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美國公園護林員羅伊.C.蘇利文，一生曾遭受七次雷擊，是世界上遭受雷擊生還的吉尼斯紀錄保持者。

美國公園護林員羅伊.C.蘇利文

民間傳說，中國清朝的嘉慶皇帝暴斃在承德避暑山莊的原因正是因為雷擊。

2015年8月6日，美國加州一對情侶在散步時被雷電擊中，幸運的是，兩人均未受傷。專家分析，兩人當時手牽手是其毫發(fā)未損的主要原因。

遭受雷擊的人群中，有87%的為男性，單身的男同胞們可要小心啦！

直擊雷產(chǎn)生電效應(yīng)、熱效應(yīng)、機械力。

直擊雷

直擊雷指的是雷云對大地某點發(fā)生的強烈放電，它可直接擊中設(shè)備。雷電在放電時，能產(chǎn)生高達數(shù) 10k V甚至數(shù)100k V 的沖擊電壓，而其產(chǎn)生的熱效應(yīng)則可以在雷擊點局部范圍內(nèi)產(chǎn)生高達 6000℃ -10000℃，甚至更高的溫度，能夠使金屬熔化，樹木、草堆引燃；當雷電波侵入建筑物內(nèi)低壓供配電線路時，可以將線路熔斷。雷電擊中架空線后會破壞電氣設(shè)備的絕緣，燒斷電線或是劈裂電桿，而雷電流則可以沿著導線進入設(shè)備，從而造成大規(guī)模停電、著火、爆炸、觸電等危害。

雷電感應(yīng)產(chǎn)生靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)、雷電電磁脈沖，雷電反擊。

靜電感應(yīng)

電磁感應(yīng)

雷電電磁脈沖對室內(nèi)環(huán)路的感應(yīng)耦合

感應(yīng)雷可分為靜電感應(yīng)及電磁感應(yīng)。當一般情況下帶負電的電雷云出現(xiàn)在導線上空時，由于靜電感應(yīng)作用，導線上束縛了大量的相反電荷。一旦雷云對某目標放電，雷云上的負電荷便瞬間消失，此時導線上仍有大量正電荷存在，并以雷電波的形式沿著導線經(jīng)設(shè)備入地，引起設(shè)備損壞。當雷電流沿著導體流入大地時，由于頻率高，強度大，在導體的附近便產(chǎn)生很強的交變電磁場，如果設(shè)備在該磁場中，便會感應(yīng)出很高的電壓，以致?lián)p壞。

我國大部分地區(qū)于 2 月、3 月份就進入了雷電期。城市高樓的增加使雷電擊穿空氣的距離縮短，因為雷擊概率與建筑物高度成正比，所以協(xié)擊概率加大。同時，由于全球氣候變暖，城市熱島現(xiàn)象增多，使城市的大氣環(huán)境流出現(xiàn)了新特點，夏季雷暴期延長。更重要的是，隨著科技的進步，微電子設(shè)備被廣泛應(yīng)用，城市通信電源大幅增加，電磁場發(fā)生變化，特別是微電子產(chǎn)品普遍絕緣強度低，過電壓耐受力差，容易遭受雷電侵襲，其中電腦網(wǎng)絡(luò)、通訊指揮系統(tǒng)和公用天線都是重災(zāi)區(qū)。據(jù)統(tǒng)計，在各種災(zāi)害造成的損害中，感應(yīng)雷擊造成的損害高居榜首，占全部災(zāi)害損失的 33.8%。

