为什么先看见闪光后听见雷电(为啥先看到闪电再听到雷声)
为何先看到闪电,再听到雷声?为何光比声音速度快?
闪电和雷声同时产生,为何我们先看见闪电,再听到雷声呢?关于这个问题,或许很多人知道原因是光比声音速度快,但为何光比声音速度快呢?我们从头说起。
一、为何闪电和雷声同时产生?我们最常见的是云中放电,一般发生在对流层,也就是从地表向上,高到约11千米左右的部分,对流层的热点是,高度越高,温度越低。
关于闪电产生的原因,没有完全探明,目前接受度最广的说法如下:
积雨云是闪电的温床,积雨云一般高度可达1万米以上,我们知道对流层高空温度很低,实际上冰晶在5千米以上就会形成。当积雨云内的雨滴冻结,带正电离子会集中在雨滴内冷的地方,带负电离子会集中在雨滴内较暖的地方,这是实验已经证实的情况。
因此雨滴外部较冷,带正电,雨滴内部较暖,带负电。
随着雨滴进一步冻结为冰晶,最终会发生破裂,此时雨滴外部带正电的壳,会破裂成碎片,随着气流运动到上方,而较重的雨滴内核,则携带负电聚集在云底。
当云内电荷差异累积到约数百万甚至上亿伏特时,就会在云间、云内和云底之间发生放电现象。这就好比电容器因为电压过大,被击穿了一样。
击穿瞬间产生了闪电,闪电周围的空气在不到1秒的时间内,加热到约33000摄氏度,空气因为快速加热,产生气爆炸式的膨胀,进而产生声波,这就是雷声。
由此可见,雷声跟闪电是同时产生的。
二、为何先看到闪电后听到雷声?雷声跟闪电本质就是声音和光,而光(闪电)的传播速度远远大于声音(雷声)的传播速度。具体来说,光速大约在30万公里每秒,而声速大约在343米每秒,也就是光比声音大致快100万倍,这是什么概念?
如果光和声音比赛,同时绕地球一周,对于光来说,只需要约0.134秒,而对于声音,则需要大约32小时。
我们通过这个特性,可以简单估算闪电距离我们有多远。
假如闪电距离人1000米,当人看到闪电后,过大约3秒钟,才会听到雷声。一看到闪电,立刻心中默默数秒,然后一秒对应距离大致在333米左右,算出结果后,害怕打雷的同学或许就能安心了。
光比声音快100万倍,一般《十万个为什么》解释到这里,就止步了,如果把这原因当问题,背后有没有更深层次的原理呢?
三、为何光比声音速度快?光波是电磁波,而声音则是机械波。这两种波的差异,决定了它们传播速度的差异。
首先说电磁波,光波作为波长在380到800纳米之间的电磁波,本身就是从原子、分子内辐射出的高频电磁场,这个过程属于核反应,具有极高的能量,因此不需要介质就能传播。
而声音作为机械波,本质由物体的振动产生,类似多米诺骨牌一样,所以必须依靠介质传播。一旦没有介质,比如人进入太空,就无法听到声音。
光波依靠电磁场传播,并且光波的产生需要极高的能量,相比之下,物体振动能量低得多,并且还离不开介质,上述差异使得光比声音速度快。
回到问题:为何先看见闪电,再听到雷声呢?你是不是有了更深的认识呢?
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