遇放电现象,而雨天可以形成正负电荷的前提条件,必须是由地面热量支撑的气流上升运动和大量充沛的水汽极性分子的存在。
 [24楼]  作者:丁明良  发表时间: 2013/09/11 09:56 

支持23楼徐列明的说法

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