閃電是云與云之間、云與地之間或者云體內各部位之間的強烈放電現象。通常是暴風云(積雨云)產生電荷,底層為陰電,頂層為陽電,而且還在地面產生陽電荷,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氣道從地面直向云涌去,產生出一道明亮奪目的閃光。
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2 x2 Y/ H: P1 c 一道閃電的長度可能只有數百米(最短的為100米),但最長可達數千米。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。
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2020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!相當于從武漢直接閃到了上海。
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2 ]: v$ q( |2 b6 z' b) N. @不過,它并不是發生在我國境內,而是在2018年10月31日發生于巴西南部。WMO同時還公布了持續時間最久的閃電:2019年3月4日阿根廷北部,這道閃電持續了驚人的16.73秒。. `' K3 ]( y( v8 u/ g8 Y) v
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% q8 F6 z4 v, U9 u 如今衛星遙感技術快速發展,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鍵數據。最近公布的最長橫跨距離和最長持續時間的巨型閃電,就是被名為GOES-16的地球同步軌道環境衛星觀測到的。
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GOES-16地球同步軌道環境衛星(由美國國家海洋與大氣局管理)
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閃電的發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。我國氣象科學研究院連續多年開展了“人工引雷”試驗,“人工引雷”是通過閃電產生條件預測閃電的形成區域,然后發射一枚拖拽著金屬絲導線的小火箭,通過金屬絲將閃電引至定點目標物。下圖是2019年7月的實驗場景,場面酷炫如科幻大片。
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$ G6 v+ }; w$ ^4 I- b# E▲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)。閃電持續的時間往往非常短,實際輸送的能量并沒有想象中那么大。0 \8 w* g& u7 @. M2 j
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據資料顯示,一次普通閃電電壓約為500萬伏,電流約為2萬安,持續時間約為0.1秒,E=UIt=5000000*20000*0.1= 10億焦耳- j: K. m& [: E2 {" k% J4 ^/ Z$ z
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10億焦耳看似數值驚人。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,相當于閃電電擊一下,僅能充滿(或者報廢)一臺特斯拉電動汽車。; y! v8 w! p7 K, a0 p2 Y
6 i: |! l% o+ o& W% X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!2 n& x4 {4 v& d) g. `/ h0 {$ t
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閃電是大自然創造的,但是我們人類也創造了“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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7 K- R+ z2 K( a9 |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,火花間隙放電導通,初級回路發生電磁振蕩,給次級線圈提供足夠高的激發功率。由于初級線圈和次級線圈的固有頻率設置相等,可以發生電磁共振,次級線圈可以積累極高的電壓,當電壓能夠擊穿空氣時,我們就看到人工閃電了。; _5 J ^( F j7 P% M
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