【給父母的科普知識私藏包】為什麼會閃電打雷?

2020.04.01

by 胡妙芬 (親子天下小行星)

【給父母的科普知識私藏包】為什麼會閃電打雷?

插畫|呼拉王

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為什麼有時下雨天不只有下雨, 還會伴隨著閃電、打雷? 在春夏之際,天空特別容易雷聲大作, 快來了解天空為什麼會打雷吧 !

閃電、打雷容易讓人聯想到憤怒,所以古代有雷公的傳說,西方也有雷神索爾的神話故事。但是事實並不是這樣! 以下是本期「小小探索家」單元〈為什麼會閃電打雷?〉的知識分享包,提供給您與孩子一起探討天地之間亙古神祕的雷電現象。

Q1:妙妙喵說,打雷其實是「雷雲」在放電。雷雲是什麼雲?什麼天氣會有雷雲呢?

A:根據《教育部重編國語辭典修訂本》的解釋,雷雲就是「經常隨同雷聲出現的雲」。這種雲在科學上經常被稱為「積雨雲」或「雷雨雲」,形狀就像巨大的白色高塔,常出現在春天天氣即將變暖的時候,或是悶熱的夏日午後。因為在這種時候,地面通常會有明顯的暖空氣出現、往上浮升(因為熱空氣密度小),迫使高空中的冷空氣下沉(因為冷空氣密度大),所以在雲朵裡會產生強烈的空氣上下對流,雲裡的冰晶和水滴很容易碰撞、摩擦,生出正電和負電,最後放電產生閃電和雷響。

Q2:為什麼雷雲裡的冰晶和水滴碰撞或摩擦,就會從「不帶電」變成「帶電」呢?

A:這是因為每種物質都帶有「電子」,當物體彼此碰撞或摩擦時,電子會朝著特定的一方移動,得到比較多電子的一方帶負電、得到比較少電子的一方帶正電,這就是摩擦生電。而當電子的量累積到一定的程度時,電子會從電子多的部分流向電子少的部分,引起「放電」反應;這跟我們在冬天乾燥的天氣裡,偶爾觸碰門把或毛衣時,被靜電電到的原理是一樣的。

Q3:人如果被雷打中,會怎麼樣?

A:如果你看過《精靈寶可夢》,應該知道皮卡丘的大絕招是什麼吧?答案就是:「十萬伏特」! 但是閃電的電壓更強,通常是三百萬伏特到兩億伏特,相當於三十隻到兩千隻皮卡丘同時放電,所以人體如果被打到,後果當然不堪設想! 輕者受傷,嚴重則會死亡。

因為閃電的電流通過人體的時間雖然很短,只有千分之一秒到十分之一秒,但是強大的電能會干擾心跳,甚至使心臟停止跳動;人體也會使「電能」轉變為「熱能」, 直接灼傷皮膚、肌肉或內臟;人腦或神經也可能受損,出現喪失記憶、手腳無力或精神障礙的狀況。

除了被雷直接打中的悲慘情形,閃電如果落在附近的樹木、建築物或地面,還是有可能傳導過來、通過人體;所以雷雨發生時,最好還是不要待在戶外。

Q4:為什麼雷雲帶電靠近地面時,地面就會感應生電呢?

A:這是因為「同種電會相斥,異種電會相吸」;所以如果雲層的底部帶負電荷,就會把地面的正電荷吸引過來;相反的,如果雲層的底部帶正電荷,就會把地面的負電荷吸引過來。

Q5:為什麼我們會先看到閃電,過了幾秒才聽到雷聲呢?

A:很簡單。因為光跑得比聲音快,所以閃電與雷聲雖然幾乎同時發生,電光卻往往比雷聲早一步傳到我們身邊,尤其落雷的地方離我們愈遠時,兩者之間的時間會相隔愈久。

Q6:為什麼閃電的同時,會發出巨大的雷聲呢?

A:因為雷雲放電時,會釋放大量的能量、發出強烈的亮光,同時也能瞬間把空氣加熱到攝氏一萬至三萬度左右,所以熱空氣會瞬間膨脹,產生劇烈的震盪,就像爆炸一樣發出巨響。

Q7:許多大樓都裝有避雷針,避雷針的原理是什麼?可以躲避雷電嗎?

A:在一片平坦的地面上,最凸出的物體往往最容易聚集電荷,成為雷雲放電的目標。所以人類利用這種原理,設計了避雷針來避開雷擊的災害。避雷針是一支尖尖的金屬棒,可以把雲朵和天空中的電荷吸引過來,再利用接在金屬棒上的導線,把電荷直接導入埋在地下的「接地電極」,使電荷被大地吸收而減少雲層的電量,卻不會對房子或房子裡的人,造成任何損害。

此外,避雷針的導線要避開電話線、電線或瓦斯管至少一公尺以上,以免強大的電流通過時,傷害到電力或通訊設備。

 

 

作者簡介|胡妙芬

臺大動物研究所碩士,兒童科普教育領域教學專家,兒童科學網站「科學小芽子」站長,兒童科普、動物作家。

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