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闪电是如何工作的

由:约翰Zavisa

闪电在云层上闪烁,创造出一种超凡脱俗的效果。这种美丽而又危险的自然现象背后的科学依据是什么?查看更多闪电的图片
©摄影师:Soldeandalucia |Dreamstime.com

闪电是自然界中最美丽的景象之一。它也是人类所知的最致命的自然现象之一。与螺栓表面温度高于太阳以及向四面八方发射的冲击波,闪电是物理科学和谦逊的一课。

除了其强大的美丽,闪电还为科学界带来了一个最大的谜团:它是如何工作的?众所周知,闪电是在带电的风暴系统中产生的,但云充电的方法仍然难以捉摸。在这篇文章中,我们将从内到外观察闪电,这样你就能理解这一现象。

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闪电开始于一个不那么神秘的过程:水循环。要充分了解水循环是如何工作的,我们必须首先了解蒸发和凝结的原理。

蒸发是液体吸收热量并变成蒸汽的过程。降雨后的水坑就是一个很好的例子。为什么水坑干涸了?水坑中的水从太阳和环境中吸收热量,然后以蒸汽的形式逸出。当讨论蒸发时,“逃逸”是一个很好的术语。当液体受热时,它的分子运动得更快。有些分子可能移动得很快,足以从液体表面脱离,并以蒸汽或气体的形式把热量带走。一旦摆脱了液体的束缚,蒸汽就开始上升到大气中。

冷凝是蒸汽或气体失去热量并变成液体的过程。每当热量传递时,它就从较高的温度转移到较低的温度。一个冰箱用这个概念来冷却你的食物和饮料。它提供了一个低温环境,从你的饮料和食物中吸收热量,并在所谓的制冷循环中带走热量。在这方面,大气对气体和蒸气的作用就像一个巨大的冰箱。当蒸汽或气体上升时,周围空气的温度就会越来越低。很快,水蒸气从它的“母体”液体中带走了热量,开始向大气散发热量。当它上升到更高的高度和更低的温度时,最终会失去足够的热量,导致蒸汽凝结并返回液体状态。

现在让我们把这两个概念应用到水循环中。

水或湿气地球吸收太阳和周围环境的热量。当吸收了足够多的热量时,一些液体分子可能有足够的能量从液体中逃逸出来,并开始以蒸汽的形式上升到大气中。当水蒸气越升越高时,周围空气的温度就越低。最终,蒸汽失去足够的热量给周围的空气,使其重新变成液体。地球的引力会使液体“下落”回地球,从而完成这个循环。应该注意的是,如果周围空气的温度足够低,水蒸气会凝结,然后冻结成雪或雨夹雪。再一次,地心引力会让冻结的形体回归地球。

在下一节中,我们将看到是什么导致了雷暴。