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电闪雷鸣的能量哪去了,这些电子钻到地下会把地球撑爆吗?

电闪雷鸣令人敬畏,有人担心长期积压的雷电钻到地下会导致地球短寿,你怎么看?

这是一位网友提出的问题,这个问题很有趣。

但这个问题里面又充满了矛盾。因为这位朋友不但疑惑电闪雷鸣后的电到哪里去了,而且认为“电子和电荷”钻入了地底,会不会把地球撑爆。

是不是还有许多朋友有这种想法呢?既如此,我们就一起来讨论弄清楚这个问题。

首先,我们弄清雷电是咋回事,闪电和打雷之间的关系。

有了电闪雷鸣,地球就丰富了许多。古代,人们不知道这种现象产生的原因,非常敬畏,由此产生了许多神话。

那么,为什么会有这种现象呢?

雷电产生的机理在很多科普读物中都有介绍,这里只简单说一下。在空气对流活跃的天气,会产生积雨云,这种云层很高,顶部可高达20公里。

云由水汽组成,在高空低温下会产生冰晶,空气对流使冰晶和水滴相互撞击破碎、摩擦,由此产生了电荷。

这种电荷比较复杂,一般上层云产生正电荷,下层云产生负电荷。当这种电荷积聚较多,产生了较大电位差(电压)时,就会发生云层之间的放电现象。这种放电电流可达3~30万安培,电压可达1亿~10亿伏特。

闪电打雷就是这种放电的结果。

那么到底是先闪电还是先打雷呢?

一般的现象是先看到闪电,后听到雷声。这是因为光速快,每秒30万公里,而声速很慢,每秒才340米左右。但如果这个雷就在身边不远处炸开,就会“几乎”同时看到闪电和听到雷声。

因此有人认为,闪电打雷是同时进行的,只是由于光速快,声速慢,我们才会先看到闪光,后听到雷声。

实际上闪电雷鸣时间还是有先后的。虽然雷电在身边炸开时,“几乎”同时看到闪电和听到雷声,但只是“几乎”,是因为人的眼睛和耳朵辨别速度还是有限的,所以只是“几乎”同时看到。

如果用精密仪器或者高速摄像机录下来慢放,这个“同时”就不同时了。

闪电是正负电荷的放电现象,雷声是放电释放的热能导致空气急速膨胀发出的冲击波音爆。严格意义上来说,闪电在前,热释放、空气膨胀还是有一个过程的,雷声是放电后的结果。

其次,闪电消失后,“电子和电荷”去哪里了?

这个问题在前面就可以解释了,闪电后,电就释放了,正负电荷相抵消了,带正电荷和带负电荷的云层都变成了中性云层了。

有时候暴风云还会在地面产生阳电荷,地面阳电荷与云中的阴电荷相吸,就发生雷电击到地上的现象。由于空气并非良好导体,地面的阳电荷就寻找树木、山丘、高大建筑甚至人体,试图通过这些尖端向上释放,与云端阴电荷握手。

所以雷雨天尽量不要站在高处或屋檐树下就是这个道理。

只有云层和大地中的电荷释放了中和了,云层和大地才消停了,和平相处了。

释放的副产品就是热能,这些热能在空气中通过空气分子热传导和热对流渐渐消散了。

是“消散”了,不是消失了。

这种消散就像在野外点起篝火,在篝火上吊一个锅子烧水煮肉,消耗了一部分能量,其余火的能量大多数都消散在空气中,经过热对流和热传导渐渐消失了。

我们在火光附近会感受到热量,也成为帮助把这些热能传导带走的物体。

热量传播有三种方式,即热传导、热对流和热辐射。

热传导是能量传播的主要方法之一,是通过介质进行的传热现象。在固体、液体、气体中均可发生。但比较单一的热传导只能够在固体中发生,液体和气体都属于流体,在流体中虽然也有热传导的现象,但热对流会同时发生。

热对流是由于温度梯度所造成的的密度差,会让流体产生自然对流。如烧开水会沸腾,就是水热能的上下对流,闪电热能导致空气膨胀,烧火导致空气上升,然后冷空气会来补充,这都是热对流的现象。

热辐射无需介质,在真空中传导。太阳电磁辐射就是在真空中走了1.5亿公里来到地球的。

因此闪电所形成的热效应通过空气传导和对流散逸掉了。

电荷和电子是咋回事?

