雷电原理-闪电.ppt

第七章 雷暴云闪电,一、闪电 二、雷 三、负地闪放电过程,一、闪 电,1、闪电的定义： 闪电指积雨云中不同符号荷电中心之间的放电过程，或云中荷电中心与大地和地物之间的放电过程，或云中荷电中心与云外大气不同符号大气体电荷中心之间的放电过程。,2、闪电分类,根据闪电形状： 线状、枝状、片状、球状、蛛状等,闪电发生位置：,云闪 地闪,云内闪电 云际闪电 云空闪电,正地闪 负地闪,高层大气放电,(闪电发生位置)闪电分类,云内闪电,云际闪电,枝状闪电,片状闪电,线状闪电,株状闪电,蛛状闪电,按先导所转移电荷的极性和运动方向可分为四类：,下行负地闪 下行正地闪 上行负闪电 上行正闪电,地闪类型：,球状闪电,闪电的一些统计资料,1、云地闪电约占总闪电的六分之一。 2、负地闪电约占总云地闪电的90%以上。 3、 正地闪产生的电流明显大于负地闪，正地闪的平均持续时间比单次负闪击地闪持续时间要长,大部分正地闪通常只有单次回击 。 4 、一次地闪过程的持续时间典型值为0. 2 s。 5、一次负地闪过程输送到大地的地闪电荷平均值约为20C。,二、雷,1、雷的定义： 伴随闪电而产生的声辐射。 闪电能量是在瞬间释放的，因而具有极其强大的闪电功率，从而构成一次爆炸过程，于是闪电产生冲击波，并在传播过程中迅速衰减为声波，形成所谓雷 。 雷可分为两部分： 一是人耳可以听到的声能量，称为可闻雷， 可闻雷又可分为炸雷和闷雷。 二是次声，频率低于人耳能够听到的雷声， 通常在几十赫兹以下。,2、雷的描述,(1) 云地闪电通常产生最响的雷。 (2) 在超过十英里左右的距离外偶尔才能闻雷。 (3) 用看到闪电与听到第一次雷声之间的时间 间隔可以估计闪击距离。 (4) 大气湍流能减小雷的可闻度。 (5) 紧接强烈雷鸣之后，常有倾盆大雨。 (6) 雷声的强度似乎一地不同于另一地。 (7) 当隆隆声持续时，雷的音调变深沉。,三、负地闪放电过程,负地闪放电过程定义为将云内的负电荷输送到地面的放电过程。 一次始于云中的负地闪放电过程通常将几十库仑的负极性云电荷带到地面。 按照国际惯例，一次完整的闪电过程定义为一次 “闪电(flash或 lightning flash)”，其持续时间为几百毫秒到1秒钟不等。 一次闪电包括一次或几次大电流脉冲过程，被称为“闪击(stroke)”,而其中最强的快变化部分叫“回击（return stroke）”。闪击之间的时间间隔一般为几十毫秒，对地闪电在人眼中所呈现的闪烁，便是由几次闪击所造成的。,一次完整的地闪发展过程示意图,预击穿过程P 梯级先导L 连接过程 首次回击R 连续电流过程C 直窜（箭式）先导 继后回击 回击后,预击穿过程,电荷：云中大电场在地面感应出符号相反的电荷。 动力原因。,梯级先导过程,击穿/梯级先导的发展：梯级先导是一系列小电流脉冲(约50m长)，随着它的向下传输电离一个空气柱。 平均传播速度：3105m/S Fractal。,连接过程,连接：向下发展的梯级先导与从地面产生的向上的连接先导连接后，形成一个完整的电离通道。 闪击距离。,在雷电防护设计中一个重要的参量 闪击距离指连接先导从被雷击物体上激发出来的瞬间被雷击物体和下行先导之间的距离。（指先导向下运动的顶端与闪击目标间的距离，就是与目标物直接相连的距离，通常这一点已确定。） hr=10*I0.65 (hr击距） I1=5.4KA I2=10.1KA I3=15.8KA,闪击距离,首次回击,回击：在由梯级先导形成的电离通道中流过的大电流脉冲，并中和了更多的云中电荷。 