• 闪电

  回答时间：2017-10-29 00:53:09

先说声明：尽管我见过闪电的次数无以计数，但对闪电的具体参数，例如它的温度、直径、压强和形态，几乎是一片空白。

记得很早以前，当美国旅行者飞船抵达木星和天王星时，发现了闪电。据报道，木星的闪电规模参数：闪电的长度在60千米到120千米，闪电电弧直径为20厘米。文章中对比了地球上的闪电，其参数是：闪电长度是10到20千米，闪电电弧直径为数厘米。

这些参数给我留下很深的印象。

下图是度娘上的闪电图片：

为何闪电电弧看起来很粗？这只是假象而已。因为漆黑的夜空中充满水汽，电弧闪光突然照亮了周围空间，使得闪电电弧似乎很粗，再加上视觉暂留现象，给人产生了闪电电弧直径很粗的假象。

我曾经仔细看过闪电，我发现在每一道闪电电弧的中心，存在一道很细的高亮区。这道高亮区域的宽度应当就是闪电电弧的直径了。

我比较熟悉的是开关电器的电弧，我们不妨来做个对比。

1）开关电弧的温度：电弧弧柱区的温度一般在6000K以上，甚至可达20000K。

2）开关电弧的直径与弧温有关，与气体介质种类有关，与气压有关，与弧隙长度有关，与流经的电流大小更是直接相关。

对于铜电极，当弧长为2厘米、电流在2~20A时，开关电弧的直径经验公式是：

这里的dh是电弧直径，单位是厘米；Ih是电弧电流，单位是A。

我们不妨计算一下：

。

当铜电极之间出现在大气中横向运动的开关电弧时，若横向运动速度是20到50m/s，电流为50到1000A时，电弧直径经验公式是：

这里的n是系数，其值大约是0.6~0.7之间。

我们不妨再来计算一下：若设电流为1000A，n取值为0.65，代入上式，得到：

这种铜电极电弧与自然界的闪电电弧当然无法相比，有关的电弧直径计算公式也不一样，不能套用。

不管是哪种电弧，电弧一旦生成，它的表面会散热，并且直径越大，散热越强烈。因此，电弧的直径大小代表着电弧能量的高低，是电弧强度的代表参数；电弧具有热惯性，因此它对电流的变化具有一定的限流能力；电弧的发热和散热会达到一定的平衡。若参数改变，则电弧的电压、直径和温度等参数也会改变，然后维持在一个新的平衡条件下。

特别重要的是：电弧温度越高，它的电阻就越小。因此，电弧具有负阻特性，它的伏安特性曲线随着电流增加电压反而降低。

我手上有一本很好的书，书名是：《气象学与生活》，是美国的Frederick K.Lutgens著，陈星翻译。我手上的这本书是原书第12版。因为我正在写一本有关电气知识的科普书，出版社专门把此书寄给我供参考。

我们来看其中的摘录：

这些摘录出现在此书的第233页。

由我圈起来的部分可以看到，题主的问题基本上得到解答。原来，闪电电弧的直径不过20厘米。

我很欣赏这本书。若这本书让我来写，可能会出现大段落的公式，甚至还有各种推导。但这样一来，书的可读性就降低了。写书，真的是一件十分伤脑筋的活。

若知友们对气象感兴趣，我十分推荐大家来阅读此书。

另外，有时我们看到没有电弧的闪电，天际只是闪亮一下，也听不见雷声，这叫做辉光放电。辉光放电与弧光放电相比，前者没有明确的边界，后者的界限分明；前者没有放电声音，后者则霹雳震耳。

所以题主谈及的大气放电若是指辉光放电，则直径恐怕有数百米，甚至上千米了。

典型代表就是日光灯管，管内就是辉光放电，注意到放电是充满整个管内空间的。

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突然想到一个问题。

有次大家谈及避雷器的参数，一位同事说避雷器的绝缘性能良好，所以能避雷，这个讲法对吗？

须知，雷电云产生的雷电电压能将十几千米的空气击穿，区区避雷器，绝缘性能就能强过十几千米的空气？

不知知友们的看法如何？

看了评论区的评论，发现知友们对这个问题的回答各种各样。我来回答一下吧。

建筑物中划分了不同的避雷区，分别叫做LPZ0、LPZ1、LPZ2、……，等等，越往后级别越低。

我们来看看防雷区的定义是什么。在我写的书《低压成套开关设备的原理及其控制技术》中，第1.7节有如下内容：

建筑物遭受雷击是一种常见现象，雷击会给人身和电气设备带来极大的伤害和破坏，所以需要对雷击予以必要的防护。

根据被保护空间可能遭受雷击的严重程度及被保护系统（设备）所要求的电磁环境，将被保护空间划分为若干不同的防雷区域，即LPZ0A、LPZ0B、LPZ1、LPZ2、LPZ3、……

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