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從電場的角度看，雷電放電應(yīng)山電氣距離最近的點(diǎn)發(fā)展。
田為電氣距離近，意味著整個路徑的平均場強(qiáng)最強(qiáng)。20世紀(jì)90年代，蘇聯(lián)科學(xué)家通過觀察，提小了“300m以l：，雷電有選扦性”的說沾。就是說，雷電向電場強(qiáng)度最強(qiáng)的方向發(fā)展，通常雷電選樣向當(dāng)?shù)氐淖罡唿c(diǎn)發(fā)展，比如lI順、電視塔、高樓、浪涌保護(hù)器通信慕站、煙囪、電力高壓線路等，我們經(jīng)常會看見下行的雷電先導(dǎo)突然轉(zhuǎn)彎．打向其他物體，被稱為“300m以下無選樣性”。
隨著利‘拉的進(jìn)步，在實(shí)際現(xiàn)場和試驗(yàn)室內(nèi)，使用高速攝像技術(shù)，發(fā)現(xiàn)廠上行迎擊先導(dǎo)放電過程和多個上行先導(dǎo)共存的現(xiàn)象。認(rèn)識了這個過程，我們就可以解釋檗個雷電最初的基木過程：
雷云電荷建立電場，并作川弓；地面上的所有物體。在場強(qiáng)足夠強(qiáng)時，雷電開始沿場強(qiáng)最強(qiáng)方向下行，前面的先導(dǎo)放電端部將雷云所處的高電位帶向地面．地面卜所響物體的表面電場強(qiáng)度瞬時、同時提高。地面物體表面上達(dá)到串氣擊穿場強(qiáng)的點(diǎn)(通常是尖端)會最先㈩現(xiàn)卜行迎擊先導(dǎo)；隨著雷云先尋的繼續(xù)下行，陸續(xù)會有其他物體表面卜達(dá)到空氣山穿水平，㈩現(xiàn)多個上行先導(dǎo)。
在這多個先導(dǎo)中，如果沒有空中阻礙或阻礙比較弱，突破阻礙區(qū)的上行先導(dǎo)就成為廠響效先導(dǎo)，—亡行有效先導(dǎo)將開始屏蔽周同物體的場強(qiáng)，使之減弱：有效的卜行先導(dǎo)加強(qiáng)廠呵下行先守之間的電場強(qiáng)度，強(qiáng)力發(fā)展，形成放電弧道。在空中，能夠阻礙上行先導(dǎo)發(fā)展的只有勺上行先守同極性的空間電荷。
圖1—1為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)沖擊放電上、下行先導(dǎo)過程的高速攝像截圖，拍攝速度為16ps／幅：從圖中可以看出，浪涌保護(hù)器圖1—1(b)中先導(dǎo)對接后形成的放電流注的亮度遠(yuǎn)高于圖1—1(a)的亮度：
從上行先導(dǎo)的過程看，雷擊點(diǎn)的選擇實(shí)際上是來白地面，并非目前大多數(shù)人所認(rèn)為的一種隨機(jī)性。卜行迎擊先導(dǎo)放電實(shí)際卜是將地電位送到了空中，進(jìn)一步加強(qiáng)了卜行先導(dǎo)端頭與下行先導(dǎo)放電端頭之間的場強(qiáng)，產(chǎn)生短路效應(yīng)．強(qiáng)制屏蔽周圍其他物體。
圖l-2為北京雷電防護(hù)裝置測試中心高壓實(shí)驗(yàn)室中一次放電過程中，同一拍攝角度的高速攝像截圖與常規(guī)D，、』照片的比較。圖中先導(dǎo)發(fā)／[垢對接，形成主放電；這個試驗(yàn)是一個避雷針保護(hù)角的試驗(yàn)攝像，試驗(yàn)條件是預(yù)加直流50kV／2．5min后，施加650kV的沖擊電壓。其，{吐云板上下垂電極的放電點(diǎn)模擬了已產(chǎn)生的下行九導(dǎo)。