宽频谱。,关于回击,回击上行的速度约为5107m/S，并随高度而衰减。一般认为首次回击的峰值电流平均值为2040kA， 200kA的发生几率为1。继后回击的峰值电流分布与首次回击类似，但大小差不多为首次回击的一半。 ，回击通道的电流核心为1cm 左右，通道温度在瞬间达到30000度，由此产生的高压使通道迅速扩张，并产生冲击波，最终变成雷声。 每个地闪平均有4个回击,直窜先导,直窜先导:一个直窜先导快速地跟随着回击并重新电离传导通道。 暂态电离通道。 平均传播速度：2106m/S,继后回击,继后回击:直窜先导到达地面后第二个回击发生。 RLC oscillation。,连续电流过程,大部分的闪电包含至少一个短或长连续电流过程。 其次约50的闪电包含一次长连续电流过程，这类闪电向地面输送的电荷约为不包含长连续电流闪电的两倍。单次闪击正地闪之后的连续电流过程输送到地面的电荷所占的比例较负地闪中的连续电流要大的多。 含有长连续电流分量的闪电对地面物体的危害为没有连续电流闪电的几倍，因而被称作“热闪电”，它常引起森林火灾、金属构筑物的过热损伤或高架输电线的损坏等。,地闪电场变化,B变化：预击穿 I变化：云内放电 L变化：先导 R变化：回击 C变化：连续电流 J变化： 回击后 M变化：C过程中 K变化：云内流光 F变化：放电后期,思考题,1、闪电的定义。 2、闪电的分类。 2.1 云闪指不与大地和地物接触的闪电，它包括（ ）；（ ）；（ ）。 2.2 下列关于正地闪的叙述正确的是（ ） A正地闪在夏季雷暴中很常见 B正地闪过程转移的电荷量比负地闪要少的多 C大部分正地闪通常只有单次回击 D正地闪回击后，连续电流过程不明显,思考题,2.3 下列关于正地闪和负地闪的对比说法不正确的是（ ） A正地闪比负地闪发生的概率要低 B正地闪产生的电流明显大于负地闪 C正地闪比负地闪输送的电荷量少 D正地闪的平均持续时间比单次负闪击地闪持续时间要长 2.4 一次地闪过程的持续时间典型值为（ ） A1 s B 0. 5 s C0. 2 s D2 s 3、什么是雷？是怎样产生的？ 4、一次地闪放电过程，可包括（预击穿过程；梯级先导；回击；直窜先导；继后回击）等子过程。,思考题,5、关于回击电流下列说法正确的是（ ） A回击电流是具有双峰形式的脉冲电流波形 B首次回击的峰值电流约为继后回击的3 倍以上 C地闪电流中以回击电流最强，危害最大 D常见的负地闪回击中，峰值电流典型值为103A 量级 6 、一次负地闪过程输送到大地的地闪电荷平均值约为（ ） A20C B30C C40C D50C,思考题,7 、下列关于正地闪的叙述正确的是（ ） A正地闪在夏季雷暴中很常见 B正地闪过程转移的电荷量比负地闪要少的多。 C大部分正地闪通常只有单次回击 D正地闪回击后，连续电流过程不明显 8、什么是闪击距离？ 闪击距离是闪电防护的重要参数之一，指连接先导从被雷击物体上激发出来的瞬间被雷击物体和下行先导之间的距离。 9、雷的定义。 10、 雷可分为两类：（ ）；（ ）。,思考题,11、梯形先导的平均发展速率一般为（ ）量级 A 104 m/s B 105 m/s C 106 m/s D 107 m/s 12 、关于地闪的回击过程，下列说法不正确的是（ ） A回击的亮度比先导强的多 B回击的传播速度平均为5107 m/s C回击通道的直径可达几十厘米 D回击的峰值电流可达104A 量级,思考题,1