雷电是怎么来的？

雷电是怎么来的？

1. 雷电成因重要学说： 实验及观测结果证明：雷雨中较大雨点所带负电荷较多，即带净负电，而小雨点则带有较多正电荷，即其电性为正。我们又知道，雨点在空气中下降时，其所能达到之最大速度（称为终速度）约与其半径之平方成正比，因而重力作用可使大小雨点分开，同时亦使正负电荷分离；而分离的量随水降下所需之时间而增大，终可建立起足以引起空间放电的电场强度，此一电场方向恰与雷雨云中所观测到的相符合。以上的说法道理很简单，问题在於为什麼正电荷偏找小雨点？而负电荷又偏要找大雨点呢？关於这方面，重要的学说有以下几种： （一）雨点分裂说：雨点在空气中下降受到三种力，即向上的空气浮力及阻力与向下的重力。开始时重力较大，但随著雨点的长大，空气浮力及阻力均增加，最后达到三力平衡并以终速度下降，此时如雨点过大，常分裂为数个，并因而溅出很多水微粒。在另一方面来说，雨点降落中如发生碰撞，亦可导致同一结果。如此分裂的雨点，应可同时使电荷分开，因而形成电场。此说经实验发现至少有两点与实际观测结果不符： 1.无论雨点如何分裂，实验发现裂开之较大部份带净正电，而溅开之水花则带净负电，即由重力分离的结果，应使云顶为负而下部为正，此与观测雷雨云的事实不符。 2.在空中雨点碰撞的机会几乎等於零，此种作用应不重要。 由於以上缺点，此说已渐渐不被重视。 （二）感应说：此说又分两种，即英人艾斯特与盖太尔於一八八五年所创之感应说及一九二九年英人威尔逊所倡之离子捕捉说，此二派及经美人萨陶推广综合为一。其要点为带电质点在空气中系沿气流及电场之合成路径运动，因而大小不同之二带电体，在空中互相接近时，由於彼此间所生之电感应，及空间放电的结果，可使较大者带负电荷，而较小者带正电荷。图四所示即萨陶计算出来，半径19μ与15.2μ的二雨点之相关路径图及电感应后的结果。在另一方面，空间离子亦可视为一个小的带电体，只是它较雨点小得太多，故行近时正负离子中的一种将被雨点捕捉，亦即使雨点的同类净电荷增加。图五即正常大气电场下离子流状况。由图可知，在适当电场下，通过A之离子可累积至雨点上。此说不但由萨氏实验证明，亦与观测事实相符，唯一遗憾的是如此产生的电场强度增加很慢且不易达到能产生空间放电的强度，故仍有许多怀疑的地方。 （三）冰晶碰撞说：此说与雨点分裂说同为辛普森所创，他认为冰晶互碰时，可导致电荷转换，因而使正负电荷分离，并形成电场。此说不但犯了前述雨点分裂说的毛病，同时不能满足暖云（或称水云），即云顶在结冰高度以下之云，亦可产生雷雨之事实，故不健全，已不被重视。 （四）稀溶液冰冻说：此说由澳克曼及雷纳二氏根据稀溶液结冰时，在冰及溶液交界面可生成一与溶液浓度成反比之电位差之事实而建立；我们知道，含盐或其他溶质之雨点可视同溶液，因而应用以解释雷雨中电场之形成。此说除与冰晶说有相同缺点外，更有两个问题无法解释！1.溶液在冰冻时虽然形成电位差但是可分离之电荷量受浓度变化的影响极大，难以视为稳定现象；2.所成电场方向往往与事实不符。 总之雷雨中电场形成之理论基础尚未成熟，有待我们努力探讨。至於摩擦生电一说更为明显之错误。我们知道玻璃棒与丝绢，琥珀与毛皮摩擦可生静电，但同为水珠的雨点不要说发生摩擦的机会几近於零，就是发生摩擦亦不会生电，此点在「积云与雷电」一文中曾提及，读者不可不察。 参考资料： ......余下全文>>