《雷电科学史话:你真的知道它有多危险吗》是一本雷电发展史的精缩本,涵盖远古时代的雷电神秘史、雷电科学、雷电防护技术、最新的雷电研究动态等,将人类对雷电认识和利用的发展历史全面地呈现给读者。作为一本科普读物,《雷电科学史话:你真的知道它有多危险吗》深入浅出,既提示了有关雷电的各种神秘自然现象,又介绍了与雷电相关的物理学、气象学、建筑技术、防雷技术等学科,浅显易懂,回避了高等数学的知识,特别是在当前微电子设备的应用日益广泛、国内防雷行业发展迅猛的形势下,《雷电科学史话:你真的知道它有多危险吗》中的一些图表、数据、插图对各类专业人员认识雷电的成因、机理和防雷也有很高的参考价值。
毫无疑问,远古时期的人类感到雷电使人惊恐,同时又令人着迷。所有古代文明的神话中都有闪电和雷声的身影(见第一章)。神话以及对雷击危害的观察构成了雷电历史,直到启蒙时期,本杰明·富兰克林和托马斯·弗朗索瓦·达利巴尔以及他们的同事们才开始用科学方法研究这一自然现象(见第二章)。然而,一直到19世纪末20世纪初,随着现代测量仪器开始得到应用,科学家才得以开展详细的雷电研究。
关于雷电,现代科学的解释是什么?这个问题的答案可以在第三~五章中找到。这几章分别介绍了雷暴云及其形成、雷电现象及其参数、雷电活动空间分布以及全球电路的最新研究成果。尽管与地球上的雷电有所不同,太阳系的一些其他行星同样也存在雷电现象。到目前为止,在雷雨云和大地之间,拖带细线的小型火箭从自然雷雨云中人工触发雷电的实验已进行过一千多次。这种人工触发闪电为我们深入了解大气放电提供了极大帮助。
第六章论述雷电的物理效应。它们早已不再神秘。我们将考虑电效应、电动力效应、热效应、电磁效应、电化学效应、声(雷声)效应,以及最重要的方面:雷电对人和动物的影响。第七章介绍雷电二次效应和基本安全规则,并论述雷电造成的各种危害。
雷电防护是一个有重大实用价值的课题。雷电防护研究中,雷电接闪过程是一个关键问题,但仍然最不为人所了解(见第八章)。目前,防雷设计采用简化电气几何模型。人类居住的房屋是否需要防雷?这个经常问到的问题在第八章和第九章中论述。此外还讨论了电力线的防雷,介绍了以2006年新版雷电防护国际标准(IEC 62305)为基础的风险概念和风险评估方法。
最后,第十章介绍雷电的最新前沿研究。我们将讨论云顶和电离层之间发生的各种瞬态发光现象,这些现象多数与普通雷电有关。我们还将回顾近年观察到的与雷电有关的能量辐射(X射线和伽马射线)现象。如果像许多科学家推测的那样,地球气候确实正在变暖,我们就可以预期未来的雷电活动会显著增加。
为使非技术专家的读者更容易阅读本书,书中插入了许多介绍电现象的插图和解释框。本书还为有兴趣补充有关物理知识的读者提供了附录,深入介绍大气放电的背景知识。
本书面向普通读者,因此每个人都可以阅读。对那些在工作中接触雷电及其危险性的工程师、气象工作者、护林员、生态学家、建筑师以及物理学家,本书可以成为一个很好的起点。
本书也是学生课外自修研究的理想读物。
克里斯汀·布克纽博士(Dr.ChristianBouquegneau),比利时蒙斯工业大学(FacultePolytechniquedeMorls,FPMs,Belgium)物理系教授,并于1986年至1994年担任蒙斯工业大学校长。1988年至2007年曾担任国际电工委员会雷电防护技术委员会(IECTC81)主席。欧洲电工标准化委员会雷电防护技术委员会(CENELECTC81X)主席。国际大电网组织(CIGRE)雷电防护专家。比利时皇家气象学会理事会主席。国际雷电防护会议科学委员会委员。欧洲高级工业管理者协会(TIME-TopIndustrialManagersinEurope)欧洲网络代表。布克纽博士是著名的演讲家,在全球100多个国家讲学.讲述雷电现象、雷电防护的国际标准、关于雷电的神话与传说、历史和艺术……
