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闪电中为什么带有电?

2018-10-14 17:18:23   频道: 常识
一般人也许会认为电都是从发电厂来的,水滴组成的乌云中怎么会放出电来呢?不过乌云中的确有电,纸里也有,甚至连身体里都有。无论是乌云还是树木,或者是人体,一切物体都是由原子组成的。每个原子的中心都存在一个由若干个带正电荷的质子和若干个不带电的中子组成的原子核(除了一种最简单的氢原子,它的内部没有中子)。在原子核的周围,是绕核运动的带负电的电子。正负电荷相互吸引,所以围绕在原子核周围的电子就像围绕在蜂窝周围的蜜蜂。闪电质子和电子之间的引力是一种电磁力。我们视力可及的范围内处处有电,只不过它藏在了原子里面。通常情况下,一个原子内的正负电荷数目相等,所以由原子组成的物体,比如说人的身体,整体上不会带有正电或负电。这样,你走来走去碰到别人时也不会触电。但有时,原子内的正负电荷也会失去平衡,你或许也有过这样的体验。比如说寒冷的冬天,你待在自己的温暖小屋里。我们假设房间里的空气非常干燥,你拖着鞋在羊毛地毯上蹭来蹭去,不知不觉中,地毯上和鞋上的一些原子就会失去部分电子。此时,你身上的电子数和质子数不相等,正负电荷不能互相抵消,所以整体上看你就成了带电体。这时如果用手去碰金属门把手,就会在你的手掌和门把手之间形成一个微弱的电流,于是你就产生了电击的感觉。正负电荷之间相互吸引的力就是电力。电力使电子在你的手掌和门把手之间流动,使你自身的电荷重新恢复平衡。如果房间里很暗,你还可以看见火花,这是因为电子在跳跃时会放出光子。要是房间里还很安静的话,你甚至可以听到噼啪声。我们周围时时处处都有电存在,云朵里也不例外。在阳光明媚的晴天,云彩安静地飘在空中,一点也看不出它具有什么威力。不过云朵也会聚集起电荷,所以当天空中乌云密布时,千万要小心。如果云层中的电子发生流动使原子恢复电荷平衡,就会出现闪电,还有轰隆隆的雷声。当黑压压的乌云里有气流吹过时,云中的颗粒相互碰撞——包括从海洋里蒸发出的盐、灰尘等。就像鞋在地毯上摩擦会释放出电子,这些颗粒在碰撞之后也会释放电子。颗粒如果失去了电子,就带上正电荷;如果得到了多余的电子,就带负电。从实际情况来看,较重的物质颗粒比较容易带上负电荷,而重量轻的颗粒则容易带上正电荷。不过具体原因是什么,科学家至今还不是很清楚。云层的下半部分是质量较大的颗粒集中的区域,所以这里通常带有负电荷。聚集在云层底部的负电荷会吸引带正电的质子,同时排斥游离在地表之上的电子。很快,在云层与地面之间就聚集起了正电荷。然后,就像手与门把手之间的电流一样,一道刺眼的闪电划过天际,这就是乌云与地面之间的电流。电流在乌云与地面之间曲折前进,与来自地面的带正电荷质子相遇,这时你听到的就不是轻轻的噼啪声了,而是震耳欲聋的巨响。如果我们能通过慢动作来观察整个过程,我们会看到:一个微微发光的雷电(叫做“先导”),出现在云层的底部,然后,先导开始跌跌撞撞地向地面前进,它先向右下方跳50米,然后又向左下方跳50米——这就是我们看到的天空中曲曲折折的闪电。先导从云层到地面的运动过程只持续1秒钟,而产生的电流相当于200安培(家用电器通常使用15~20安培的电流)。如果雷电距地面在20米之内,地面会有束火花跃起与雷电相遇,然后这股电流跃回云层,这时,其中的电流高达1万安培。云层中瞬间又激发出另一个先导,它沿着刚才上行闪电的路径通向地面。随后,另一束火花又跃回云层。闪电内部的温度可达33 000摄氏度。电流沿着这条路径在云层与地面之间往返几次,但由于这一系列过程只发生在短短1秒钟之内,所以我们肉眼只能看到一束闪电的亮光。那么一束闪电有多大的能量呢?竟然高达2万兆瓦。这么大的功率足以点亮美国一个州的所有电灯,包括居民住宅和办公大楼在内——不过只能点亮1秒钟。
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