总结

闪电对我们来说并不陌生。每次降雨之前或期间,都会有雷电交加。就像科幻电影一样,雷鸣总是让人眼花缭乱,这种类似仙女渡劫的场景,古人把它玄学化了。比如在我国的神话中,有雷神和电母负责雷鸣和闪电。在西希腊神话中,宙斯是雷电之神。但其实雷电和下雨一样,是一种自然现象,也是一种天气。因此,在天气预报中,你也会听到有关雷电的相关警告。一般这个时候都会要求大家关好门窗,避免外出,甚至会说家里不要使用大型电器,以免被雷击。

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闪电在释放过程中往往会携带巨大的电流和电压。最大电流可达30万安培,电压可达10亿伏特。这个惊人的数字,让人不禁想到闪电拥有如此巨大的能量,我们是否可以将其作为一种新型能源来收集利用呢?

闪电是如何产生的

想要使用闪电之前,你必须知道闪电是如何产生的。作为一种自然现象,普通人认为闪电的发生是偶然的,但在共同的研究下,发现了闪电产生的原因和规律。

闪电来自积雨云(又名雷暴云)。这种类型的积雨云具有很强的对流活动。它一般位于地面和电离层之间,距离地面约十公里。其中的正电荷和负电荷固定在独特的位置,层次分明。当两者强烈碰撞时,积雨云内部的电场强度增加,数值比平时高出十多倍。又因为积雨云中的水在一定高度冷却转化为固态冰,会形成雪花、冰屑、冰晶等不同质量的颗粒。地面相互碰撞,导致彼此带上不同的电荷。

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经过这一系列的对流活动,积雨云会分成三个带电部分,上部是正电荷区,下部是负电荷区,底部有少量正电荷区域。当它们的电荷积累和分离达到一定程度后,云中的电场强度增加,闪电就形成了。根据不同地区和当地气候,形成不同类型的闪电,如锋面闪电、热闪电、地形闪电等。而且闪电有两种,一种叫云闪,一般发生在云层中间,对地面没有影响;另一种是对人体危害较大的地闪,我们常说打人的雷就是地闪的一种。


人工雷电感应技术

人工雷电感应是指在有积雨云或雷雨天气的地方,用特殊的导线将雷电引到地面,使偶发的闪电在一定的时间送到地面和地方。一个固定的位置。

这种引导闪电的方法不仅将防雷从被动变为主动,也方便气象工作者收集各种数据,对闪电进行更深入的观测和研究。

比较常见的方法是用底部有导线的火箭来感应雷电,也就是一般所说的火箭导线雷电感应技术。


这项技术是在雷雨天气,提前预测并选择固定位置,发射小型火箭拖着电线到雷暴云身边,让电线被拉长接触到雷暴云体内的电场,并且闪电将通过电线输送到地面上的固定位置。

这项技术最早起源于美国。20世纪60年代,美国科学家发现金属线可以导电,随后进行相关实验并取得成功。之后,法国和日本相继掌握了这项技术。我国是世界上第三个掌握人工感应雷电技术的国家。我国第一次人工闪电实验于1974年在宁夏固原实现。但由于当时国家经济困难,科研经费有限,拖线的方法是简易地球火箭

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在第一次成功后,科学家们继续测试和改进这项技术。1989年,在甘肃永登黑门子,郑秀生等人成功完成了人工引雷任务。之后,进行了多次人工闪电实验,并取得了丰硕的成果。1994年,二代新型火箭研制成功,在江西云冈引雷成功

需要特别注意的是,这是首次在不接触地面的情况下实现了机载雷电感应,标志着我国人工雷电感应技术又向前迈进了一步。在相关报道中,将闪电引向地面,火花四溅的情形,与星战中的激光刀剑格斗场景十分相似。


这项技术的重要部分其实就是拖着钢丝的火箭。一般来说,这种火箭的大小和形状与防雹火箭大致相似。不同的是,级火箭发射进入弹道后,自身的速度有明确的限制。

因为如果火箭的速度太快,拖在底部的钢丝就会断掉。如果电线断了,连不上雷暴云,就不能导电,就会导致实验失败。

大家这时候肯定在想,所以慢点。但如果速度太慢,它就不起作用。很多实验表明,火箭的发射速度必须大于雷暴云体内带电粒子的移动速度,否则无法完成闪电。

基于以上特点,可确定导雷火箭的主要参数为:火箭可达高度H≥800米;火箭最高速度V≤190米/秒;火箭在主工作区的速度为120米/秒。

对于线材的研究也比较深入,主要是关于线材如何缠绕以及线材的直径。引雷线必须具备以下特点:一定要硬,可以拖;表面光滑,可以减少起飞时与空气的摩擦阻力

目前选用的钢丝是细钢丝,直径0.2mm,抗拉强度72N,重量0.25kg/km,表面光洁。线材的绕轴一般直径为150mm,高度为50mm。人工引雷相关研究项目
人工引雷项目不仅由气象局主持,也有国家电网等单位参与。因为雷电对电网的危害也是很大的,每当有雷雨的时候,由于雷电的偶然不确定性,会直接击中输电线路或者电网。当


