1、作業(yè)題 . 求均勻帶正電的無(wú)限大平面薄板的場(chǎng)強(qiáng)，設(shè)電荷的面密度為 e 。 解：由于對(duì)稱，兩側(cè)距平板等距離的點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小一樣，方向處處與平板垂直，并指向兩側(cè)（見圖a）。根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)分布的這個(gè)特點(diǎn)，我們把高斯面取成圖b所示的形式，它是這樣一個(gè)柱體的表面，其側(cè)面與帶電面垂直，兩底與帶電面平行，并對(duì)帶電面對(duì)稱。 第頁(yè)圖,那么，場(chǎng)強(qiáng)的大小為 另，圓柱面所包圍的電荷為 根據(jù)高斯定理 則最后有,2. 什么是高層建筑和超高層建筑？ 答：高層建筑： 十層和十層以上的居住建筑 高度超過(guò) 24 米的其它建筑 超高層建筑：高度超過(guò) 100 米的建筑 . 什么是雷電反擊？ 答：雷電反擊通常是指接受直擊雷的金屬體，包括接閃器、

2、接地 引下線、接地體、其它與大地連接的金屬物體在接閃瞬間與 大地間存在很高的電壓，這電壓對(duì)這些金屬物體發(fā)生閃擊 （或叫閃絡(luò)）的現(xiàn)象稱為反擊。 4. 什么是跨步電壓？跨步電壓是怎樣形成的？ 答：距離為0.8米的地面電壓。 當(dāng)雷電流經(jīng)地面雷擊點(diǎn)或接地體，流散入周圍土壤時(shí)，在它 周圍形成電壓降落。如果有人在接近接地體附近行走，兩腳 距離超過(guò)0.8米，就會(huì)由于跨步電壓而觸電，可能造成人身 或牲畜的傷亡事故。,5. 什么是接觸電壓？ 答：當(dāng)雷電流經(jīng)引下線和接地裝置時(shí)，由于引下線本身和接地裝 置（包括一些與防雷裝置連通的金屬物體）都有阻抗，因而會(huì) 產(chǎn)生較高的電位差，這種電位差有時(shí)高達(dá)幾萬(wàn)伏，甚至幾十萬(wàn) 伏

3、。這時(shí)若有人或牲畜接觸引下線或接地裝置，就會(huì)受到雷電 流所產(chǎn)生的接觸電壓的危害。 6. 什么是旁側(cè)閃絡(luò)？ 答：旁側(cè)閃絡(luò)是雷電沒有直接擊中受害人，而是擊中受害人附近 的物體。由于被雷擊物體帶高電位，向它附近的人或牲畜閃擊 放電而造成傷害。,7. 晴天大氣電流包括哪幾種電流？指出這些電流的電流密度。 答：晴天大氣電流包括有： 傳導(dǎo)電流：是大氣正、負(fù)離子在大氣電場(chǎng)作用下的定向遷移造成 的，其電流密度矢量是je。 對(duì)流電流：是氣流對(duì)流攜帶這體電荷一起移動(dòng)而形成的，其電流 密度矢量是jw。 擴(kuò)散電流：是大氣電荷因湍流和擴(kuò)散而形成的，其電流密度矢量 是jt。 位移電流：由于大氣電場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)而產(chǎn)生的電

4、流，其電流 密度矢量是jd 那么，大氣電流密度矢量j 為 j = je + jw + jt + jd,8. 積雨云中的電荷分布是怎樣的？ 答：積雨云中的電荷分布大致有三個(gè)區(qū)域：最高集中區(qū)是正電 荷，中間區(qū)是負(fù)電荷，最低區(qū)是正電荷。最低區(qū)的正電荷較 少，中間區(qū)的負(fù)電荷最多，離地面較近，對(duì)云地之間的大氣 電場(chǎng)起主要作用。 . 根據(jù)積雨云中的電荷分布情況，晴天和有積雨云時(shí)的大氣電 場(chǎng)方向是怎樣的？ 答：晴天大氣電場(chǎng)的方向是自高空指向地面，而有積雨云是，大 氣電場(chǎng)方向突然反轉(zhuǎn)為自地面指向高空。 10 . 關(guān)于積雨云的起電機(jī)制，有哪三種學(xué)說(shuō)？談?wù)勀愕目捶ā?答：積雨云的起電機(jī)制有三種學(xué)說(shuō)：感應(yīng)起電學(xué)說(shuō)、

