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闪电的速度是光速吗

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闪电,是大自然神秘而壮观的现象之一。它很早就被人类观测到并记录下来,如我国古代的《周易》就记录了发生在公元前1078年的一次球形雷,这也是世界上最早的雷电记录。 1749年,富兰克林用风筝实验证实了闪电其实是大气中发生的火花放电现象。当发生闪电时,会放出大量的光和热,沿途空气被强烈加热、水滴迅速气化、体积骤然膨胀而产生冲击波,使空气产生猛烈的震动,由此产生的声音就是雷鸣。闪电和雷鸣都是常见的自然现象。

一般情况下,雷电多在人们没有防备的一瞬间发生并完成,所以一直以来,雷电给我们的印象就是迅速、猛烈。早在战国时代的《六韬》一书中,古人就对雷电的迅猛进行了总结:“疾雷不及掩耳,迅电不及瞑目。”这就是我们今天常说的“迅雷不及掩耳”的出处。

事实上,和闪电的速度相比,雷声的速度简直是“弱爆了”,但是关于闪电的速度,学者和专家们一直没有得出比较确切的结果。很多人认为“闪电的速度就是光速,就是30万千米/秒”,而也有不少人表示不认同,并展开了激烈的争论。那么闪电到底有多快,它和光速是不是一回事呢?

这得从闪电的发生过程说起。在一次正常的闪电前,云里的电荷分布是这样的:云的上部以正电荷为主,中、下部以负电荷为主,底部有少量的正电荷。当正、负电荷的量达到一定的水平时,就会引起放电,这就是我们平常所见的闪电现象。闪电可以发生在同一块云的不同部位之间,也可以发生在云与云之间、云和地之间。发生在云和地之间的闪电称为云—地闪电。由于云—地闪电与我们人类的活动和生命安全密切相关,所以对它开展的研究也最多。通过高速摄影仪器我们得知,一个完整的云—地闪电其实是由多次连续不断的放电过程组成,这些放电过程沿着同一条通道,如同海浪一样一波接一波,每两波的时间间隔仅有百分之几秒。每次放电一般包括先导和回击两个过程:先导主要是为闪电放电建立电离通道,相当于“铺路”;当先导很接近地面时,就像接通了一根导线,强大的电流以极快的速度由地面流至云层,这一个过程称为回击,约需70微秒的时间。如果云层还有足够的电量,就开始第二次的先导-回击放电过程。一次完整的云-地闪电过程持续时间约为0.2秒。

由于闪电是一种放电现象,所以它遵循一定的物理定律,它本身的速度受到空气电导率等很多因素的影响。有关学者通过对多个闪电精细的科学观测,发现闪电在不同的行进阶段速度有所不同,如闪电的先导过程的平均速度为1.5×105米/秒,约为光速的1/2000,而回击过程的速度远大于先导速度,为光速的1/10~1/3。美国能源部给出的闪电平均速度为1.45×108米/秒,大致为光速的一半。佛罗里达大学的学者通过研究,得出闪电的速度为1.0×105 ~1.4×106米/秒, 平均速度为4.4×105米/秒。虽然这些数据不一定十分准确,但是可以确定的是:闪电的速度远低于光速,同时又远高于雷声的速度。

之所以很多人认为闪电的速度就是光速,主要是把闪电发出的光传播到我们眼中的速度当成了闪电本身的速度。

闪电和雷声同时发生,但闪电的光传播到我们眼中的速度要比雷声传播到我们耳朵中的速度快得多。这也是为什么我们总是先看到闪电,后听到雷声的原因。光在空气里差不多每秒钟要走30万千米,用这样的速度,1秒钟可以围绕地球的赤道跑7圈半。而声音在空气中每秒钟约走340米,差不多只有光速的90万分之一。

由此,利用它们的速度差,就可以判断自己与闪电的大致距离了。方法如下:从看到闪电时开始计时,听到声音后停止计时。得到的秒数乘以声速(在空气中约为340米/秒)得到的数据就是闪电与你的大致距离。例如,在看到闪电发出的光束3秒钟后,听到了雷声,那么雷电发生位置大约在附近1000米处。根据前后两次估计的距离的大小变化,就可以知道雷雨是在靠近你还是远离你了。

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