下雨时经常打雷,为何先看到闪电再听到雷声?
闪电和雷声同时产生,为何我们先看见闪电,再听到雷声呢?关于这个问题,或许很多人知道答案,但是大家或许并不了解深层原因,接下来我们将详细了解下这个过程,看看是否跟你想的一致。
一、为何闪电和雷声同时产生?
我们最常见的是云中放电,一般发生在对流层,也就是从地表向上,高到约11千米左右的部分,对流层的热点是,高度越高,温度越低。
关于闪电产生的原因,没有完全探明,目前接受度最广的说法如下:
积雨云是闪电的温床,积雨云一般高度可达1万米以上,我们知道对流层高空温度很低,实际上冰晶在5千米以上就会形成。当积雨云内的雨滴冻结,带正电离子会集中在雨滴内冷的地方,带负电离子会集中在雨滴内较暖的地方,这是实验已经证实的情况。
因此雨滴外部较冷,带正电,雨滴内部较暖,带负电。
随着雨滴进一步冻结为冰晶,最终会发生破裂,此时雨滴外部带正电的壳,会破裂成碎片,随着气流运动到上方,而较重的雨滴内核,则携带负电聚集在云底。
当云内电荷差异累积到约数百万甚至上亿伏特时,就会在云间、云内和云底之间发生放电现象。这就好比电容器因为电压过大,被击穿了一样。
击穿瞬间产生了闪电,闪电周围的空气在不到1秒的时间内,加热到约33000摄氏度,空气因为快速加热,产生气爆炸式的膨胀,进而产生声波,这就是雷声。
由此可见,雷声跟闪电是同时产生的。
二、为何先看到闪电后听到雷声?
雷声跟闪电本质就是声音和光,而光(闪电)的传播速度远远大于声音(雷声)的传播速度。具体来说,光速大约在30万公里每秒,而声速大约在343米每秒,也就是光比声音大致快100万倍,这是什么概念?
如果光和声音比赛,同时绕地球一周,对于光来说,只需要约0.134秒,而对于声音,则需要大约32小时。
我们通过这个特性,可以简单估算闪电距离我们有多远。
假如闪电距离人1000米,当人看到闪电后,过大约3秒钟,才会听到雷声。一看到闪电,立刻心中默默数秒,然后一秒对应距离大致在333米左右,算出结果后,害怕打雷的同学或许就能安心了。
光比声音快100万倍,如果把这原因当问题,背后有没有更深层次的原理呢?当然有!
三、为何光比声音速度快?
光波是电磁波,而声音则是机械波。这两种波的差异,决定了它们传播速度的差异。
首先说电磁波,光波作为波长在380到800纳米之间的电磁波,本身就是从原子、分子内辐射出的高频电磁场,这个过程属于核反应,具有极高的能量,因此不需要介质就能传播。
而声音作为机械波,本质由物体的振动产生,类似多米诺骨牌一样,所以必须依靠介质传播。一旦没有介质,比如人进入太空,就无法听到声音。
光波依靠电磁场传播,并且光波的产生需要极高的能量,相比之下,物体振动能量低得多,并且还离不开介质,上述差异使得光比声音速度快。
回到问题:为何先看见闪电,再听到雷声呢?你是不是有了更深的认识呢?
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根据物理知识来讲,光在空气中中的传播速度是大于声音的传播速度的,所以往往下雨时,会先看见闪电,然后听见雷声。
详细来说,其实在远方,雷声和闪电是同时出现的,(雷电是云层自运动的过程中,产生了电荷,电荷在放电时会产生电火花,既有光也有声音),而光每秒钟要传播3000000千米,而声音在空气中一秒钟只能传播0.34千米,声速只有光速的九十万分之一。所以光传播的很快,而声音则相对慢很多,也就产生了我们生活中看见的现象,“下雨时经常打雷,却先看见闪电,然后听见雷声”。
扩展知识:1.气温影响空气的密度,气温高,空气的密度小,声波在传播过程中收到的阻力小,所以声速较大,因此声音有声源发出后不一定沿直线传播。
2.光速:电磁波在真空中的传播速度。光速是自然界物体运动的最大速度。
3.光年:长度单位,衡量天体间的距离。
4.闪电的出现:
火花的出现是由于积雨云中这块云和那块云之间以及云与地面之间正负电荷的分离。
雨滴、冰雹、雪花在降落的过程中,会产生电荷的分离,就像在羊毛衫上摩擦气球。云层里的运动导致降水,也使得部分云被负电荷主导,另一部分被正电荷主导。
当正负电荷差异过大,空气不能隔绝时,就会发生放电现象,出现火花,也就是闪电。闪电发生时,闪电区内空气的温度可能会高达27760°C,这是太阳表面温度的4.5倍。高温气体会快速向闪电区外的空气中膨胀,结果是闪电边缘处的一个巨大声波,也就是闪电以光速传播,每秒达299338千米;而雷以速传播,每秒仅有317米,因此我们会先看到闪电。
暴雨天气里,如果你想知道离闪电有多远,那就从着到闪电时开始数数,直到听到雷声。注意用1一1000整,2—1000整,3—1000整的模式来数,每一个计数表明闪电在0.3开外。也就是说,如果你数到3—1000整,那么闪电的距离是0.3千米的3倍,也就是约1千米之外。如果闪电和雷声之几乎没有空隙,那么闪电就非常近了,也可能你就会有麻烦了。