5、溫差起電學(xué) 說(shuō)、破碎起電學(xué)說(shuō)。 我的看法是：,11 . 閃電有哪幾種類型？ 答：閃電的分類有兩種，一種是以形狀分類的，另一種是以空間 位置分類的。 （）以形狀分類有：線狀閃電（最常見）、帶狀閃電、片 狀閃電、聯(lián)珠狀閃電、球狀閃電。 （）以空間位置分類有：云內(nèi)閃電（云閃）、云際閃電 （云閃）、晴空閃電、云地閃電（地閃） 12. 大氣是怎樣導(dǎo)電的？ 答：當(dāng)大氣局部區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，氣體中將 出現(xiàn)迅速增多的電子。這些電子在強(qiáng)電場(chǎng)中加速運(yùn)動(dòng)，將中 性的大氣分子或原子的階電子被撞擊出來(lái)，產(chǎn)生了正、負(fù)離 子和新的電子。這些新的帶電粒子同時(shí)參加撞擊，使更多的 大氣分子或原子電離，如此，很快形

6、成電子崩。另外，在電 離過(guò)程中，撞擊使空氣分子或原子處于激發(fā)態(tài)而發(fā)出光子。 光子也撞擊空氣中的分子或原子，光子的速度很大，對(duì)氣體 導(dǎo)電起著重要作用。如此，大氣局部區(qū)域變?yōu)榱藢?dǎo)體，出現(xiàn) 伴有發(fā)光和發(fā)聲的放電現(xiàn)象。,13. 為什么會(huì)出現(xiàn)“電閃雷鳴”？ 答：當(dāng)雷雨云內(nèi)部、云際之間或云地之間的電場(chǎng)強(qiáng)度足夠大 時(shí)，云霧大氣發(fā)生電擊穿，空氣被電離。在電離過(guò)程中，原 子內(nèi)部電子在能級(jí)上的躍遷會(huì)發(fā)光，這些光子的速度遠(yuǎn)大于 電子，它們更加快和擴(kuò)大空氣的電離，這部分發(fā)光的導(dǎo)電氣 體就是流光。而且，在電場(chǎng)的作用下，流光逐級(jí)往下方彎曲 延伸，也就是梯級(jí)先導(dǎo)一段一段向下發(fā)展。當(dāng)梯級(jí)先導(dǎo)到達(dá) 離地面一定高度時(shí)，其頭部與地

7、面空氣間隙被擊穿，主放電 即回?fù)舴烹娨愿叩乃俣葟牡孛鏇_向云下端，發(fā)出很強(qiáng)的光 柱，這是第一次閃擊。相隔數(shù)秒之后，從云中一根暗淡的光 柱，攜帶巨大的電流，沿第一次閃擊路徑直竄地面，即直竄 先導(dǎo)（也叫箭式先導(dǎo)）。當(dāng)箭式先導(dǎo)離地一定距離時(shí)，地面 再次向上回?fù)舴烹?，再形成?qiáng)光柱，也就是第二次閃擊。接 著又類似第二次那樣的第三次、第四次閃擊，最終完成一次 閃電全過(guò)程。因而在一次全閃擊的過(guò)程中，閃電多次發(fā)出強(qiáng) 烈無(wú)比的光亮。與此同時(shí)，在閃電的極短的時(shí)間內(nèi)，不同極 性的電荷通過(guò)狹窄的閃電通道互相中和，產(chǎn)生強(qiáng)烈的光和,熱。閃電通道中的空氣突然劇烈增若，使通道的溫度高達(dá) 15000 20000C，因而造成空氣

8、急劇膨脹，通道附近的氣壓可 猛增至一百個(gè)大氣壓以上。緊接著，又發(fā)生迅速冷卻，空氣 很快收縮，壓力減低。這一驟脹驟縮都發(fā)生在千分之幾秒的 極短時(shí)間內(nèi)，所以在閃電爆發(fā)的一瞬間，會(huì)產(chǎn)生沖擊波。沖 擊波以5000m/s 的速度向四面八方傳播。在傳播過(guò)程中，它 的能量很快衰減，而波長(zhǎng)則逐漸增長(zhǎng)。在閃電發(fā)生后0.1 0.3 s ，沖擊波就演變成聲波，這就是我們聽到的雷聲。 雷聲的另一種說(shuō)法：在高壓電火花的作用下，由于空氣和水 汽分子分解而形成的爆炸性氣體發(fā)生爆炸時(shí)所產(chǎn)生的聲音。 雷鳴的聲音在最初的十分之幾秒時(shí)間內(nèi)，跟爆炸聲相同。這 種爆炸波擴(kuò)散的速度為5000m/s ，之后0.1 0.3 s ，它就演變