圖1-2中兩個時刻亮度的變化差百倍以上，圍1-2(a)中，
高速攝像連背景都無法顯示。
除了高速攝像證明上行先導(dǎo)的存在外．近代物理學(xué)也提供了足夠的物理學(xué)論據(jù)。
氣體中導(dǎo)電與金屬中導(dǎo)電不同。金屬中，分子被固定在原位置，只有電子才可以自由移動，所以金屬中只有自由電子參與導(dǎo)電。大氣中正負(fù)電荷都參與導(dǎo)電，如果兩種電荷相向移動，則對外表現(xiàn)的電流的方向是一致的。
雷電放電是在大氣中完成的；近代物理學(xué)認(rèn)為：氣體中放電，如果有光存在，浪涌保護(hù)器一定存在著兩種電荷的復(fù)合過程。
分子復(fù)合與發(fā)光如圖1—3所示。帶正電的分子吸收電子(或帶負(fù)電的分子中的負(fù)電荷)，分子的能級將出現(xiàn)下降，這個能量的釋放將會以一定波長的光子的形式出現(xiàn)。如果只有單—極性的電荷在空氣中運(yùn)動，則沒有光會被看到。所以空氣中只要有光被看到就一定存在著兩種極性的電荷在運(yùn)動十復(fù)合。強(qiáng)烈的發(fā)光一定存在著大量的電荷瞬時復(fù)合過程，僅靠空氣中由存在的電荷是做不到的：
氣體貫穿性放電發(fā)光，除了放電電極外．對面電極發(fā)㈩的迎擊放電是不可缺少的，小到門光燈、霓虹燈．大到實(shí)驗(yàn)室放電和大氣中雷電放電均如此：陰極顯像管中是單一極性的電子束在真空中運(yùn)動，所以沒有光線從內(nèi)部發(fā)出，只有電子束到達(dá)陽極熒光層，被熒光材料俘獲后，才有熒光產(chǎn)生。這是口光燈管中只址低氣壓，而非真豐的原因，我們需要帶電分子在燈管中復(fù)合發(fā)光。
㈠了和上行迎擊先導(dǎo)中各只帶有—．種電荷，但可以看見具發(fā)光，這說明仍然有一定量的復(fù)合過程。復(fù)合過程中所需的另一種極性的電荷主要來門于放電先導(dǎo)端部的高場強(qiáng)對空氣的電離過程：先導(dǎo)端部高場強(qiáng)區(qū)單位體積內(nèi)的儲能”
高場強(qiáng)可以電離主要的生氣分子。分子被電離后，同極性電荷的分子留在原地，作為先導(dǎo)的延伸；反極性的電荷分子(粒子)，在通道內(nèi)電場的作用下，將沿著光導(dǎo)通道，向先導(dǎo)放電發(fā)生點(diǎn)運(yùn)動，外不停地產(chǎn)生復(fù)合過程，產(chǎn)生發(fā)光。由于電離數(shù)量有限，而且復(fù)合過程—止要延續(xù)到先導(dǎo)放電發(fā)生點(diǎn)，所以先導(dǎo)的亮度就不太高。
發(fā)光是一種能蛄轉(zhuǎn)化輸出過程。在先導(dǎo)向前發(fā)展過程中，它將雷云電場所儲的部分能址轉(zhuǎn)化成光能輸出。整個先導(dǎo)端部電離過程所需的能量來自雷厶層與地而之間儲能電容結(jié)構(gòu)的變化：帶電云層勺地之間構(gòu)成一個結(jié)構(gòu)電容，大地和云層就是電容的兩個電極板；
