云层中同一区域出现连续闪电起电机制探索试验
马龙
北京市海淀区永定路56号 邮编 100039
闪电是一种很常见的自然现象，据笔者在雷雨天气从地面观察，天空的雷雨云层中某一区域，可以在很短的时间内连续出现多次闪电，其频率可高达每分钟三次以上，并可以以这样的频率连续闪烁三分钟至五分钟，甚至可以连续闪烁更长的时间。令人不解的是，在这一过程中，该区域中的云层相对于地面并没有产生多少位移，云层的形状也没有发生大的变化，这多少可以说明云层中的水滴之间应该没有很剧烈、很频繁的“碰撞”作用，但为什么在云层处于相对较平稳的情况下，闪电依然可以在很短的时间里连续出现呢？为此，笔者根据多种可能的情况，做了多次试验，期望通过试验了解，在很短的时间里，云层中同一区域连续出现闪电的起电机制是什么。
笔者在试验中所使用的用于探测静电电压的仪器为“Q3—V型静电探测仪”，只要物体所带静电的电压超过100伏，该仪器就能够测量出来。但如果物体的静电电压低于50伏，那么，就无法通过该仪器观测到了。
一、利用空气与水“摩擦”的起电试验：
试验用具：Q3—V型静电探测仪一台，放在木茶几上的玻璃水杯一个，内装蒸馏水150毫升左右，养鱼用的微型气泵一台（35元购买）。
试验时将微型气泵放置在水杯旁边，将微型气泵的出气口连接上输气管，输气管的出气口连接上一块能够透气的树脂粘接砂石，树脂粘接砂石的外表面包裹上纱布，其目的是让输气管的出气口出来的空气，能够尽可能分散开来吹进水杯中的水里，让空气与少量的处于对地绝缘状态（玻璃水杯、木茶几）的水、以较高的速度发生摩擦，通过笔者的多次试验，每次利用微型气泵对水杯中的水连续进行一个小时以上的吹气，利用“Q3—V型静电探测仪”连续测量水杯中的水的静电电压，结果没有观测到水杯中的水带有静电。
由于在试验中没有观测到水杯中的水通过与空气“摩擦”带有静电，再加上利用插入水中的气管对水进行“摩擦”的过程也不太符合自然状况，笔者又补充做了另一个试验，即在木茶几上放置一个瓷盘，内装蒸馏水100毫升左右，利用电热吹风机产生的热风对瓷盘内的水连续进行吹动一个小时以上，并同时利用“Q3—V型静电探测仪”连续测量水杯中的水的静电电压，结果依然没有观测到水杯中的水带有静电。
结论：考虑到雷雨云层中的水滴会随着气流做漂移运动，由此会导致空气与水滴之间的相对运动几乎为零，空气对水滴的摩擦作用也几乎可以忽略不计，如果笔者的空气摩擦水的试验不能让水杯中的水带有高于50伏的静电电压，那么，雷雨云层中的气流也不大可能通过对水滴的摩擦作用，让云层中的水滴带有几万至几百万伏的高压静电。因此，云层中同一区域连续出现的闪电，不可能是气流摩擦水滴产生的。
二、利用蒸馏水切割地球磁场的起电试验：
试验用具：万用表一个，一米长的直透明塑料水管一根，内装满蒸馏水，两端用金属块堵住。
试验时，利用万用表的探头分别连接水管两端用金属块，再用手将塑料水管朝着能够切割地球磁场的磁力线方向反复高速摆动，结果没有观测到塑料水管的两端出现电势差。
由于地球磁场的强度还不到1特斯拉的千分之一，而云层中的水滴的长度远远达不到1米，而且这些水滴（蒸馏水）还属于导电能力很差的绝缘材料，因此，即使云层中水滴切割地球磁场的磁力线的速度能够达到光速，在水滴的两端也产生不出上万伏的静电。也就是说，地球磁场对云层中水滴上高压静电的出现，有可能不起任何作用。
三、利用气流“摩擦”冰块的起电试验：
试验用具：Q3—V型静电探测仪一台，放在木茶几上的塑料杯一个，内装满结了冰的水，电热吹风机一个。
试验时利用电热吹风机产生的气流连续吹塑料杯内的冰，让空气与冰以较高的速度发生摩擦，通过笔者的多次试验，每次利用电热吹风机对料杯内的冰连续进行半个小时以上的吹气，利用“Q3—V型静电探测仪”连续测量塑料杯内的冰表面的静电电压，结果没有观测到塑料杯内冰的表面带有静电。
此外，笔者还在夏天利用Q3—V型静电探测仪，直接对天空中落下的雨滴进行收集并测试，也没有发现其带有静电。这表明在水滴从高空中直接落下的过程，不能通过与空气高速摩擦而带有高压静电。
笔者还认为，由于云层中的水滴或冰凌通常会随波逐流地跟着气流运动。因此，云层中的水滴或冰凌不大可能会通过相互碰撞作用连续不断地产生高压静电。事实上，人类在生产过程中也经常有对冰进行粉碎加工的过程，却从未听说该过程能够制造出大量的静电，故在很短的时间里云层中同一区域内连续出现的闪电，也不太可能是云层中的水滴或冰凌通过相互碰撞作用产生的。
笔者还曾经设想利用电风扇的扇叶，将冰块固定在上面，然后开动电风扇，借助于高速转动的扇叶使冰块与空气之间产生高速摩擦，以观测冰块的表面是否能够带有静电。但由于回想起曾经多次伸手到窗外去接冰雹，却从未感觉到冰雹被高压静电电击过，由此认为该试验的意义并不大，也就没有再做这个试验。
有报道认为水滴是一个带电系统，在外力的作用下，水滴的表层（带负电）和内层（带正电）分裂开来，带负电的表层和空气中的原子或分子结合即形成离子，较重的水滴内层则下沉，因而在空气中可获得大量的负离子。
假如上述现象确实存在，水滴的表层带负电，内层带正电，那么，“在外力的作用下”是什么意思呢？为什么水滴的表层会带负电、内层会带正电呢？笔者对此思考了很久，还没有想出合适的试验方式，在此就不说了。
那么，云层中同一区域连续出现闪电的起电机制，还有可能是什么原理呢？如果各位有新的关于闪电成因的理论，请将你的理论变成一个可以用试验验证的、可在室内操作的模型，以便进行试验验证，呵呵。
马龙2010年1月7日于北京 |
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