9、為普通聲波。 炸雷：一般是距離觀測(cè)者很近的云對(duì)地閃電所發(fā)出的聲音。 因?yàn)殚W電就在觀測(cè)者附近，它所產(chǎn)生的爆炸波還來(lái)不及演變 成普通聲波，所以聽起來(lái)猶如爆炸聲一般。,悶雷：如果云中閃電時(shí)，雷聲在云里面多次反射，在爆炸波分 解時(shí)，又產(chǎn)生許多頻率不同的聲波，它們互相干擾，使人聽起 來(lái)感到聲音沉悶，這就是我們聽到的悶雷。 拉磨雷：是長(zhǎng)時(shí)間的悶雷。原因是主要是聲波在云內(nèi)的多次反 射以及遠(yuǎn)近高低不同的多次閃電所產(chǎn)生的效果。此外，聲波遇 到山峰、建筑物或地面時(shí)，也產(chǎn)生反射。有的聲波要經(jīng)過(guò)多次 反射，這多次反射有可能在很短的時(shí)間間隔內(nèi)先后傳入我們的 耳朵。這時(shí)，我們聽起來(lái)就覺得雷聲沉悶而悠長(zhǎng)，有如拉磨之 感。,

10、14. 地閃是如何形成的？ 答：雷雨云的中間部分帶負(fù)電荷，電量最多，起主要作用，下 端帶少量的正電荷。起先，雷雨云中部與云下端的電場(chǎng)隨著云 中電荷的積累而加強(qiáng)。當(dāng)大氣電場(chǎng)強(qiáng)度增大到一定程度 （10000V/cm以上）時(shí)，大氣中的電子獲得足夠大的動(dòng)能撞擊 空氣分子或原子，使空氣分子或原子電離而變成離子，并產(chǎn)生 新的電子。這些新的帶電粒子同時(shí)參加撞擊，使更多的空氣分 子或原子電離，如此，很快形成電子崩。同時(shí)，在電離過(guò)程 中，原子內(nèi)部電子在能級(jí)上的躍遷會(huì)發(fā)光，這些光子的速度遠(yuǎn) 大于電子，它們更加快和擴(kuò)大空氣的電離，這部分發(fā)光的導(dǎo)電 氣體就是流光。由于電子崩和流光使空氣成為良好的導(dǎo)電通 道，這就是云內(nèi)

11、的閃電通道的先驅(qū)。隨著云內(nèi)中層負(fù)電荷與下 層正電荷區(qū)之間的強(qiáng)電場(chǎng)產(chǎn)生與加強(qiáng)，使局部區(qū)域的流光發(fā)展 為云閃。由于云閃，使得雷雨云的負(fù)電荷區(qū)擴(kuò)展到云的下端。 而大地雖然帶負(fù)電，但在雷雨云下方，隨著電場(chǎng)分布的變化， 正電荷迅速集中到地面較突出的地方，局部地區(qū)地表帶正電。,這時(shí)云下端與大地之間的電場(chǎng)強(qiáng)度增大了。在雷雨云最下 端，電場(chǎng)強(qiáng)度最大，空氣首先被擊穿，出現(xiàn)向下發(fā)展的流光， 形成向下發(fā)展的梯式先導(dǎo)。梯式先導(dǎo)不斷向下推進(jìn)，而大地是 導(dǎo)體，地面周圍的電荷因靜電感應(yīng)大量集中到與先導(dǎo)下端較近 的地點(diǎn)。特別是地面最高的尖端物上的電場(chǎng)強(qiáng)度最大，首先發(fā) 生電擊穿，先向上發(fā)出迎面先導(dǎo)，與雷雨云的下行先導(dǎo)接近。 大

12、量地面電荷迅速集中到這個(gè)擊穿點(diǎn)，在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，沖 向梯式先導(dǎo)通道，再迅速?zèng)_向雷雨云完成一次回?fù)舴烹?。電?極大，產(chǎn)生很強(qiáng)的光。相隔數(shù)秒之后，從云中一根暗淡的光 柱，攜帶巨大的電流，沿第一次閃擊路徑直竄地面，即直竄先 導(dǎo)(也叫箭式先導(dǎo))。當(dāng)箭式先導(dǎo)離地一定距離時(shí)，地面再次向 上回?fù)舴烹?，再形成?qiáng)光柱，也就是第二次閃擊。接著又類似 第二次那樣的第三次、第四次閃擊，最終完成一次閃電全過(guò) 程。這就是地閃。 （參閱書第 49 頁(yè)圖 4.7 地閃的全過(guò)程）,15. 地閃電流包括哪幾部分？ 答：地閃電流包括先導(dǎo)電流、回閃電流、連續(xù)電流和后續(xù)電 流。 16. 什么叫直竄先導(dǎo)？它與梯式先導(dǎo)有什么不同？ 答：

