大急！閃電如何穿透高電阻的空氣

Question

我並不想要閃電的型成原因

而是想問

我們都知道空氣的電阻相當大，

那麼為何打雷時閃電還可以穿透空氣打到地面

能否簡單點....

因為這是我必須融會貫通後 拿去講其他報告的東西

Answer 1

因為閃電擁有幾億伏特的電壓 有個理論說 當電壓到達一定程度時 絕緣體會被強制通電 變成導體 因為強大的電壓使物質裡面的電子被推動了

Answer 2

談閃電之前，我們先定義幾個名詞，首先是“一個閃光”(a flash)，這是一整個放電過程(total discharge)，時間約可持續0.2秒，一次閃電是由多個閃光所組成。一個閃光又可由三至四個稱為“一擊”(a stroke) 的放電單元所組成，每一擊持續的時間約為幾十個毫秒(millisecond)。而每一擊是由一個光度較弱的先遣放電過程(predischarge)，稱為“先導過程”(leader process)與伴隨而來的回擊(return stroke)所構成。先導過程是由雲層傳遞至地面；先導過程之後是一個快速的、高亮度由地面傳播至雲層的回擊(return stroke)。每次閃光的第一擊，其先導過程稱為“階梯先導”(stepped leader)。階梯先導開始於雷雲下半部之負電區與底部的零星正電區之間局部的電崩潰(electrical breakdown)，這使得原先存在於冰粒或小水滴上的電荷更加活潑(mobile)，最後雲底的負電荷產生了足夠的電場，可以開闢一條通路到達地面，這個通路稱為階梯先導（圖三）。


圖片參考：http://sprite.phys.ncku.edu.tw/new/other/lightning/Image/figure3.GIF


圖三、階梯先導。[取自K. Berger and E. Vogelsanger, Bull. SEV. 57 1-22 (1966).]

每個階梯（step）約長50公尺，階梯與階梯之間，間隔約50微秒(micro second)，接著下一個階梯產生。階梯先導一般的平均速率為1.5105公尺/秒，約為光速的兩千分之一。若雲底的高度是3公里，那麼階梯先導從雲到地面將花20毫秒的時間，其平均電流約為數百安培，這路徑的半徑約在1到10公尺，將傳遞約5庫侖的電量至地面。
閃電，除了向下進行的閃電(雲層到地面)，也有向上進行的閃電(地面到雲層)，其階梯先導由地面延伸至雲端（圖五）。向上進行的閃電並不常見，它可攜帶正電荷或負電荷，兩種電性的先導都曾被觀測到。通常向上進行的閃電，都是由高的建築物頂端往雲層放電。向上進行的正閃電，並無回擊，並且只有一擊。而向上進行的負閃電偶爾會與向下進行的正閃電連結。


圖片參考：http://sprite.phys.ncku.edu.tw/new/other/lightning/Image/figure5.GIF


圖五、向上進行的閃電。[取自C.G. Kitterman, J. Geophys. Res. 86 5378-5380 (1981).]

閃電除了常見的分枝狀閃電外還有其他形式：熱閃電（heat lightning）只有閃光而沒有雷聲；平版閃電（sheet lightning）是取其形狀命名，當閃電引發平板般的片段雲層發光，稱為平板閃電；另外還有念珠閃電（bead lightning）見圖六，它是因閃電的通路被截段，或發光呈現片段而產生念珠狀的閃電。

圖片參考：http://sprite.phys.ncku.edu.tw/new/other/lightning/Image/figure6.GIF


圖六、念珠閃電。[取自M.A. Uman “The Lightning Discharge” (1987).]

四、 結語
閃電是發生於一瞬間的，然而在這麼短的時間內，閃電已在雲層與地面之間來回穿梭多次。一次向下的負雷擊（negative stroke），先是負雷電由上而下至地面，然後強大的正電流由下而上回到雲端，並出現雷聲。從十九世紀末對閃電的研究蓬勃發展至今，閃電對人類而言，仍是具有強大摧毀力、不可捉摸的。雖然如此，閃電對地球上的生態平衡，扮演著重要的角色，例如：閃電會引發森林大火，但也對地球上的植物組成有很大的影響。閃電會擊中高大的樹木：在南美，他可維持高大的松樹與低矮樺樹間的平衡，如無閃電，樺樹將因陽光被遮斷而死亡。閃電每年造成上百人死亡，但它卻是生命之火，在地球誕生之初，閃電被認為是用以製造氨基酸的主要來源並且可維持大氣之臭氧層的平衡。每次閃電可釋放出百萬MeV的能量，最大的功率可達1012瓦，但如何收集仍是個大問題。閃電是一個複雜的自然現象，與地球的生物亦息息相關。經過一百多年的研究，人們對閃電的瞭解，仍相當有限。這個領域，仍有待去開發與努力。
參考資料;
http://sprite.phys.ncku.edu.tw/new/other/lightning/lightning.htm