王雪颖,毕业于电子科技大学,从事防雷工作,热爱防雷事业,现服务于某知名防雷企业。
序
引言
致谢
第一部分 雷电仍然神秘莫测吗
第一章 雷电神话
有益还是惩罚,时时、处处
远古神话
古典神话
吠陀神话
从斯堪的纳维亚到高卢神话
保护圣徒
美洲神话
非洲神话
亚洲和大洋洲神话
世界各地
第二章 历史纵览
古代文明
从中世纪到启蒙运动
富兰克林还是达利巴尔
圣欧麦案
现代
第二部分 科学告诉我们什么
第三章 雷电源于何处
积雨云的特征
地球大气层
雷雨云的演变
电荷的分布
雷电放电的分类
地面上电场的变化
第四章 云地闪
概述
云地闪分类
云地闪现象:平坦地面
云地闪现象:高塔
雷电流参数
全球电路
第五章 哪些地方易受雷击
雷电发生率、监测及定位
能否人工触发雷电
其他行星上是否存在雷电
第三部分 雷电效应
第六章 物理效应
电效应
电动力效应
声学效应
热效应
电磁效应
电化学效应
雷电对人和动物的影响
第七章 二次效应和雷电损害
侧击
感应放电
跨步电压
接触电压
基本安全规则
雷电危害
第四部分 雷电防护
第八章 接闪和建筑物防护
接闪过程
电气几何模型
建筑物及其他构筑物的雷电防护
第九章 不仅是建筑物防护
内部防护
何时需要防雷
高压输电线的雷电防护
第五部分 结束语
第十章 新的前沿
淘气精灵、红色精灵、蓝色喷流
实验室放电与自然雷电的对比
尚在进行中的研究
雷电和气候变化
雷电的危险性有多高
附录 实验室放电
电气击穿
流注理论
不均匀场中的放电
空间电荷效应
长火花
术语索引
你知道有76个不同的圣多那(SaintDonat)吗?其中一个圣多那是公元4世纪努米底亚的主教,据说他来自明斯特艾弗(Munstereifel,德国)。他一手持一束火把、另一手拿几缕谷穗,显示他保护收成免遭冰雹的力量。
1652年,在不寻常的大雨中,罗马圣艾格尼丝(SaintAgnes)地下墓穴的圣多那遗物到达了离最终目的地(巴德)明斯特艾弗(Munstereifel)3里格(里格,古老的长度单位,相当于4。8km)远的奥伊斯基兴(Euskirchen)。第二天是主显圣容节,一件奇事发生了:当从明斯特艾弗派到奥伊斯基兴准备朝圣的耶稣会神甫赫德举行弥撒时,发生了可怕的雷暴。在举扬和圣餐仪式期间雷声轰隆,在最后的福音仪式之前,一道响亮的闪电穿透教堂击中正在祈求圣多那保佑的耶稣会神甫(见图3)。尽管发生了各种古怪的事情(但这是一个在科学上可以解释的事实),神甫克制住不安,顾不上身体上留下的灼伤,在同一天设法将遗物顺利地带到明斯特艾弗。对圣多那的祈祷是神圣的,他被祈告为神圣的闪电保护者。
牧师和信徒们被闪电击中的例子经常见到。这一事实让卡米尔·弗拉马里翁(CamilleFlammarion)感到,如果雷电不是异教徒或反宗教论者,至少也是不尊重圣地。如此众多的迷信!
在世界各地,天主教会祈求最多的圣人是贞女和殉教者圣巴巴拉。巴巴拉是叙利亚总督迪亚斯科(Dioseore)的女儿,大约出生于公元306年。她违背父亲的意愿皈依基督教,因此被监禁在一个塔楼中,受到最残暴的虐待。由于她不肯放弃信仰,迪亚斯科失去了耐心,把她带到法官马西恩(Marcien)面前。