雷電波侵入產(chǎn)生閃擊高壓。

雷電波侵入

通常有三種入侵方式：①直擊雷擊中金屬導線；②來自感應(yīng)雷的高電壓脈沖；③直擊雷在房子或房子附近入地。

均壓連接接閃裝置在捕獲雷電時，引下線立即升至高電位，會對防雷系統(tǒng)周圍尚處于地電位的導體產(chǎn)生旁側(cè)閃絡(luò)，并使其電位升高，進而對人員和設(shè)備構(gòu)成危害。為了減少閃絡(luò)危險，最簡單的辦法是采用均壓環(huán)，將處于地電位的導體等電位聯(lián)結(jié)，一直到接地裝置。金屬設(shè)施、電氣裝置和電子設(shè)備如果與防雷系統(tǒng)的導體( 特別是接閃裝置) 的距離達不到規(guī)定的安全要求時，則應(yīng)用較粗的導線將其與防雷系統(tǒng)進行等電位聯(lián)結(jié)。這樣在閃電電流通過時，所有設(shè)施立即形成一個“等電位島”，保證導電部件之間不產(chǎn)生有害的電位差，不發(fā)生旁側(cè)閃絡(luò)放電。完善的等電位聯(lián)結(jié)還可防止閃電電流入地造成的地電位升高所產(chǎn)生的反擊。等電位聯(lián)結(jié)是防止雷電反擊的重要技術(shù)手段。直擊雷的損壞所占的比例較小，而感應(yīng)雷與地電位提高的損壞所占的比例較大。一般建筑物上的避雷針只能預(yù)防直擊雷，而強大的電磁場產(chǎn)生的感應(yīng)雷和脈沖電壓卻能侵入室內(nèi)，危及電視、電話及聯(lián)網(wǎng)微機等弱電設(shè)備。

直擊雷與避雷針

避雷針

面對雷電危害最常見的要屬避雷針，避雷針最上端為受電端，中間是導電線，下端是接地體。當雷雨云接近避雷針時，它會感應(yīng)出大量的異性電荷，通過導電線和受電端向空中放電，與雷雨云中的電荷中和，減弱雷雨云的電場強度，達到防雷目的。如果受電端上為直擊雷，避雷針可將雷電流引入大地，從而起到保護作用。

碳化硅閥型避雷器

供應(yīng)線路型金屬氧化物避雷器

為了防護感應(yīng)雷對供電線路、傳輸電纜和架空天線及高層導電線建筑的破壞，可以在線路上安裝碳化硅閥型避雷器或金屬氧化物避雷器。對于高層建筑，可將建筑物內(nèi)的金屬設(shè)施聯(lián)合接地; 對于非金屬屋頂，可加裝金屬防護網(wǎng)并可靠接地。但有時一些建筑也難免遭受雷擊，究其原因關(guān)鍵在于存在接地電阻，雷擊接地體流經(jīng)接地電阻產(chǎn)生高電壓，仍可將設(shè)備擊壞，所以避雷效果不理想。隨著社會的進步，特別是電子技術(shù)的迅速發(fā)展，防雷技術(shù)也在不斷提高，等電位避雷器就是其中之一。其目的是實現(xiàn)均壓等電位，消除不同金屬部件及導線間的雷電流引起的高電位差，以均衡電位。

所謂分流就是將從室外來的導線與接地線之間并聯(lián)一種適當?shù)谋芾灼?。當直擊雷或感?yīng)雷在線路上產(chǎn)生的過電壓波沿著這些導線進入室內(nèi)或設(shè)備時，避雷器的電阻突然降到低值，近于短路狀態(tài)，將閃電電流分流入地。分流在防雷技術(shù)中發(fā)展迅猛，是防護各種電氣電子設(shè)備的關(guān)鍵措施。由于雷電流在分流后，仍會有少部分沿導線進入設(shè)備，這對于不耐高壓的微電子設(shè)備來說就很危險了，因此，對于這類設(shè)備在導線進入機殼前應(yīng)進行多級分流。

屏蔽是防御電磁脈沖的有效方法。因此屏蔽電纜對于設(shè)備來說也是不錯的手段，它可以利用各種人工的屏蔽箱盒、法拉第屏蔽籠，或各種自然屏蔽體來阻擋、衰減施加在系統(tǒng)設(shè)備上的過電壓能量。

碳（C）、氮（N）元素，是生物體中的主要組成元素，C為生命帶來了能量，N主要為參與生命細胞的建造，它是生物分子的化學粘合劑，雖然大氣中充滿了N2 ，但是這些都不能被生物體直接利用，生物體主要吸收的是N的化合物，而將N單質(zhì)直接轉(zhuǎn)化為N的化合物的過程稱之為固氮。

固氮的形式多種多樣，比如說有生物固氮、非生物固氮（雷電、工業(yè)固氮）等等。生物固氮是自然界中最常見的固氮方式，比如大家熟知的根瘤菌將氮氣轉(zhuǎn)化為氨氣的過程就叫做細菌固氮。在自然界，非生物固氮過程可以自然的發(fā)生，但是需要有較多能量輸入，閃電和森林大火就對這個反應(yīng)的實現(xiàn)提供了必要條件。