13、直竄先導(dǎo)也叫箭式先導(dǎo)。在第一次閃擊后，放電通道還分 布著導(dǎo)電的電荷，這時(shí)閃擊從雷雨云下端沿第一次閃擊路 徑直接一次伸展到地面，這就叫做直竄先導(dǎo)。 梯式先導(dǎo)也叫梯級(jí)先導(dǎo)。從云的下端伸向下方的導(dǎo)電通道 是逐步向下發(fā)展的，這就叫梯式先導(dǎo)。,17. 地閃的分類是以什么為標(biāo)準(zhǔn)的？ 答：地閃分類是以雷雨云為參考標(biāo)準(zhǔn)。 雷電流自云流向地的方向?yàn)檎?，電?chǎng)方向由云端指向地面， 這樣的地閃稱為正地閃（或正雷）。 雷電流自地流向云的方向?yàn)樨?fù)，電場(chǎng)方向由地面指向云端， 這樣的地閃稱為負(fù)地閃（或負(fù)雷）。 另外，有回?fù)舻挠兴姆N類型，沒有回?fù)舻挠兴姆N類型， 共八種類型。 （參閱書第 57 頁(yè)的圖 4.10 八類閃電）,18

14、. 書第 57 頁(yè)的圖 4.10 是八類地閃的示意圖，請(qǐng)指出每一類的名 稱。 答：圖 1a 是沒有高建筑物的開闊地帶，先導(dǎo)帶負(fù)電，不落地，沒有回?fù)?，是云閃。 圖 2a 是高建筑物頂帶正電，放電從高建筑物開始，然后發(fā)展為向上行的先導(dǎo)，先導(dǎo)帶正電。沒有回?fù)?。叫“向上正先?dǎo)連續(xù)放負(fù)電”。是地閃。 圖 3a 是沒有高建筑物的開闊地帶，先導(dǎo)帶正電，不落地，沒有回?fù)?，是云閃。 圖 4a 是建筑物頂帶負(fù)電，向上先導(dǎo)開始于高建筑物，先導(dǎo)帶負(fù)電，流入地的電荷為正，電流為正，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，為連續(xù)電流。沒有回?fù)?。叫“向上?fù)先導(dǎo)連續(xù)正電流閃電”。（山地型） 接下頁(yè),圖 1b 是沒有高建筑物的開闊地帶，先導(dǎo)帶負(fù)電，有回?fù)?/p>

15、，叫“向下負(fù)閃電”，也就是“下行負(fù)雷”。最常見。 圖 2b 是高建筑物頂帶正電，放電從高建筑物開始，然后發(fā)展為向上行的先導(dǎo)，先導(dǎo)帶正電。有回?fù)?。叫“向上正先?dǎo)多閃擊負(fù)閃電”。也叫“上行負(fù)雷”是地閃。 圖 3b 是沒有高建筑物的開闊地帶，下行先導(dǎo)帶正電，有回?fù)?。罕見?圖 4b 是建筑物頂帶負(fù)電，向上先導(dǎo)開始于高建筑物，先導(dǎo)帶負(fù)電，流入地的電荷為正，電流為正，有很強(qiáng)烈的回?fù)?。向上?fù)先導(dǎo)以極長(zhǎng)的連續(xù)先導(dǎo)向上伸展，直至與內(nèi)閃電會(huì)合，引發(fā)向上電流閃電。叫“脈沖正電流閃電”（山地型），即“上行正雷”。常是巨雷。,19. 關(guān)于閃電的形成機(jī)制有哪幾種說(shuō)法？你的看法呢？ 答：閃電的形成機(jī)制大致有四種說(shuō)法： 先

