雷击保护电路
一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层,或者是带电的云层对大地之间迅猛的放电。这种迅猛的放电过程产生强烈的闪电并伴随巨大的声音。这就是我们所看到的闪电和雷鸣。
当然,云层之间的放电主要对飞行器有危害,对地面上的建筑物和人、畜没有很大影响,云层对大地的放电,则对建筑物、电子电气设备和人、畜危害甚大。
通常雷击有三种主要形式:其一是带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象,叫做“直击雷”。其二是带电云层由于静电感应作用,使地面某一范围带上异种电荷。当直击雷发生以后,云层带电迅速消失,而地面某些范围由于散流电阻大,以致出现局部高电压,或者由于直击雷放电过程中,强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压以致发生闪击的现象,叫做“二次雷”或称“感应雷”。其三是“球形雷”。
特征
威力大
雷电电流平均约为20 000A(甚至更大),雷电电压大约是10的10次方伏(人体安全电压为36伏),一次雷电的时候大约为千分之一秒,平均一次雷电发出的功率达200亿千瓦(一般电饭锅的功率低于1000瓦)。
中国建造的世界上最大的水力发电站——三峡水电站,电站的装机总容量为1820万千瓦,只有一次雷电功率的千分之一。
当然雷电的电功率虽然很大,但由于放电时间短,所以闪电电流的电功并不算大,一次约为5555度。
全世界每秒就有100次以上的雷电现象,一年里雷电释放的总电能余约为17.5亿千度。
若一度电的电费为0.30元,全世界一年的雷电价值为5.25万亿元,这是一笔巨大的财富,但由于雷电时间极短,人类还难以捕捉这种电能;但目前世界上已有少数国家正在研究利用雷电电能的方法,如美国的加利福利亚州、佛罗里达州,以及中国清华大学电机系和的少数活跃的民间科学家石明等人,正不断的为人类探索着新的梦想。
表现形式
雷击的主要表现形式为闪电。
雷电发生时通常产生电荷,底层为阴电,顶层为阳电,而且还在地面产生阳电荷,如影随形地跟着云移动。阳电荷和阴电荷彼此相吸,但空气却不是良好的传导体。阳电奔向树木、山丘、高大建筑物的顶端甚至人体之上,企图和带有阴电的云层相遇;阴电荷枝状的触角则向下伸展,越向下伸越接近地面。最后阴阳电荷终于克服空气的阻障而连接上。巨大的电流沿着一条传导气道从地面直向云涌去,产生出一道明亮夺目的闪光。一道闪电的长度可能只有数千米,但最长可达数百千米。
雷电强度
夏季,通过雷雨云层积累的强大电荷区出现的高压电场放电以及弧光的光辐射强度可计算出击穿空气分子的电压值。通常,干燥的空气被一万伏特高压电场击穿的间距为一公分,如果空气中水分的湿度由小到大呈阶梯式变化,其所被击穿的电压量也在数万伏特至数千伏特之间变化。一般来讲,强大的雷雨云电荷层所形成的对地电场电压为一亿伏特至10亿伏特左右。而在空气被击穿时所产生的电流是在3万至30万安培之间,由其所产生的电功率也是在一千万瓦特左右,这只是一次中等雷电的放电数据。在雷雨云的放电期间可分为几个阶段,第一阶段发生在雷雨云雨水卸载的前期,其雨量很小或接近于零星雨状态,此时空气的湿度较低,而电荷云层对地面的高度是在1000米左右或者还更低,它所形成的空间电场电压数值是较高的,一般在数亿伏特左右。而在后期阶段则是随着雨量的不断加大和空气湿度的不断增高以及电荷云层距地面的高度下降,其所产生的电场电压也会随其降低的。
强雷电电荷放电一般是在雷雨形成的前期,其放电强度一般也是从大到小逐级次的减少,这也是随其空气湿度的不断增加和云层电荷不断的释放而构成的梯度变化。平时我们看到的由强雷电放电所产生的弧光辐射和巨大的空气冲击波大部分是在雷雨形成的初期阶段。在雷雨到来的前期,空气湿度较低,按击穿一公分空间距离所需要的一万伏特电压来计算,1000米间距的电场电压则需要一亿伏特电压。雷雨云层的电荷量越大,电压场就会越高,另外,雷雨云层距离地面的高度越低,所形成的放电电流也就越大,这是一正比关系。雨季的雷暴声也是由弧光放电产生的空气冲击波放大形成的,雷暴的声音分贝系数越高则雷雨云层电场放电的强度也就越大。
在我们知道了关于雷电的相关知识后,避雷防雷也就了如指掌了。在雷雨到来的前期和中期,人们尽量的躲避,等待大雨磅礴、空气的湿度增加和雷电放电过程完毕后以及在雨后再去做你的事情。不然的话,遭受雷击是不可避免的。
雷击保护电路
有益影响
雷电交加时,空气中的部分氧气被激变成臭氧。稀薄的臭氧不但不臭,而且还能吸收大部分宇宙射线,使地球表面的生物免遭紫外线过量照射的危害。闪电过程中产生的高温又可杀死大气中90%以上的细菌和微生物,从而使空气变得更加纯净而清新宜人。
据统计,每年地球上空会出现31亿多次闪电,平均每秒钟100次。每次放电,其电能高达10万千瓦时,连世界上最大的电力装置都不能和它相比。另外,大气中还含有78%不能被作物直接吸收的游离氮。闪电时,电流高达10万安培,空气分子被加热到3万度以上,致使大气中不活泼的氮与氧化合,变成二氧化氮。大雨又将二氧化氮溶解成为稀硝酸,并随雨水降至地面与其他物质化合,变成作物可以直接吸收的氮肥。据测算,全球每年由雷雨而“合成”的氮肥就有20亿吨。这20亿吨从天而降的氮肥,相当于20万个年产1万吨的化肥厂的产量总和。
发电应用
随着不可再生能源的不断地消耗,人类即将面临着能源危机。各国都不断得寻找和开发利用新能源。其中雷电就是一个巨大的能源。
在我国海南岛及雷州半岛是雷电活动最剧烈的地区,年平均雷暴日高达130日。全球各地都有雷电特别活跃的地区。
雷电有巨大的能量,地球上平均每秒有一百次闪电,一次闪电约释放八千瓦时的电能。每年全世界的雷电约放出二百五十亿千瓦小时的能量。所放出的能比全美国所有发电机发电的总量还要多。
为此,我们可以打算开发一种安全有效的将瞬间具有高能量的雷电截获转换为一种可以被人类利用的利用的方法。主要原理是将电转化为热,利用热使水蒸发产生蒸汽,推动汽轮机发电。
我们可以通过以下3种方案将雷电引下:
1.用氢气球牵引细钢丝放入高空引雷
2.用小型火箭升空引雷
3.用气体激光器制造电离通道引雷。
然后,我们将雷电引到一定的电阻,使其受热后,即可利用热能发电或者加热物体。
除了发电还可以利用不同温度的热量用于制冷、工业干燥、工业热加工、种植业的温室供暖、家庭用的热水、沐浴、土壤加温、海水的浓缩及淡水的蒸馏。
而且特别适于海岸及一些岛屿地区。
综上所述,本文已为讲解雷击保护电路,相信大家对雷击保护电路的认识越来越深入,希望本文能对各位读者有比较大的参考价值。
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