閃電是云與云之間、云與地之間或者云體內(nèi)各部位之間的強烈放電現(xiàn)象。通常是暴風(fēng)云(積雨云)產(chǎn)生電荷,底層為陰電,頂層為陽電,而且還在地面產(chǎn)生陽電荷,如影隨形地跟著云移動。正電荷和負電荷彼此相吸,克服空氣的阻障而連接上。巨大的電流沿著一條傳導(dǎo)氣道從地面直向云涌去,產(chǎn)生出一道明亮奪目的閃光。
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0 G0 n, o5 {9 }3 p9 r 一道閃電的長度可能只有數(shù)百米(最短的為100米),但最長可達數(shù)千米。閃電的溫度,從攝氏一萬七千度至二萬八千度不等,也就是等于太陽表面溫度的3~5倍。: l: n8 y: b# V
* h3 r( ]. E: W/ E2020年6月25日,世界氣象組織(WMO)公布了迄今為止探測到的跨度最長的閃電。它有多長呢?橫向跨度709公里!相當(dāng)于從武漢直接閃到了上海。
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不過,它并不是發(fā)生在我國境內(nèi),而是在2018年10月31日發(fā)生于巴西南部。WMO同時還公布了持續(xù)時間最久的閃電:2019年3月4日阿根廷北部,這道閃電持續(xù)了驚人的16.73秒。
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如今衛(wèi)星遙感技術(shù)快速發(fā)展,從更廣闊的高空俯視,可以探測到范圍更廣、時間更長的極端閃電并獲取關(guān)鍵數(shù)據(jù)。最近公布的最長橫跨距離和最長持續(xù)時間的巨型閃電,就是被名為GOES-16的地球同步軌道環(huán)境衛(wèi)星觀測到的。, F, w+ |6 ^; V0 U
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' i! {3 l/ C- [0 h3 i9 w GOES-16地球同步軌道環(huán)境衛(wèi)星(由美國國家海洋與大氣局管理)1 ?2 C, a' a) \7 @, h- n" H& u
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閃電的發(fā)生具有一定的隨機性和不確定性,只是守株待兔般等待,研究效率將十分低下。我國氣象科學(xué)研究院連續(xù)多年開展了“人工引雷”試驗,“人工引雷”是通過閃電產(chǎn)生條件預(yù)測閃電的形成區(qū)域,然后發(fā)射一枚拖拽著金屬絲導(dǎo)線的小火箭,通過金屬絲將閃電引至定點目標(biāo)物。下圖是2019年7月的實驗場景,場面酷炫如科幻大片。1 d6 Z& Z' A1 U$ u$ x) @
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( ^% v# H# _" L9 ]2 w: i8 j% `$ ~ ▲我國人工引雷試驗 | 中國氣象局
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閃電巨大的威力來自于它巨大的電流,峰值時可達幾萬安培(2200瓦的家用大功率電取暖器額定電流也不過10安培)。閃電持續(xù)的時間往往非常短,實際輸送的能量并沒有想象中那么大。) v5 p# t2 F3 x; K
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據(jù)資料顯示,一次普通閃電電壓約為500萬伏,電流約為2萬安,持續(xù)時間約為0.1秒,E=UIt=5000000*20000*0.1= 10億焦耳
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5 m C' x# v! c: V10億焦耳看似數(shù)值驚人。但事實上,1度電(1kWh)就有360萬焦耳。換算一下,從一道閃電中大約可獲取280度電,相當(dāng)于閃電電擊一下,僅能充滿(或者報廢)一臺特斯拉電動汽車。! f" U/ e2 u! h( _8 L$ V
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如果按照1度電0.5元計算,一道閃電的價值大約是140元!這樣的產(chǎn)能確實不太令人滿意。以后有人再說,閃電有不可估量的能量時,你可以反駁啦!0 D* q# x; A: ?3 |5 z
! ~+ P1 C2 G1 ]閃電是大自然創(chuàng)造的,但是我們?nèi)祟愐矂?chuàng)造了“人工閃電”(特斯拉線圈)。特斯拉線圈又叫泰斯拉線圈,這是從"Tesla"這個英文名直接音譯過來的。特斯拉線圈是由一個感應(yīng)圈、變壓器、打火器、兩個大電容器和一個初級線圈的互感器組成。
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其原理是首先利用變壓器升壓,然后給初級回路電容充電,充到放電閾值時,火花間隙放電導(dǎo)通,初級回路發(fā)生電磁振蕩,給次級線圈提供足夠高的激發(fā)功率。由于初級線圈和次級線圈的固有頻率設(shè)置相等,可以發(fā)生電磁共振,次級線圈可以積累極高的電壓,當(dāng)電壓能夠擊穿空氣時,我們就看到人工閃電了。0 B1 c6 e/ g; T
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