在擊穿放電發(fā)生前，對于一個電荷量相對穩(wěn)定的系統(tǒng)區(qū)域來配，《不變：當(dāng)先導(dǎo)前移．放電電極之間距離J變小時．c會增加；整個系統(tǒng)的儲能w將會減小。所減小的能量是被川于了空氣的電離過程，并以發(fā)光的形式釋放㈩來了：
攝像和物理學(xué)證明，要產(chǎn)牛貫穿性流注放電，地面上的上行先導(dǎo)的存在是必需的。大氣中，如果沒有對面迎擊剛來的先導(dǎo)，貫穿性放電則不可能形成。在雷雨天，可以看到有些向地面發(fā)展的下行先導(dǎo)放電并沒有落地就結(jié)束廠：說明地面上物體的形狀和特性一定影響著放電的過程。在后面的章節(jié)將要探討地面上電場的問題。
氣體貫穿性放電發(fā)光．一定存在對面電極發(fā)㈩的迎擊放電。
對于雷電過程，地面物體發(fā)小的迎擊放電可稱為卜行迎擊九導(dǎo)放電(有文章稱為迎面先導(dǎo))，，上行迎擊先導(dǎo)的特點(diǎn)如卜：
(1)上行先導(dǎo)內(nèi)所帶電荷極性一定與雷云所帶電荷極性相反。盡竹測到的電流是與雷云F行的電流方向一致，它呈兩種極性電荷的相向運(yùn)動過稈。
(2)上行先導(dǎo)上升的高度可以達(dá)到數(shù)百米的高空。從試馳室內(nèi)測試拍攝所得到的多幅圖片對比看到，上行和卜行的先導(dǎo)的長度摹本上是對等的，其運(yùn)動速度也基本相同。大氣空間中，下行先導(dǎo)導(dǎo)致地面某一可以產(chǎn)生有效先導(dǎo)點(diǎn)的局部場強(qiáng)達(dá)到空氣絕緣強(qiáng)度后，剩余空間對分就可以認(rèn)為是上行先導(dǎo)所能達(dá)到的高度。
(3)有效卜行兒導(dǎo)將屏蔽周圍其他地而物體上方的電場。浪涌保護(hù)器向上運(yùn)動的先導(dǎo)就像瞬間豎起來的避宙針，它的端部是接近地電位的電壓。它一定會屏蔽臨近物體上的電場，使這些物體表面電場迅速降低并開始反向、表面的感應(yīng)電荷也將開始變換極性，這雌物體就失去了參與在本次雷電過程中的對雷云的放電可能，(4)地面上所有表面場強(qiáng)達(dá)到空氣擊穿水平的物體，均有機(jī)會出現(xiàn)上行迎擊先尋放電，但能否成為有效先導(dǎo)，還將取決于周圍的環(huán)境影響。有效上行迎擊先導(dǎo)只能從當(dāng)?shù)匚矬w中，對外電氣表現(xiàn)為最小尺寸的接地(或絕緣瞬時擊穿接地)物體上發(fā)出。物體的電氣表現(xiàn)不是我們?nèi)庋劭匆姷慕饘俳Y(jié)構(gòu)，而是包含了卞間電荷的一種結(jié)構(gòu)表現(xiàn)：那些沒有成形的地面上行先導(dǎo)，會成為地面上方的高密度電荷區(qū)；川現(xiàn)未成形上行先導(dǎo)的物體的放電點(diǎn)，實(shí)際卜也失去了參與木次對雷云再次放電的機(jī)會；出現(xiàn)朱成形上行九導(dǎo)的物體也是當(dāng)?shù)氐母呶Ｎ矬w。
(5)物體對地的電阻超過—定的值后，也不可能產(chǎn)生有效光導(dǎo)。因?yàn)閷Φ氐碾娮鑼⑾拇蟛糠掷自苾δ茈婟R變化所釋放小的能市，先導(dǎo)無以為繼，除非產(chǎn)生物體表面的沿面放電：
(6)上行先導(dǎo)不會引起其他設(shè)備出現(xiàn)絕緣破壞問題：其“是電流小，其二是周陽靜電感應(yīng)在減小。除廠少量磁場感應(yīng)外．沒有其他破壞能力，但具電流值足以使人畜死亡。
