飞机如何抵挡雷击呢「天打雷劈」?

发布时间:2009.07.21   新闻来源:   浏览次数:52
       闪电会释放强大的能量,因此地面上的高耸建筑物通常会装置避雷针来预防雷击伤害,但飞机无法安装避雷针,若刚好经过雷雨区附近,就有可能遭遇雷击。此时,飞机会怎麽样?有办法避免雷击或降低雷击伤害的程度吗?

越尖锐的地方电荷密度越高,越容易引起闪电。

  在雷雨天,雷雨云上的静电会与地面产生「感应电荷」,造成云底为负电、地表为正电的情况。根据导体表面电荷分布的特性,电荷的密度以及电场的强度都跟导体表面的曲率半径有关,半径越小(也就是越尖锐),电荷密度跟电场强度就越高(见下图),因此,地表上高耸尖锐的物体就成为电荷集中所在,该处产生的电场相较四周强,也是最容易引起闪电之处。於是大雷雨时,高耸的物体如旗杆、树木、高塔、烟囱、电线杆等,都会成为闪电的通道,这也是为什麽下雷雨时,我们总是被告诫千万不要站在宽广的平地上,因为相对於空气,人是良好的导体,容易引导电荷而受雷击。

  高大的建筑物为了避免遭到雷击,通常都会安装避雷针。避雷针是一支顶部高出建筑物、底部与地面相接的金属杆(见下图),能够吸引附近的雷电到自己身上来,使雷电通过自身而排到地面上,也就是「接地」。因此,避雷针的原理并不是阻挡雷电,而是引导云层里的电荷沿着安全路径和地面的电荷中和,藉此保护建筑物免受雷电伤害。


  相较於其他物体,外形尖锐且位在高耸处的避雷针电荷密度最高。它的底端与导线相连至地底下接地,当闪电发生时,云层的电荷会从避雷针沿导线释放到地底下。

高空放电,降低雷击伤害

  飞机在飞行中也有可能遭到雷击,但是飞机没有办法装接地的避雷针,该如何是好?其实飞机上的乘客不必担心这个问题,因为由金属构成的飞机外壳遭受雷击时,电荷会均匀移动到互斥力最小的金属外壳表面,而机身内部则不会有电荷,因此内部电场必定为零(见注)。

  尽管如此,遭遇雷击的飞机仍可能因强大电流使机身过热而局部变形或熔毁;电流所形成的磁场,也会影响机上的电子装置,对飞航安全还是会有一定的风险。为了降低雷击的危害,飞机的机翼尾端会装置静电刷(见下图),机身尾部通常也会安装,藉由尖端放电原理,释放机壳上因空气摩擦而产生的电荷。金属的尖端容易吸引电荷,也容易释放电荷,当机壳上的电荷因释放而减少时,就能够大大降低雷击强度,也就能减缓飞机遭受雷击时所造成的伤害。换言之,静电刷与避雷针不同,它主要目的在释放电荷以降低雷击强度。另外有些汽车会在後端保险杆装置一根可拖行在地面上的静电刷,也是为了排除多余的静电荷,如此一来,在乾燥的天气中开车门,可减少触电的可能性。



虚线内细长的尖锐物体即装置在机翼尾端的静电刷,它们会集中电荷并藉由与空气摩擦的方式释放,可降低雷击强度。


图为装置於汽车後保险杆的静电刷,透过行进时与地面摩擦,将车身的静电荷释放到地面。

  每次雷击都会伴随巨大能量产生,虽然我们对雷电的认识还非常有限,然而目前开发出的各种避免雷击或降低雷击强度的科技,已经足以保障大部份的民众生活,雷击已经不再那麽具有威胁了。

注:金属壳内部电场必定为零,可由金属壳外施一外加电场的简单例子了解。当金属壳外加一电场(如下图蓝色箭头所示),金属壳会被感应而带有正负电荷,正电荷往与电场同向的方向移动,负电荷则相反;移动的电荷会在金属壳内部建立与外部电场抵消的新电场(如下图红色箭头所示),因此金属壳内部的电场为零。


图中红色箭头为移动电荷在金属壳内部建立的电场,与外部电场相互抵消,使得内部电场为零。

认识电击伤

  电力虽然是人类生活中不可或缺的重要能源,但用电不慎造成的伤害,也会带来不堪设想的後果!

  不论是遭遇大自然的雷击,或是电器触电,这一类的伤害都称为「电击伤」,比较常见的情形有心室纤维震颤、中枢神经系统受损,或者是肌肉麻痹引发呼吸终止等,其他诸如溶血、蛋白凝固、血管血栓形成、脱水、肌肉和关节分离等伤害,也经常可见。

  造成电击伤的主角是「电流」,主要是因为电流直接的伤害,或者是电流所经路径产生的热能伤害。一般来讲,决定电击伤严重程度的因素包含通过电流大小、接触时间长短,以及电流流经路径等。「高压电」对人体之所以危险,是因为人体的电阻低,高压电两极间可以产生非常大的电流;相反的,如果连结高压电的物体具有很高的电阻,则通过电极两端的电流就会非常微小,也就不会造成重大伤害。

  比较起来,人体遭受大自然雷击的伤害程度会远大於电路的电击。雷击时,巨大电流会在短瞬间通过人体,从人体的一点进入,然後从另一点流出,并在进出的两个点造成严重灼伤,大多数时候还会造成心跳停止、脑部伤害等。

  若不幸在户外遇闪电打雷时,要迅速寻找适当建筑物或掩蔽物,如果身边没有可以掩蔽的区域,应立即将身上的金属物,如项链、手表、眼镜等取下,并尽可能向低漥处移动,万万不可在大树或凉亭下躲藏,更不能紧邻高墙、电线杆或天线设施附近,这样才能减轻雷击的危害。