从能量守恒的角度来看,在一个系统中,能量不可能无缘无故地产生或消失,其总量保持动态平衡,这就是我们经常接触到的能量守恒定律。至于地球大气层产生的闪电,我们也遵守这个规律。之所以有这样的疑惑,是因为我们没有准确或全面地把握“系统”这个概念。我们来看看闪电是如何产生的。闪电规模大,涉及面广。本质上也是电荷中和反应的结果。它的产生依赖于空气的剧烈对流运动,因此它在夏天比冬天发生得更频繁。闪电的产生必然是在云中形成电荷不同的云层。当带正负电荷的云中的电积累到一定程度时,就会形成足以突破中间空气的电位差,从而引起剧烈的电荷中和反应。
在空气剧烈对流的过程中,当热空气上升时,其携带的水蒸气会凝结结晶成微小的冰粒,这些微小的冰粒由于不断的对流而相互碰撞,从而聚集成不同体积和重量的冰晶,而那些重量较大的冰晶会相对密集地分布在云层的下端,带负电;而重量较小的冰晶会被气流带到更高的地方,在云层的上端密集,带正电荷。空气对流越剧烈,空气中水汽含量越高,云电荷不同性质的上下分布越明显,累积电位差越大。当电位差达到一定程度时,可以突破中间层的空气,使空气分子电离,从而形成正负电荷传递的通道,从而产生剧烈的电荷中和放电反应,我们可以看到地面上闪电的发生。
放电过程中会同时释放出大量的光能和热能,引起周围空气剧烈膨胀,进而推动空气形成冲击波,我们就会听到雷声。因为声音传播的速度远低于光速,所以我们需要在看到闪电发生后听到雷声,但它们实际上是同时发生的。有时候,当云的高度较低时,当近地空间或地面上的物体携带的电荷与云下端携带的电荷相反,达到一定的电势差时,云与地面之间就会有一定的概率突破空气,从而导致破坏性很强的近地闪光。风暴云会在地面产生正电荷,吸引云中的负电荷,从而对地面造成雷击。因为空气不是良导体,地面上的正电荷寻找树木、山丘、高楼甚至人体,并试图通过这些尖端向上释放,与云中的负电荷握手。
所以雷雨天尽量不要站在高处,也不要站在屋檐和树下。只有中和释放出来,云与地才会消亡,才会和平相处。释放出来的副产品是热能,通过空气分子的热传导和对流逐渐消散在空气中。是“消散”,而不是消失。这种消散就像在野外点起篝火,在篝火里挂一个锅煮水煮肉,消耗掉一部分能量,剩下的大部分能量消散在空气中,通过热对流和热传导逐渐消失。我们会感受到火光附近的热量,成为一个有助于把热量转移走的物体。
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