撞到输电线路时,会对变压器等设备造成损坏,甚至会停止输电工作。打到电网后,电网会自动产生压降。这种现象虽然不会影响变压器的使用,但是会对电脑等耐压低的设备造成很大的损害。据了解,法国第一次进行人工闪电实验是在1960年左右。当时,由于闪电的侵入,法国的供电站每年发生故障多达十次。
不能打扰法国国家电网的工作人员,于是在国家的投入下,开始研究和试验人工闪电技术。为了保证实验顺利进行,不损坏电路,他们还专门设立了实验站,用于人工感应雷电。借鉴了美国成功的人工雷电感应技术,实验进行得比较顺利。前后进行了四十多次实验,最后得出的结论是人工闪电和意外击中高空物体的雷电是相似的,测试数据表明接地装置中的真实电阻为低于估计电阻值百分之三十。
2008年,我国气象科学研究院与中国航天集团公司达成合作,研究新型人工引雷火箭。在航天局的帮助下,新型火箭的研究工作似乎非常顺利。毕竟是专业的,太空火箭能研制成功,这种火箭更是小菜一碟。因此,不到一年就研制成功,在2009年发射成功,引爆了地雷。
据悉,新型人造火箭由五部分组成:火箭体(包括鼻锥和发动机)、回收装置(降落伞和伞舱)、尾翼、钢丝轴和金属丝(Y0.2毫米)).

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因为是航天局研制的,所以火箭使用的研发材料也是用新技术研制的。它们很轻。与之前的火箭相比,重量增加了一倍。只有2.5Kg,减轻了下水时的负担。而且这种材料在防雨方面也比较好,发射过程中受到的外界干扰因素对箭体影响不大。

雷电灾害

全球雷电灾害频发,损失惨重。近年来最严重的事件就是印度的雷击事件,直接导致近90人死亡。这个数字很夸张,但却是真实的。更多的原因是印度平民的防雷意识不高,印度的供电设备非常简陋。穷人买不起电,就用简易的导电铁夹夹在公共电路的电线上,偷电来用,也正因如此,一个新的职业应运而生,专门做电工在偷电中。据统计,我国一分钟内发生77次雷击,每年受雷击严重的地区多集中在西部农村和边远地区。

国家也在不断努力应对这种情况。除了改善当地的基础设施,增加防雷设备外,提高防雷意识也是非常重要的,所以现在雷电多发地区农村的基层人员都在大力提倡防雷的理念防雷安全。受雷击灾害影响最大的地区其实是森林。雷雨天气雷电击中树木后会产生火花,会在短时间内引发大范围的森林火灾,而森林火灾是人工难以扑灭的。


例如巴西热带雨林大火和澳大利亚森林大火都燃烧了数月没有完全扑灭,当地生态受到很大影响。针对森林火灾的零星、易蔓延特性,人工引雷将发挥非常明显的作用,将偶发闪电引向无树或树木稀少的地区。并能在计划内及时控制,避免发生重大森林火灾。

闪电储能

目前,虽然已经进行了很多人工闪电实验,技术日趋成熟,但仍然存在很多不确定因素。因此,成功将雷电用电线引到大地后,是否有蓄电装置来储存引出的雷电,还是没有疑问的。


因为那一瞬间的雷电被抽出来后的电压和电流都非常高,所以目前还没有合适的材料可以做成相关的储能装置,能够在短时间内接收如此多的雷电能量。因此,虽然引导雷电的技术与日俱增,但是避雷只是一个概念,并没有付诸实践。每个人都希望看到直接从天上引导闪电作为一种动力资源的想法已经不远了,只有在未来才能实现!

闪电是一把双刃剑

闪电会带来一些灾难,但闪电是大自然赐予的一种自由能量。从这种能量根据目前的研究,人工诱发闪电可以在短时间内增加局部降雨量,可以说是人工降雨技术的又一次创新。相信,通过不断的研究和实验,在未来的某一天,我们一定可以将闪电转化为能源加以利用。