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雷电是自然界中里伴有闪电和雷鸣的一种放电现象。雷电一般产生于对流旺盛的积雨云中,因此常伴有强烈的阵风和暴雨,有时还伴有冰雹和龙卷风。积雨云顶部一般较高,可达20公里,云的上部常有冰晶。冰晶的凝聚,水滴的破碎以及空气对流等过程等都会使运产生电荷。
云中电荷的分布较为复杂,但一般而言,云的上部以正电荷为主,下部以负电荷为主。当云的上、下部之间形成的电位差达到一定程度后,就会产生放电,这就是我们常见的闪电现象。放电过程中,由于闪电通道中温度骤增,使空气体积急剧膨胀,从而产生冲击波,导致强烈的雷鸣。带有电荷的雷云与地面的突起物接近时,它们之间也会发生激烈的放电,这种情况经常伴有人畜或建筑物、动植物遭到“雷击”的现象。雷雨天:天上的云有的带正电,有的带负电,两种云碰到一起时,就会放电,发出很亮很亮的闪电,同时又放出很大的热量,使周围的空气很快受热,膨胀,并且发出很大的声音,这就是雷声。
从雷电的产生机理可以看出是强烈的瞬间放电导致放电通道中的温度骤增,接着其中的空气受热后体积急剧膨胀。闪电的温度,从摄氏一万七千度至二万八千度不等,也就是等于太阳表面温度的3~5倍。闪电的极度高热使放电通道空气剧烈膨胀。这种瞬间生成的高温高压气体由于和周围气体产生巨大的压力差而向周围迅速扩散移动,系统本身的能量则借助于气体的急剧膨胀而转化为对周围介质做机械功,通常同时伴随有强烈放热和声响的效应,即打雷。
所以精确地说:先有闪电后有打雷,因为是放电后产生雷鸣。但是由于闪电的电压、电流极大,放电产生的热量极多,且闪电是以电磁波的速度(光速299792457.4±0.1米/秒)发生的,所以尽管有先后,实际上两者相差的时间间隔极其短,一般的测量和观察几乎很难发现。但是日常生活中在雷电天气我们又经常可以看见很明显的现有闪电后有打雷的“观测”结果,是怎么回事情呢?
原来,这是由于两者传播速度差异很大造成的一种“扭曲放大”效果。闪电以光速传播,雷声以声速(340米/秒)传播,一般电闪雷鸣的发生地离观察的人的距离有数公里到数十公里,两者巨大的速度差异导致几乎同时发生(实际有先后)闪电和打雷传到同一个观察者的眼和耳后,闪电明显早于打雷。这个可以说是大自然的一种“歪打正着”,本来很难觉察到的先后顺序通过传播时间的明显差异也可以让人轻易觉察到。
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因为光的传播速度总是比声波快,光的速度为每秒30万千米,声波的速度为每秒340米,虽然打雷时闪电和声音同时产生,但光的传播速度更快,所以远方的人先看到闪电,再听到声音。
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在天空中闪电和打雷的时间是同时发生的,但是光合声音在大气中传播的速度差异很大,光的传播速度要远远快于声音,所以先看到闪电。
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因为在空气中,光的传播速度比声音快,所以先看见,才能听见。
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是因为光的速度要比声音的速度快出很多,所以我们才会先看到闪电后听到打雷。