雷击电流过大有可能使物体消失吗(人站在雷击点附近)


雷击电流过大有可能使物体消失吗(人站在雷击点附近)(1)


我是近距离体验过雷击大树时的强大震撼的。那是1983年8月中旬的一天下午,暑假补课,我在家吃了午饭返校,因见天空有大量积雨云在聚集,我带着雨伞。在距学校一里左右时,突然一声响雷,豆大的雨点铺天盖地而来。我刚走到校门口,正在收雨伞,顿觉眼前金光一晃,浑身一麻,震耳欲聋的一声剧响差点让我晕了过去,一阵烟雾弥漫,一股臭味扑鼻……教室里的同学齐声惊叫起来,我回头一瞧,才知背后距我约三米远的那棵桉树被雷劈得通体焦黑。坐着的同学只感到桌凳震动,站着的老师也感到被麻了一下。物理老师说,那是感应电通过人体之故。后来学了高中物理我才明白感应电是怎么回事。


雷击电流过大有可能使物体消失吗(人站在雷击点附近)(2)


原来,闪电是一种开路放电现象,不同于我们觉用的闭合电路通电现象。闪电的电流只有一瞬间,电流变化速率极大,会向四周辐射强大的交变磁场,只要是与闪电电流路径有平行分量的导体都会因受到电磁感应而在自体内产生电压和电流。导体越长、与闪电平行的分量越大,产生的电压就越高;距离闪电越近,产生的电流就越大。那么,打炸雷时,站在雷击点附近的人,身上到底会承受多高的电压,又会有多大的电流从身上流过呢?


雷击电流过大有可能使物体消失吗(人站在雷击点附近)(3)


对这个问题的精确解析太复杂,要牵扯到的物理概念也很多,为简便起见,可根据以下四个参数粗略地估算。

①开路变压比:在这里,就是闪电有效长度与感应导体有效长度之比。比如我们站在地上,闪电从云端劈向附近的物体,变压比就是云层高度与我们身高之比,即下图中的OC÷BA。

②耦合系数:在这里,就是闪电辐射的磁通总量与导体拦截到的磁通量之比的倒数。为使问题简化,我们假设闪电理想地成一竖直线,并以此线为中轴线均匀地向以距竖直导体距离为半径的圆柱侧面辐射交变磁场。如下图中,(BA×d)÷(6.28×OB×OC)就是耦合系数。其中,BA为身高;d为身体纵截面平均宽度;OB为立足点与闪电落地点的距离;OC为闪电长度,也就是云层高度。


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③最小等效阻抗:在这里,就是在感应导体上阻碍感应电压产生电流的最小因素,其数值上等于:R+R÷②。R为人体电阻,②为耦合系数。

④估算闪电电压:在这里,根据云层高度乘以空气绝缘强度算出的值。空气的绝缘强度为3000千伏/米。

根据以上四个参数,我们就可列出打炸雷时,站在雷击点附近的人体承受的感应电压:

OC×3000×BA÷OC=BA×3000。由此可知,打炸雷时人体感应到的电压只与身高和大气绝缘强度有关,而与闪电的长度和距闪电的距离无关。

通过人体的感应电流的计算总式:

3000×BA÷((1+(6.28×OB×OC)÷(BA×d))×R)

式中,R的单位用千欧,BA、d、OB、OC的单位用米,计算结果的单位就是安培。


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假如你的身高为1.7米,你的最小电阻为2千欧,发生炸雷的云层高度为150米,你距离雷击点的距离为3米,根据上式可算出你的身体通过的最大电流大约为0.6安培,也就是600毫安,远大于一般漏电保30毫安的跳闸电流,似乎很危险。不过,因为发生闪电的时间只有几毫秒,所以这个电流几乎对人体没什么伤害,要不然的话,我今天就不可能在此发言了,因为当年我距离雷击点就只有3米的距离。其实,人体触电电流的危险值是与触电时间成反比的,根据对与人体体重相当的动物的触电试验可得出:

1秒触电电流不能超过1安,10秒触电电流不能超过0.1安,100秒触电电流不能超过0.01安,1000秒触电电流不能超过1毫安。

有些朋友不习惯字母式子,再列个文字式:

身高×3000÷{[1+(6.28×云高×与雷击点距离)÷(身高×身宽)]×人体电阻}

通过上式计算可知,打炸雷时,人体越靠近雷击点,身子越高大,通过身体的感应电流就越大,因此我们在打雷下雨时要尽量远离树木和及其它长的导电物体,尤其是金属杆、金属线。当然,如果从云层中来的电荷直接通过人体,那就肯定会被雷击身亡,所以更不能在雷雨时在高处、空旷地方或树下站立,也不能靠近电线。


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