為什麼雷電會有電流?

雷電的形成
　　
　　雷是一種大氣中放電現象。雷在形成過程中，某些部分積聚起正電荷，另一部分積聚起負電荷，當這些電荷積聚到一定程度時，就產生放電現象。這種放電有的是在雲層與雲層之間進行，有的是在雲層與大地之間進行。後一種放電也就是落雷，會破壞建築物、電氣設備，傷害人畜。這種放電時間短促，一般約50～100微秒，但電流則異常強大，能達到數萬安培到數十萬安培。放電時產生強烈的光，這就是閃電。閃電時，將釋放出大量熱能，瞬間能使空氣溫度升高1萬～2萬℃，空氣的壓強可達70個大氣壓。這樣大的能量，具有極大的破壞力，往往會造成火災和人畜的傷亡。
雷電的產生原理
當空中的塵埃、冰晶等物質在雲層中翻滾運動的時候，經過一些複雜過程，使這些物質分別帶上了正電荷與負電荷。那麼，由於同一種物質品質相當，又帶上相同的電荷。經過運動，帶上相同電荷的品質較重的物質會到達雲層的下部（一般為負電荷）；帶上相同電荷的品質較輕的物質會到達雲層的上部（一般為正電荷）。這樣，同性電荷的匯集就形成了一些帶電中心。當異性帶電中心之間的空氣被其強大的電場擊穿時，就形成雲間放電。當帶負電荷的雲層向下靠近地面時，地面的凸出物、金屬等會被感應出正電荷，隨著電場的逐步增強，雷雲向下形成下行先導，地面的物體形成向上閃流 ，二者相遇即形成 對地放電 。

　　雷電的主要特點

　　1．衝擊電流大。其電流高達幾萬至幾十萬安培；
　　
　　2．時間短。一般雷擊分為三個階段，即先導放電、主放電、餘光放電。整個過程一般不 會超過60微秒；
　　　
　　3．頻率高。雷電流變化梯度大，有的可達10千安/微秒；
　　
　　4．衝擊電壓高，強大的電流產生的交變磁場，其感應電壓可高達上億伏。

不管是直擊雷還是感應雷都與帶電的雲層存在分不開，帶電的雲層稱爲雷雲。有關雷雲形成的假說很多，但至今尚未有一種被公認爲無懈可擊的完整學說，這裏我們只介紹其中被認爲比較完善並經常被推薦的假說。

根據大量科學測試可知，地球本身就是一個電容器。通常大地穩定地帶正電荷50萬C左右，而地球上空存在一個帶負電的電離層，這兩者之間便形成一個已充電的電容器，它們之間的電壓爲300KV左右，並且場強爲上負下正。
當地面含水蒸汽的空氣受到熾熱的地面烘烤受熱而上升，或者較溫暖的潮濕空氣與冷空氣相遇而被墊高都會産生向上的氣流。這些含 水蒸氣的上升氣流上升時溫度逐漸下降形成雨滴、冰雹（稱爲水成物)，這些水成物在地球靜電場的作用下被極化，負電荷在上，正電荷在下，它們在重力作用下落下的速度比雲滴和冰晶（這二者稱爲雲粒子）要大，因此極化水成物在下落過程中要與雲粒子發生碰撞。碰撞的結果足其中一部分雲粒子被水成物所捕獲，增大了水成物的體積，另一部分未被捕獲的被反彈回去。而反彈回去的雲粒子帶走水成物前端的部分正電荷，使水成物帶上負電荷。由于水成物下降的速度快。而雲粒子下降的速度慢，因此帶正、負兩種電荷的微粒逐漸分離（這叫重力分離作用），如果遇到上升氣流，雲粒子不斷上升，分離的作用更加明顯。最後形成帶正電的雲粒子在雲的上部，而負電的水成物在雲的下部，或者帶負電的水成物以雨或雹的形式下降到地面。當上面所講的帶電雲層一經形成，就形成雷雲空間電場，空間電場的方向和地面與電離層之間的電場方向足一致的，都是上負下正，因而加強了大氣的電場強度，使大氣中水成物的極化更厲害、在上升氣流存在的情況下更加劇力分離作用，使雷雲發展得更快。

從上面的分析,好像雷雲總是上層帶正電荷，下層帶負電荷。實際上氣流並不單是只有上下移動，而比這種運動更爲複雜。因此雷雲電荷的分布也比上面講的要複雜得多。



圖片參考：http://www.furse.com/images/homevert.jpg

Lightning is an electrical discharge in the atmosphere.

When the electric field built up between a thunder cloud and the ground (or sometimes between two thunder clouds) is high enough, the insulation of the air begins to break down. Neutral air molecules are ionized to become ions and free eelctrons. These ions and free eelctrons then move along the field lines in opposite direction to one other. The movement of the free electrons and ions thus constitute an electric current.

The loud thunder sound is due to the rapid expansion of the air being heated up by the passing of the current.

