解析一次闪电的形成,从闪光到轰鸣

从带电的天空到那标志性的闪电的步骤。
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它击倒了我 亚历山德罗·鲁斯蒂吉

大多数闪电只是在起源的云层中弹跳。但逃逸的游离电荷足以让观察者眼花缭乱,激发敬畏和恐惧(这也很公平——在美国,每年有几十人因此丧生),并产生壮丽的雷声。典型的云对地闪电持续时间只有一瞬间。以下是闪电短暂而辉煌的一生的过程。

电子反弹

表演始于雷雨云中,冰粒子以极快的速度碰撞,将彼此的电子撞掉。这使得正电荷停留在云层的顶部附近,而负电荷则在中部积聚。

放电出现

相反的电荷之间快速移动的能量会形成闪电。当积累到一定程度时,电流会以大约 160 英尺长的级联分支序列逃离云层;每 5000 万分之一秒就会形成一个新的分支。

路径连接

当负电荷从云层向下射出时,它们会排斥电子——在地面、建筑物和树木顶部留下向上延伸的带正电的空气柱。当其中一个分支与闪电的分支连接时,合并就形成了闪电的路径。

电击返回

会合形成天空中的一条导线,将电子注入地面,并携带约 30,000 安培的电流(足以驱动 2,000 个插座)。闪电看起来像瞬间的闪光,但实际上是以光速的三分之一沿着其路径放电。

质子冲击

更为罕见的是,云层带正电的上部区域会与地面的负粒子连接。这种闪电可以携带 300,000 安培的电流,并且非常强大,它们可以登陆到离风暴本身 25 英里远的地方。

电荷形成

这就是“轰”声的由来:主电击将空气加热到约 50,000 华氏度,导致气体膨胀并产生冲击波。这种力在传播时会减弱成可听见的声音,最终到达您的耳朵时就是雷声。

秒数经过

您会立即看到闪电,但雷声以——您猜对了——马赫 1 的速度移动。用于计算距离的熟悉技巧确实有效:当您看到闪光时开始计数,听到撞击声时停止。每五秒钟,闪电就大约在一英里远。


本文最初发表于《大众科学》2019 年冬季刊的“声音”栏目。

 

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Rob Verger

技术编辑

罗布·沃格尔是《流行科学》杂志的前技术编辑。他擅长报道航空、交通和军事技术。


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