16、導(dǎo)機(jī)制學(xué)說(shuō) 、積雨云電擊穿機(jī)制、云地間的先導(dǎo)通道、 其它地閃的先導(dǎo) 我的看法是： 20. 有的建筑物安裝了避雷設(shè)施，設(shè)備也做了避雷保護(hù)，但仍然遭到雷擊，損失巨大。究其原因是各種各樣的。請(qǐng)列舉幾個(gè)原因。 答：建筑物安裝了避雷設(shè)施，設(shè)備也做了避雷保護(hù)，但仍然遭到雷擊，究其原因，有可能是： 未按建筑物設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和安裝； 避雷針虛設(shè)，防雷設(shè)施不健全或有重大失誤； 雖然安裝了避雷設(shè)施，但年久失修，甚至引下線斷裂； 安裝避雷設(shè)施偷工減料、質(zhì)量達(dá)不到技術(shù)要求； 在高層建筑物頂上任意安裝各種天線、架設(shè)鐵塔、安裝金屬材 料做的廣告、安裝各種裝飾燈具等； 有雷雨時(shí)不按規(guī)定進(jìn)行室外操作，防雷裝備不符要求，

17、防雷措 施不到位等等。,21. 防雷技術(shù)的基本原則是什么？ 答：防雷技術(shù)要遵循科學(xué)的原則，防雷工作要根據(jù)當(dāng)?shù)乇静块T的 具體情況，按照國(guó)家或有關(guān)部門制定的規(guī)范執(zhí)行。另外，還 有經(jīng)濟(jì)原則和耐用可靠的原則。 22. 防雷保護(hù)的對(duì)象是哪些？ 答：建筑物、設(shè)備、人。,23. 現(xiàn)代防雷技術(shù)采取那些措施？具體說(shuō)明之。 答：現(xiàn)代防雷技術(shù)一般采用“、”六個(gè)措 施，具體內(nèi)容如下： （Avoiding）躲： 在基建選址時(shí)就要考慮當(dāng)?shù)氐睦妆┣闆r，避開多雷區(qū)和容易 落雷地點(diǎn)； 在雷暴來(lái)臨之際，在易遭雷擊的地方，例如高山上，可關(guān)斷 儀器設(shè)備的電源，拔下插頭，甚至拆掉天線，躲開閃擊。 （Bonding）等電位連接： 將建筑

18、物各部分和建筑物內(nèi)儀器設(shè)備都做等電位連接。保證各處電位相等，防止雷電電磁脈沖以及旁側(cè)閃絡(luò)的侵害。 （Conducting）傳導(dǎo)： 安裝避雷針裝置，將直擊雷傳導(dǎo)入地，避免建筑物遭受雷擊。,（Dividing）分流： 在從室外來(lái)的導(dǎo)線與接地體或接地線之間并聯(lián)一種避雷器，在一些電子儀器設(shè)備的入機(jī)殼處安裝避雷器，當(dāng)直擊雷或感應(yīng)雷在室外線路上產(chǎn)生的過(guò)電壓波沿這些導(dǎo)線進(jìn)入室內(nèi)時(shí)，避雷器的電阻突然降至最低值，近似短路狀態(tài)，閃電電流就由此分流入地了。 （Grounding）接地： 將建筑物各部分及其內(nèi)部?jī)x器設(shè)備都接入接地裝置。良好的接地裝置能將雷電流瀉入大地。 （Shielding）屏蔽： 用接地良好的金屬網(wǎng)

19、、金屬殼、金屬管等導(dǎo)體將需保護(hù)的對(duì)象包圍起來(lái)，這樣就把閃電的電磁脈沖波屏蔽在外，不能進(jìn)入內(nèi)部。,24. 什么叫殘壓？什么叫續(xù)流？ 答：殘壓是對(duì)火花隙而言。閃電電流通過(guò)火花隙入地時(shí)，在針尖兩端間仍有一定值的電位降，它是由電弧的特性所決定，這個(gè)電壓就是避雷器餓殘壓。 續(xù)流：由于火花隙是接在工作線路上，其兩端始終有工作電壓。當(dāng)火花隙放電導(dǎo)通成為導(dǎo)體時(shí)，工作電壓也對(duì)地短路，有巨大電流流過(guò)。雷電過(guò)電壓波是持續(xù)時(shí)間極短的脈沖波，過(guò)電壓消失后，工作電壓仍可以維持火花隙繼續(xù)導(dǎo)電，這個(gè)電流就叫避雷器的續(xù)流。由于過(guò)電壓波產(chǎn)生的電弧溫度很高，空氣隙的電阻很小，工作電壓產(chǎn)生的續(xù)流可以很大，這將損害電源設(shè)備，或造成跳閘。 25. 現(xiàn)