《从天空引雷电利用也许不是个好主意等》
本文是关于雷电方面本科毕业论文范文跟利用有关论文怎么撰写.
单次雷电的能量有多大?
关于雷电的能量,有说一个雷的能量相当于几千克石油的,也有说一个雷的能量够一座城市用两年的,众说纷纭,到底哪种说法靠谱呢?想要知道答案的话,最好用专业的参考资料进行计算,这里我推荐选用大学电气工程及其自动化专业的教科书《高电压技术》,这本书中对雷电进行了系统的讲解,还提供了较详细的数值模型.OK,下面就开启我们的计算之旅吧.
只考虑常规雷电的话,雷电对地放电的过程可分为三个阶段：（1）先导放电;（2）主放电;（3）余辉放电.
首先是先导放电.先导放电的作用是建立雷电通道,相当于“铺路”.我们要探究的雷电能量,就是空中的雷云对地放电的能量.通常雷云的上部带正电荷,下部带负电荷,这些聚集在下部的负电荷在附近地面感应出大量正电荷,当雷云与大地局部电场强度达到大气游离所需的电场强度（约25—30 kV/cm）时,就会使空气游离,形成先导放电通道.
先导放电建立导电通道的过程有点像“扭秧歌”,每一步都挺快,但走一步歇一会,整体速度就非常慢了,为100—800 km/s,只有光速的千分之一左右,这个过程持续0.05—0.1 s.
先导放电的瞄准对象通常是地面上高耸突出的物体,这些物体周围电场强度比较大,所以会出现向上的“迎面先导”现象.因此,在雷雨天,我们要避开大树、避雷针等尖锐、高大的物体,同学们要记住哦.
关于能量,先导放电过程中电流比较小,相对于雷电的整体能量,其能量可以忽略不计.
然后是主放電,这也是主要的雷击放电过程.在先导放电过程建立了平坦通畅的放电通道之后,电荷就可以畅通无阻地“飞驰”了.在放电通道中,带负电的电子向下运动流向大地,正电荷向上运动,两者相互中和.这样的大量电荷流动,形成主放电过程.
主放电过程通常会出现非常大的脉冲电流,产生强烈的光和热,使空气急速膨胀、震动,这就是我们看到的闪电和听到的雷声.主放电的发展速度非常快,约2×104-1.5×105km/s,比起前面的“扭秧歌”可是快了几百甚至上千倍.
主放电过程持续时间极短,一般不超过100 μs（微秒）,但是电流非常大,峰值高达几十甚至上百千安培（kA）,之后衰减形成雷电流冲击波形.我们选择其中最简单的波形进行计算.主放电过程的电流计算公式为i等于,其中,i是对零电阻通路的雷电流值,为几十到上百千安培,我们将峰值取大些,算100 kA吧（顺便一提,这么大的雷电流并不常见）;参数Z0是沿着雷击通道运动的电压波与电流波的比值,有关规程建议取300—400 Ω,这里我们按350 Ω估算; Z是被雷击物体的波阻抗,设被雷击物体末端电压为零,承接全部能量（按纯热量估算）,使用能量计算公式,并对Z求导可以计算出,被击物体取Z等于Z0可以得到最大的电击能量,所以也是取350 Ω.经过计算可以得出,此过程能量合计0.8+24.3等于25.1（kWh）（实际上还得打折哦）.
最后是余辉放电过程,剩余电荷“发挥余热”.这个过程是云的剩余电荷沿着主放电通道继续流向大地的过程,电流比之前小很多,只有10—1000 A,持续时间大概为0.03—0.05 s.
实际上,电流是按指数衰减的,为简便起见,我们按线性计算（结果会偏大）,从1000 A衰减到0 A,时间取0.05 s,得到的结果大约为5845 kJ,相当于1.6 kWh.
综上所述,一个典型的雷击所携带的能量大概有25.1+1.6等于26.7（kWh）这么多.假设我们技术无比先进,以100%的利用率捕捉到了这些能量,而且能转换为居民用电的话,也就是26.7度电而已,按每度电0.5元计算的话,约相当于电费13.4元.注意,这个还是偏高的数值,实际上还要打折.嗯,打一个雷只有13.4元,雷神你放电的这一锤子还不如装修师傅的贵呢等
雷神：“为啥咧?”
为啥?很简单,因为能量等于功率×时间（实际上是功率对时间的积分）,雷电的功率确实非常高,但持续时间短得离谱,所以总体的能量并不高.
雷电的数量有多少?
有人又会说了,蚊子再小也是肉啊,万一雷神是个打架子鼓的呢?如果人家一口气“咚咚咚咚”地打好多雷,不也很有经济价值吗?
那我们再算算雷电的数量.衡量雷电数量,有个参数叫作“地面落雷密度”,用于计算在一个雷暴日（只要这天打雷就算雷暴日）中,每平方千米地面上的平均落雷次数.这个值与地区有关,以长江流域附近每年有雷暴日40天左右为例,地面落雷密度大约是0.07.
想要充分吸收这些雷的话,我们需要使用引雷的设备——避雷针.需要多少避雷针呢?关于避雷针的有效范围（保护半径）问题,《高电压技术》一书中给出了计算公式.简单来说,避雷针的有效范围是避雷针高度的1—1.5倍,保护对象高度越低,保护范围越大.为了方便,我们将保护对象按地面（高度为0）计算吧,避雷针高度选用超高的120 m,其保护半径也是120 m,以正六边形密铺的方式计算（合每个避雷针保护3.74万平方米的面积）,那么平均每平方千米需要大约26.7个避雷针.
有这么多避雷针,才能在每个雷暴日每平方千米获得0.07个雷的能量,假如将其100%转换为居民用电的话,相当于每平方千米全年约可节省电费37.5元等说真的,就算刷一小时盘子,赚的可能都比这个多.
结论
到这里我们明确了：（1）单次雷击的能量并没有多大;（2）雷击的密度也并不大.因此,即使不考虑技术水平和安全性,利用雷电仍然是一件非常不经济的事情,“从天空引雷电利用”并不是个好主意.
此文总结，本文论述了关于经典雷电专业范文可作为利用方面的大学硕士与本科毕业论文雷电论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献.
雷电引用文献:
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[2] 雷电专升本毕业论文范文 雷电类有关毕业论文格式模板范文2万字
[3] 雷电论文怎么撰写 通信和通信设备有关学术论文怎么写2000字
