雷雨云中的电荷是怎样出现的?

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雷云的形成
产生雷电的条件是雷雨云中有积累并形成极性.科学家们对雷雨云的带电机制及电荷有规律分布,进行了大量的观测和试验,积累了许多资料,并提出各种各样的解释,有些论点至今还有争论.1.3.1 对流云初始阶段的“离子流”假说 大气中存在这大量的正离子和负离子,在云中的雨滴上,电荷分布是不均匀的,最外边的分子带负电,里层的带正电,内层比外层的电势差约高0.25V.为了平衡这个电势差,水滴就必须优先吸收大气中的负离子,这就使水滴逐渐带上了负电荷.当对流发展开始时,较轻的正离子逐渐的被上升的气流带到云的上部；而带负电的云滴因为比较重,就留在了下部,造成了正负电荷的分离.1.3.2 冷云的电荷积累 当对流发展到一定阶段,云体伸入0℃层以上的高度后,云中就有了过冷水滴、霰粒和冰晶等.这种由不同相态的水汽凝结物组成且温度低于0℃的云,叫冷云.冷云的电荷形成和积累过程有如下几种：① 过冷水滴在霰粒上撞冻起电 在云层重有许多水滴在温度低于0℃时也不会冻结,这种水滴叫过冷水滴.过冷水滴是不稳定的,只要它们被轻轻地震动一下,就马上冻结称冰粒.当过冷水滴与霰粒碰撞时,会立即冻结,这叫撞冻.当发生撞冻时,过冷水滴外部立即冻成冰壳,但它的内部仍暂时保持着液态,并且由于外部冻结放的潜热传到内部,其内部液态过冷水的温度比外面的冰壳高.温度的差异使得冻结的过冷水滴外部带上正电,内部带上负电.当内部也发生冻结时,云滴就膨胀分裂,外表皮破裂成许多带正电的冰屑,随气流飞到云层上部,带负电的冻滴核心部分则附在较重的霰粒上,使霰粒带负电并留在云层的中下部.② 冰晶与霰粒的摩擦碰撞起电 霰粒是由冻结水滴组成的,成白色或乳白色,结构比较松脆.由于经常有冷水滴与它撞冻并释放潜热,它的温度一般比冰晶高.在冰晶中含有一定量的自由离子（OH-和H+）,离子数随温度升高而增多.由于霰粒与冰晶接触部分存在着温度差,高温端的自由离子必然要多于低温端,因而离子必然从高温端向低温端迁移.离子迁移时,带正电的氢离子速度较快,而带负电的较重的氢氧根离子则较慢.因此,在一定时间内就出现了冷端氢离子过剩的现象,造成了高温端为负,低温端为正的电极化.当冰晶与霰粒接触后,又分离时,温度较高的霰粒就带上了负电,而温度较低的冰晶就带上了正电.在重力和上升气流的作用下,较轻的带正电的冰晶集中到云的上部,较重的带负电的霰粒则停留在云层的下部,因而造成了冷云的上部带正电而下部带负电.雷电 ③ 水滴因含有稀薄盐分而起电 出了上述冷云的两种起电机制外,还有人提出了由于大气中水滴含有稀薄盐分而产生起电机制.当云滴冻结时,冰的晶格中可以容纳负的氯离子,却排斥正的钠离子.因此,水滴冻结的部分带负电,而未冻结的部分带正电(水滴冻结时是从里向外进行的).由于水滴冻结而成的霰粒在下落的过程中,摔掉表面还未来得及冻结的水分,形成许多带正电的小云滴,而冻结的核心部分则带负电.由于重力和气流的分选作用,电正点的小滴被带到云的上部,而带负电的霰粒则停留在云的中、下部.1.2.3 暖云的电荷积累 在热带地区,有一些云整个云体都位于0℃以上区域.因而只含有水滴而没有固态水粒子.这种云叫暖云或水云.暖云也会出现雷电现象.在中纬度地区的雷暴云,云体位于0℃等温线一下的部分,就是云的暖区.在云的暖区里也有起电过程发生.在雷雨云的发展过程中,上数机制在不同的发展阶段分别起作用.但是,最主要的带电机制还是由于水滴冻结造成的.大量观测事实表明,只有当云顶呈现纤维状,丝缕结构时,云彩发展成为雷雨云.飞机观测发现,雷雨云中存在以冰、雪晶和霰粒为主的大量云粒子,而且大量电荷的积累即雷雨云迅猛带电机制,必须依靠霰粒生长过程的碰撞、撞冻和摩擦等才能发生.

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