當前位置： 當前位置：首頁 > 焦點 > 《地球物理研究快報》：科學家用高速照相機獲得的獨特圖像揭示避雷針是如何工作的正文

高速攝像機捕捉到的圖像顯示，幾個避雷針試圖連接到向下的物理放電。Credit: Diego Rhamon/INPE
（神秘的研究地球uux.cn）據(jù)美國物理學家組織網(wǎng)（by José Tadeu Arantes, FAPESP）：憑借高速相機和在正確時間出現(xiàn)在正確地點的運氣，巴西國家空間研究所(INPE)的快報科學研究員物理學家Marcelo Saba和博士候選人Diego Rhamon獲得了一張獨特的閃電圖像，顯示了與附近建筑物的家用機獲揭示聯(lián)系細節(jié)。
這張照片出現(xiàn)在2022年12月28日發(fā)行的高速工作《地球物理研究快報》(GRL)的封面上，其中有一篇以薩巴為第一作者的照相針何文章。
“這張照片是圖像在圣保羅州圣若澤多斯坎波斯的一個夏日傍晚拍攝的，當時一個帶負電的避雷閃電以每秒370公里的速度接近地面。當它距離地面幾十米時，地球得的獨特附近建筑物頂部的物理避雷針和高物體產(chǎn)生正向向上的放電，競爭連接到向下的研究雷擊。連接之前的快報科學最終圖像是在閃電擊中其中一座建筑物之前的千分之二十五秒獲得的，”Saba說。家用機獲揭示
他使用了一臺每秒拍攝4萬幀的高速工作相機。當視頻以慢動作播放時，它顯示了閃電放電的行為，以及如果保護系統(tǒng)安裝不當，它們會有多危險:盡管附近有30多個避雷針，但雷擊并沒有連接到它們，而是連接到一座建筑物頂部的煙囪。“安裝過程中的一個缺陷導致該區(qū)域沒有受到保護。30，000安培放電的影響造成了巨大的破壞，”他說。
平均而言，所有雷擊中有20%涉及云和地面之間的放電交換。另外80%發(fā)生在云層中。幾乎所有接觸土壤的撞擊都是云對地放電。向上的撞擊也會發(fā)生，但很少發(fā)生，而且是從高山、摩天大樓、高塔和天線等高層建筑的頂部開始。根據(jù)轉移到地面的電荷，雷擊也可分為負雷擊和正雷擊。
“雷擊距離可長達100公里，傳輸電流高達30，000安培，相當于30，000個100瓦燈泡同時使用的電流。在某些情況下，電流可以達到30萬安培。典型的雷擊溫度為30000攝氏度，是太陽表面溫度的五倍，”薩巴說。
雷擊是如何形成的
他解釋說，這一切都始于云電氣化。這種機制知之甚少，但基本上涉及冰顆粒、水滴和冰雹之間的摩擦，釋放電荷，并在不同的云區(qū)之間產(chǎn)生極性，電勢差從1億伏到10億伏不等。
“記住，風暴云是巨大的結構。底部距離地面2公里至3公里，頂部高度可達20公里，直徑可達10公里至20公里，”他說。
當電荷尋找電阻最小的路徑，而不是最短的路徑，也就是直線時，雷擊就會分叉。阻力最小的路徑通常是曲折的，它是由不均勻的大氣的不同電特性決定的。“由多次放電組成的雷擊可持續(xù)2秒鐘。然而，每次放電只持續(xù)幾分之一毫秒，”薩巴說。
他補充說，避雷針既不吸引也不排斥雷擊。它們也不像過去認為的那樣“排放”云。它們只是為閃電提供了一條簡單安全的接地路線。
因為依靠避雷針的保護并不總是可能的，而且大多數(shù)大氣放電發(fā)生在熱帶地區(qū)的夏季，所以值得考慮Saba的建議。“下午的暴風雨比早上更頻繁，所以夏天下午的戶外活動要小心。如果你聽到雷聲，找個地方躲起來，但千萬不要躲在樹下或電線桿下，也不要躲在搖搖欲墜的屋頂下，”他說。
“如果你找不到安全的地方躲避，就呆在車里，等風暴過去。如果沒有汽車或其他遮蔽物，雙腳并攏蹲下。不要直立或平躺。在室內(nèi)，避免接觸電器和固定電話。”
被雷擊中幸存是有可能的，這樣的例子很多。如果患者迅速接受治療，幾率會增加。“心臟驟停是死亡的唯一原因。在這種情況下，心肺復蘇是推薦的治療方法，”薩巴說。
Saba在2003年開始用高速攝像機系統(tǒng)地研究閃電，此后建立了一個高速拍攝的閃電視頻集，成為世界上最大的視頻集。