问题

木头是绝缘体,为什么还会被雷劈?

回答
木头,这玩意儿,咱们生活中随处可见,从房梁到家具,再到各种小玩意儿,都离不开它。而且,我们都知道,木头是个好绝缘体,不像金属那样能导电。那么问题就来了:既然是绝缘体,为什么雷还会劈在木头上呢?这事儿听着好像有点矛盾,对吧?别急,咱今天就把它掰开了揉碎了说。

要说清楚这事儿,得先聊聊“雷击”是怎么回事儿。雷雨天的时候,天空和大地之间会产生巨大的电场。你可以想象成,天上一大堆带正电的粒子,地上一大堆带负电的粒子,它们之间就隔着空气。空气这玩意儿,平时是个 pretty good 的绝缘体,但电压一旦飙升到够高的时候,空气也就会“受不了”,发生击穿。

这个时候,导体就会发威了。雷电喜欢沿着导电性好的路径走,就像水往低处流一样,电也喜欢找最容易的路。而木头,虽然大部分情况下是绝缘体,但它也不是完美的。

首先,木头含水。别看干燥的木头绝缘性不错,但只要是接触过空气的木头,尤其是刚下过雨或者湿度大的时候,里面都会吸附一部分水分。水里头溶解了一些杂质和离子,这些东西就能让木头导电。水越多,杂质越多,木头的导电性就越好。想象一下,你把一块干燥的海绵和一块湿海绵放在电线两端,湿海绵肯定更容易导电。

其次,雷电是一种瞬间的、能量巨大的放电现象。它的电压高到离谱,简直是“暴力”级别的。即使是那些绝缘性相对较好的材料,在如此巨大的电压面前,也可能被强行“击穿”。这就好比你用力拍打一个稍微有点韧性的东西,一开始它能顶住,但你力气足够大,它还是会被压扁或者破裂。雷电的电压就能做到这一点。

再者,闪电的形成过程也不是单一的、直接的直线。闪电在击中地面之前,会有一个“先导”过程,就像在空中探路一样。这个先导可能会在空中“寻找”最容易被它吸引的、电荷分布不均的地方。

这时候,木头,尤其是高大的树木,就成了“目标”。为什么?

高度优势:高大的树木本身就离天空中的电荷更近,缩短了闪电的路径。你家屋顶上的天线之所以要装避雷针,也是这个道理,就是要比屋顶本身更高,让雷电更容易劈到避雷针上,而不是屋顶。
导电性差异下的“路径选择”:虽然木头本身导电性不如金属,但周围环境的影响很大。如果树木附近没有更好的导体,或者树木内部的含水量、树皮的导电性在某个瞬间比周围空气更“诱人”,那么闪电的先导就可能选择它。尤其是树木的尖端部分,电场会更加集中,更容易诱发放电。
内部电荷聚集:树木内部的汁液和细胞结构,在强电场作用下,也可能产生一定的电荷分布。当这些电荷聚集到一定程度,并且与天空中的电荷形成足够的电势差时,就会发生放电。

所以,木头被雷劈,不是因为它突然变成了导体,而是因为它在特定的条件下,比如湿度、高度、周围环境的电场分布等因素的共同作用下,成为了雷电更容易“选择”的路径。而且,雷电的能量太大了,即使是绝缘体,也可能在极短的时间内被击穿,导致放电。

你可以这样理解:想象一下,你面前有两扇门,一扇是完全封闭的钢板,一扇是厚厚的木门。平时你想过去,木门肯定是比钢板好走。但如果有人用炸药炸开钢板门,那么炸药肯定会选择钢板门,因为它爆炸的威力能瞬间摧毁钢板。雷电的电压和能量,就像是那个炸药。它可能会选择看起来最“容易”的木门,但如果周围有更好的“选择”(比如旁边有金属管道),它就会绕道。而当它决心要劈下去的时候,木头也可能只是它那个瞬间的“最优解”。

总而言之,木头是绝缘体没错,但这种绝缘性是有条件的,而且在面对雷电这种极端强大的力量时,它也会显得力不从心。湿度、高度、以及周围环境的电场强度,共同决定了雷电是否会“青睐”它。

网友意见

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干木头是绝缘体, 但是湿的木头就复杂了。《建筑物防雷设计规范》(GB50057—94)国标GB7450—87《电子设备雷击保护导则》

木头表面和里面可能有电解质, 或者说盐分, 电离以后可以充当导体。另外, 木头的形状有可能比较突出/凸出地形表面,形成高点。

雷击的本质是云层内的各种微粒积累电荷达到一定的临界水平,云层与大地之间的电压差达到或超过空气的绝缘强度发生的电击穿。空气放电。电流將空氣加熱成为等离子体,产生强光和冲击波。

形成放电通路的条件,包括云层与地表之间的大气成分、温度、湿度、气压等等。距离以及地表形貌也有直接影响。突出的、易导电的物体会使地表和云层间的距离缩短,俗称“引雷”。 换句话说就是提高了放电的机会。

美国前总统富兰克林发明避雷针也是以此为原理。风筝线、树木以及直立的动物(人)也会引发类似的效果。人依附在易引雷的地表物体上或者因地形而使自身成为突出/凸起的对象(如草原、海滩上)时,便有较可能“引雷”。

地球上的闪电电压可达10亿伏特。

木头是绝缘体为什么还会被雷劈?

马原书里的“量变到质变”可以套用一下。事物的发展是由量到质和由质到量的变化过程。 事物的变化总是首先从量变开始,量变在一定范围内即不突破度时,就不会引起质变。 但是当量变达到关节点时即突破了度的极限时,事物就会发生质变。 质变是量变的必然结果,它巩固和完成量变。

木头表面和里面可能有电解质, 或者说盐分, 电离以后可以充当导体。


对了, 肉眼看不到的微波也可能引雷。

参考:

主动式微波诱导避雷系统

       CN103594931A 2014-02-19 主动式微波诱导避雷系统     


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【未完待续】

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