說到雷電固氮，我們可能聽說過一句諺語“雷雨肥莊稼”，這也是很多人所說的為什么春雷最具有生機，這雖然是古人的經(jīng)驗之談，但其背后也蘊藏著深厚的科學原理。

雷電固氮原理

全世界每年的雷電固氮量大約有四到五億噸。遺憾的是，由于時間或者地域的局限，這些氮元素無法按照植物的需要被及時吸收。借鑒雷電固氮的原理，人類掌握了人工合成氨的方法，但是條件非常苛刻，效率極低，因而仿生固氮至今依舊是科學家研究的熱門領(lǐng)域。

人工合成氨

通常，單次雷電可以攜帶大約為五十億焦耳的能量，相當于145L汽油中儲存的化學能，平均每次負雷電擊攜帶30kA的電流，傳輸1庫侖電荷和500兆焦耳能量。大號的雷電可以產(chǎn)生120kA的電流，攜帶350庫侖電荷。

·從理論角度分析，我們?nèi)绾尾拍苓@些收集并利用這些能量？利用雷電能量面對的難題有哪些？

從1980年代開始，就有研究者試圖獲取雷電中的能量。然而這種能量聚集在很小的一個區(qū)域且發(fā)生在很短的時間段內(nèi)（微秒量級）。五十億焦耳能量在10微秒內(nèi)釋放相當于500兆瓦功率。雷電的電壓和電流在隨時變化，平均的功率值大約為一百億瓦。曾經(jīng)有人提出過借助雷電通過對快速的加熱對水產(chǎn)生電離，從而產(chǎn)生氫氣，或者通過一組避雷針將雷電中的能量直接轉(zhuǎn)化為熱能或者機械能，或者通過電感原理在遠距離處安全地收集雷電的能量。

收集雷電的技術(shù)要求其能夠快速地捕獲雷電中的巨大能量。研究者提出了一些可行性計劃，然而單次雷電所包含的能量是多變的，這使得在收集雷電能變得不切實際，能量太高會使得儲能容器損壞，太低的能量則表現(xiàn)為并不能有效儲能。另外，雷電的發(fā)生是不定時的，因此能量必須收集后存儲起來，然而從高電壓的電能轉(zhuǎn)化為低電壓的電能是一個難題。

從純電荷角度考慮的話，每次閃電的能量平均只有50億焦耳，假設(shè)在傳輸和存儲過程中的損失為零，這也僅相當于不到1400千瓦時的能量。據(jù)英國《獨立報》報道，全球一年的閃電次數(shù)約為14億次，其中只有約25%是地面閃電，其他大多數(shù)是云內(nèi)或云間的閃電，無法利用。另外，假設(shè)可以百分之百利用所有閃電，而且在捕捉、傳輸和存儲過程中沒有任何損失，那么一年收集的電能為4900億千瓦時。2009年，全球使用了約20萬億千瓦時的電，是所有可利用的地面閃電所含電能的40多倍。這就是說，所有我們可以捕捉的閃電僅可供全球使用9天。

巨大的能量儲存不是問題，但是它僅能持續(xù)幾微秒，就會使整個操作變得復雜。除此之外還有一個困難：雷電沒有恒定的功率。一些閃電的功率可能比平均高得多，有時也相當?shù)汀Ｒ虼?，這使得建造一座閃電發(fā)電廠的想法從一開始就變得相當不切實際。

另外，雷電的出現(xiàn)比較隨機，我們無法知道其確切的位置或時間。所以獲取其中的能量就變得很困難。

即使事先知道這些細節(jié)，在如此短的時間內(nèi)捕獲這種巨大能量，仍然存在操作的問題。考慮到雷電能量實際上只有一小部分到達地面，用我們目前可用的設(shè)備來進行這樣大規(guī)模地操作，變得更加不切實際。

另外捕捉這些閃電的花費與收入也是不成正比的：為了捕捉每次地面閃電，我們必須在全球范圍內(nèi)建很多高塔（可以想象一下巴黎埃菲爾鐵塔）！算下來我們在地球表面需要建造2億個這樣的塔。捕捉閃電電能的設(shè)備必須能應(yīng)對極大的瞬間電流。為此，需要使用很粗的導電棒以及超重型電路和超級電容器。盡管我們尚未開發(fā)出這種電能存儲技術(shù)，但假設(shè)我們能夠做到，另外再假設(shè)能量系統(tǒng)是百分之百高效的，然后每個塔和電容器的費用約為35萬英鎊。這樣一來，光地面設(shè)備的費用就高達67萬億英鎊。更不用說安裝成本、常規(guī)維護以及連接所有高塔的高壓輸電線路網(wǎng)的費用了。相比之下太陽能簡直是經(jīng)濟又實惠~