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1、地球与空间科学学院 孟 醒 2005.12 积云 地面 雷电的形成 n空气闷热潮 湿的时候， 水蒸气受热 上升，遇冷 空气凝结形 成积云。 n大块的云顶部 带正电，底部 聚集负电，接 近地面时，地 面感应出正电 ，这样在云层 和大地之间形 成了一个电容 器。 n电荷积累到一 定数量时，强 大的电场力使 大气击穿,发生 云层与大地间 的放电，就是 雷击，一部分 能量以光形式 放出,就是闪电 。 雷电的危害 据不完全统计，全球平均每年因雷电灾 害造成的直接损失超过10亿美元，死亡人 数在3000人以上。 建筑物遭雷击是比较普遍的一种灾害。 n二教预计年雷击次数的计算与分析 建筑物预计年雷击次数由以
2、下公式计算 其中 雷击大地年平均密度(次/ 年) 当地年平均雷暴日 校正系数 等效面积( ) (建筑物防雷设计规范) 教二楼俯视简图 池塘 树木 n理论计算: 1.为方便计算取二教主楼长、宽、高分别为70米 、15 米、25米。 2.合肥年平均雷暴日数25.8天。 3.一般情况K取1。 这样计算出二教的预计年雷击次数为 次/年 进行分析： n周围建筑群中二教较突出，容易尖端放电。 n近水造成土壤电阻率减小，易感应出电荷。 n楼后树木较高，不排除树木引雷的危险。 n避雷针 “引雷”而非“避雷” 利用尖端放电原理，避雷针尖端电导率比其 它地方大许多，率先把空气击穿，使云层与地面 电荷不断中和，避免
3、电荷累积和大规模放电。 有关避雷 n绝缘大地 试想，如果大地绝缘，不能感应出电荷，自然不 会有雷电发生。 一条思路- 建在电导率较大土壤上的建筑物，与建在电 导率较小土壤上的建筑相比更易遭雷击。 n静电屏蔽 导体在静电场中,其内部场强处处为零 高压带电检修工人身着均压服作业 楼房能否穿上“均压服”？ 笼式避雷网楼房的保护伞 闪电能 n声势壮观的雷电能产生多少能量呢？ n课本上的习题： 夏季雷雨时，通常一次闪电里两点间的电势差约 伏，通过电量为30库仑，计算出每次闪电耗能 ，能将 水从零摄氏度加热到一百 摄氏度。 n统计数据： 全球闪电产生率100次/秒，每年全球上空会发生 31亿多次闪电。 由
4、以上两方面数据计算出闪电的总功率是 远远超过世界上任何发电厂的输出功率！ 自然想到，如果将这些能量输入电网供人类使用 ，该是多大一笔财富啊。 n存在的困难： 闪电的发生是一个瞬时过程，在很短的时间 内产生极大的脉冲电流。必须有设备来存储这巨 大的电能。 n思考： 电容器是用来储能的电路元件,可否使用它来存储 闪电能量呢？ n计算： 假设一次闪电使平行板电容器带上的电量 ， 极板面积 ，其填充电介质介电常数 ，根据即 可得极板间电场强度与介质介电常数的关系： 简便起见取 由此得 对电介质的要求是其介电强度和介电常数的乘积 应大于此值。 n困难： 一般电介质介电强度的数量级是 ，介电常数 在 以内，远不能满足要求。 n解决： 1.寻找新材料 电介质的介电强度和介电常数必须足够大，才能 不被击穿。 2.研制其它的储能设备。 结束语 我们习以为常的雷电现象，其中蕴含如 此多的知识，人们还在不断地探索和发现。 从远古时代对雷电的畏惧到现今的研究利用 ，我们看到了人类身后一排艰辛的脚印。谨 此向所有为雷电学研究作出贡献甚至献出生 命的科学家们致敬！ 感谢林宣滨老师! 感谢各位的观看!