这位提问的朋友很担心打雷闪电变成的“电子和电荷”,跑到地球里面去了,会给地球造成短寿。

这种忧天忧地球的高度责任感令人十分钦佩感动。

但奉劝有这种想法的朋友先补补初中科学常识,了解一下什么是电荷,什么是电子,什么是电流,就不会这么忧心忡忡了。

电子与电荷完全不是一回事。

任何常规物质都是由原子组成的,原子是由原子核和核外电子组成的。这些物质的电子并不会随便凭空就跑掉,这样物质才能够保持其基本的性质。

因此电子是物质的组成部分。

在原子里面,原子核是带正电的,而电子是带负电的,一个正常的原子核内正电与电子负电是相等的,因此原子呈现出中性状态。

当原子在一定条件下失去1个或几个电子时,这个原子就变成了离子,就带有正电荷了,而电子游离于原子核外成为自由电子就带有负电荷。这就是电荷产生的原因。

离子是不稳定的存在,因此这种现象是不可能长期存在的,只有正负相抵呈中性才能够稳定存在。

所以,不管是放电现象还是发电现象,都不是电子本身的流动,而是电荷在电场中,由于势位差(电压),而发生的能量流动传递现象。

电子在其中只是起到了一个震动传递的载体作用。电磁理论说来话长,这里就不絮叨了。

当离子重新变成中性原子,离开的电子也就回了娘家。

因此电子总量是平衡的,电荷以能量的形式在积聚和释放交替中总体上也是平衡的。

比起太阳能,电闪雷鸣完全就是小儿科。

地球接受的热能很多,太阳的电磁辐射给予地球的能量最多。

地球每秒钟接受太阳总辐射能量的22亿分之一,约1.75×10^17J,这些能量相当于1000万座三峡大坝发电的总和,每秒钟相当487亿度电。

有朋友计算,一年打雷能量满打满算相当1.76万亿度电(本人未核实),如果这个计算正确的话,也就相对地球接受太阳能量36秒的量,因此闪电这点能量在太阳能面前说小巫见大巫都大大高看了,基本可以忽略不计了。

电磁辐射的能量载体是光子,这些光子到地球后与物质粒子交互作用,实现能量转换。

地球每时每刻都吸收着太阳的能量,不管是我们看到了太阳,还是由于阴天看不到太阳,地球都在源源不断的吸收太阳能。

这些能量不断地发生转化,一方面使大地大气保持温暖,另一方面不断的催动热对流循环,空气流动激荡生发出一个风霜雨雪电闪雷鸣热闹的世界。

地球消化不了的热能,就通过反射和辐射,放散回到太空中。如果温室气体增加,就会阻挡多余的热量散发,地球温室效应越来越严重,最终导致气候失控。

这是另外一个话题,就此打住。

因此地球永远不会被“电子”塞满,它只是在吸收能量和释放能量中平衡。

也有研究认为,从长远趋势来看,地球质量是不断增加的。

但这个增加与这位朋友担忧的闪电毫无关系,增加的主要来源是宇宙尘埃和陨石。

地球每天甚至每时每刻都在吸收着宇宙尘埃或流星陨石,每年这种物质达到数万吨之多。

但这点东西在地球巨大的质量面前还是几乎可以忽略不计的。地球质量约60万亿亿吨,即便每年增加10万吨,只是占总质量的6亿亿分之一。

也就是说1亿年后,地球将增加6亿分之一的质量,大概增加了1公分多点厚度的砂石。

这个质量相当于一颗几十公里直径的小行星。

就是这样,欢迎讨论,感谢阅读。

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