地球与空间科学学院孟醒2005.12

1、地球与空间科学学院地球与空间科学学院 孟孟 醒醒 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下公式计算 其中 雷击大地年平均密度(次/

2、 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)dTegAKNN 3 . 1024. 0dgTN 2km2kmKHHHHWLLWAe2002002教二楼俯视简图池塘树木mL70mW15mH25n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0427. 0N 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

3、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

4、产生率100次/秒，每年全球上空会发生 31亿多次闪电。J10103kg10102 . 7910 由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。W12103n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

5、度和介电常数的乘积应大于此值。SSQE021mS mVE/1039. 312C30n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。71010结束语结束语 我们习以为常的雷电现象，其中蕴含如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。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。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