由于雷電卸放以後,它就會造成一種跨步電壓,這跨步電壓怎麼形成的呢,就是在這個雷擊下瀉的時候,它的周圍會有一定的,這個電壓場,電壓場不同,兩個腳步之間就會有電壓差,電壓差當中就會有電流產生。

電是一種自然現象。電是像電子和質子這樣的亞原子粒子之間的產生排斥和吸引力的一種屬性。它是自然界四種基本相互作用之一。電或電荷有兩種：我們把一種叫做正電、另一種叫負電。通過實驗我們發現帶電物體同性相斥、異性相吸，吸引或排斥力遵從庫侖定律。 (所以不是發明..)
自然界的放電現象國際單位制中電荷的單位是庫侖。



古代發現

在中國，古人認為電的現象是陰氣與陽氣相激而生成的，《說文解字》有「電，陰陽激燿也，從雨從申」。《字彙》有「雷從回，電從申。陰陽以回薄而成雷，以申洩而為電」。在古籍論衡(Lun Heng，約公元一世紀，即東漢時期)一書中曾有關於靜電的記載，當琥珀或玳瑁經摩擦後,便能吸引輕小物體，也記述了以絲綢摩擦起電的現象，但古代中國對於電並沒有太多了解。



西元前600年左右，希臘的哲學家泰利斯（Thales,640-546B.C.）就知道琥珀的摩擦會吸引絨毛或木屑，這種現象稱為靜電(static electricity)。而英文中的電（Electricity）在古希臘文的意思就是「琥珀」(amber)。希臘文的靜電為(elektron)



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近代探索

18世紀時西方開始探索電的種種現象。美國的科學家富蘭克林（Benjamin Franklin,1706～1790）認為電是一種沒有重量的流體，存在於所有物體中。當物體得到比正常份量多的電就稱為帶正電；若少於正常份量，就被稱為帶負電，所謂「放電」就是正電流向負電的過程，這個理論並不完全正確，但是正電、負電兩種名稱則被保留下來。此時期有關「電」的觀念是物質上的主張。



富蘭克林做了多次實驗，並首次提出了電流的概念，1752年，他在一個風箏實驗中，將繫上鑰匙的風箏用金屬線放到雲層中，被雨淋濕的金屬線將空中的閃電引到手指與鑰匙之間，證明了空中的閃電與地面上的電是同一回事。



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從物質到電場

在十八世紀電的量性方面開始發展，1767年蒲力斯特裡（J.B.Priestley）與1785年庫侖（C.A.Coulomb 1736-1806）發現了靜態電荷間的作用力與距離成反平方的定律，奠定了靜電的基本定律。



在1800年，義大利的伏特（A.Voult）用銅片和錫片浸於食鹽水中，並接上導線，製成了第一個電池，他提供首次的連續性的電源，堪稱現代電池的元祖。1831年英國的法拉第（M. Faraday）利用磁場效應的變化，展示感應電流的產生。1851年他又提出物理電力線的概念。這是首次強調從電荷轉移到電場的概念。



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電場與磁場

1865年，麥克斯韋提出電磁場理論的數學式，這理論提供了位移電流的觀念，磁場的變化能產生電場，而電場的變化能產生磁場。馬克斯威爾預測了電磁波輻射的傳播存在，而在1887年赫茲（H.Hertz）展示出這樣的電磁波。結果麥克斯韋將電學與磁學統合成一種理論，同時亦證明光是電磁波的一種。



麥克斯韋電磁理論的發展也針對微觀方面的現象做出解釋，並指出電荷的分裂性而非連續性的存在，1895年羅倫茲（H.A.Lorentz）假設這些分裂性的電荷是電子（electron），而電子的作用就依麥克斯韋電磁方程式的電磁場來決定。1897年英國湯姆生（J.J.Thomson）證實這些電子的電性是帶負電性。而1898年由偉恩（W.Wien）在觀察陽極射線的偏轉中發現帶正電粒子的存在。



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從粒子到量子

而人類一直以自然界中存在的粒子與波來描述「電」的世界。到了19世紀，量子學說的出現，使得原本構築的粒子世界又重新受到考驗。海森堡（Werner Heisenberg）所提出的「測不准原理」認為一個粒子的移動速度和位置不能被同時測得；電子不再是可數的顆粒；也不是繞著固定的軌道運行。
一九二三年，德布洛伊（Louis de Broglie）提出當微小粒子運動時，同時具有粒子性和波動性，稱為「質─波二重性」，而薛丁格（Erwin Schrodinger）用數學的方法，以函數來描述電子的行為，並且用波動力學模型得到電子在空間存在的機率分佈，根據海森堡測不準原理，我們無法準確地測到它的位置，但可以測得在原子核外每一點電子出現的機率。在波耳的氫原子模型中，原子在基態時的電子運動半徑，就是在波動力學模型裡，電子最大出現機率的位置。
隨著科學的演進，人類逐漸理解「電」的物理量所能取得的數值是不連續的，它們所反映的規律是屬於統計性的。
起初有電的時候, 最出明的用途係愛迪生既燈泡, 發明左電燈呢!

雷電的形成是正極粒子同負極粒子互相踫撞和磨擦, 係磨擦之間就會產生電流