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球状闪电是什么
球状闪电是什么
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球状闪电是什么

球状闪电是一种物理现象,是在雷暴时发生,为圆球形状的闪电。 球状闪电指的是在雷暴时发生,为圆球形状的闪电。俗称滚地雷,这是一种真实的物理现象。它十分亮,近圆球形,直径约15至40厘米不等。通常仅维持数秒,但也有维持了1至2分钟的记录。颜色除常见的橙色和红色外,还有黄色、紫色、蓝色、亮白色、幽绿色的光环,呈多种多样的色彩。 球状闪电的危害较大,它可以随气流起伏在近地空中自在飘飞或逆风而行。它可以通过开着的门窗进入室内,常见的是穿过烟囱后进入建筑物。它甚至可以在导线上滑动,有时会悬停,有时会无声消失,有时又会因为碰到障碍物爆炸。 球状闪电是形成雷电的电动趋势,在半击穿空气时产生的空气离子球。它其中携带能量,包裹相对稳定。当有导体破坏它的平衡时,它会和周围的空气中和,并释放出能量。 形成原因: 球状闪电通常都在雷暴之下发生。通常它只会维持数秒,但也有维持了1-2分钟的记录。更神奇的是它可以在空气中独立而缓慢地移动。由于球状闪电出现的频率很低,科学家难以做系统的观测。2012年,中国科学家首次拍摄到球状闪电,于2014年1月28日发表。 理论方面,有人认为它是灼热的空气团或汽化了的元素,例如碳、钠或铜。虽然这个理论可以解释球状闪电的部分特性,却不能说明为什么它可以在飞机舱内形成。此外还有许多不同的说法,如等离子体、离子、带电尘埃、有外层电子壳的水等,但没有一个理论可以完满地解释这个科学悬案。 球状闪电之所以神秘,是因为它并不常见,它行踪不定、色彩外形多变,还具有巨大的瞬间破坏力。所以早在古希腊,人们就开始留意这种奇特的自然现象了。

球状闪电到底是不是闪电?
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球状闪电到底是不是闪电?

最近网友拍摄的一段球状闪电的视频重新引起了人们对这种地球上最神秘的物理现象的兴趣。 其实 这种物理现象很早就有人记录,其中 最早的记录是中国宋朝科学家沈括 在他的名著《梦溪笔谈》中记录了球状闪电融化金属的例子,国外最早关于球状闪电的记录则在沈括的500多年以后。 顾名思义,球状闪电就是圆球形状的闪电,这个名字的由来是因为这种现象通常都在闪电后出现,并且这种球状物质发光有时跟闪电的光一样,所以就被叫着 “球状闪电”,这是一个很容易让人误解的名字。 球状闪电的大小一般在几厘米到几十厘米之间,最大的也有几十米的;颜色也有黄色、白色、蓝色,甚至还有黑色的,不过这些研究大多数都是根据目击者的描述来总结的,所以不一定准确, 最早拍摄到球状闪电视频的是几位中国科学家 ,他们之所以能够拍到这种奇特的现象也是一个意外。 2012年,西北师范大学的几位科学家在青海拍摄闪电光谱,他们用的设备是两台无缝分光相相机和一台运动相机,因为他们的目标是拍摄闪电的光谱,所以他们的设备远比一般的相机高级,这也使得他们 不仅能够拍摄到球状闪电的视频,还能拍摄到球状闪电的光谱,光谱可以用来分析球状闪电中的发光物质。 根据他们这次拍摄到的结果,这几位科学家2014年在 物理顶级杂志PRL上 发表了一篇论文(这篇论文应该是西北师范大学在PRL上发表的最出名的论文了),专门解释他们观测到的结果,并且根据他们光谱分析, 证明了球状闪电中发光的成分主要是泥土中的硅、铁、钙离子。 虽然最早关于球状闪电的记录在中国,但是球状闪电的研究主要集中在西方,还专门成立了 国际球状闪电协会, 每两年举办一次会议用来交流球状闪电研究进展。 根据Web of Science数据库统计,关于球状闪电的论文一共有2400多篇,在2014-2020这几年间,每一年都有一百多篇关于球状闪电的论文发表,2021前9个月都有一百多篇关于球状闪电的论文发表,随着研究的深入,人们对于球状闪电的发生机理也认识的越来越清楚,有几个实验室甚至可以在实验室内自己制造出球状闪电。 关于球状闪电的解释有很多,但是可以归为两类:一类是内部能量解释,即球状闪电是由于内部的能量发光形成的,主要模型是闪电击中地表,形成等离子后发光;另一类是外部能量解释,即球状闪电的能量是由外部提供的,主要模型是超强的电磁场可以为球状闪电提供能量。 这两种模型各有优势,目前依然没有结论到底哪一种模型更能解释球状闪电的起因,下面我将主要介绍第一类解释中的一个物理模型,因为是 这种模型更简单和更直观,根据奥卡姆剃刀原理,越简单的理论往往越容易是正确的。 根据内部能量理论解释,要想制造球状闪电,最关键的就是要制作一种叫做“水化等离子体”的物质,这个概念听起来难以理解,简单来说就是要模拟雷雨天气后湿润的空气,然后再往里加入各种离子,下面的实验装置图就是Egorov等人在2002年和2004年发表的文章中介绍的他们产生球状闪电的实验装置。 在实验的过程中,通过改变等离子的成分,他们观测到了白色、红色、黄色等不同颜色的球状闪电。 虽然球状闪电的起源和物理解释目前仍然不统一,但是有一个结论是确定的—— 球状闪电不是闪电,而是一种带电的发光体。原因如下: (1) 光谱不同。 根据中国科学家2014年在PRL发表的论文可以看出,闪电的光谱主要是氮和氧,这是由于闪电在从云层通向地面的时候将空气中的氮气和氧气电离形成的;而球形闪电的光谱主要是硅、铁、钙,当然也有一部分氧和氮,闪电和球状闪电的核心发光物质是不同的,这也是我们从来没有见过绿色或者黑色的闪电的原因。 (2) 内部温度不同 。闪电的内部温度在1.5-3万摄氏度之间,而球状闪电通常被认为是常温。 (3) 传播速度不同 。闪电的速度可以达到几十公里每秒,球状闪电一般是几米每秒,比人跑步的速度要慢,所以看到球状闪电往自己这个方向过来赶紧跑还是来得及的,但是如果闪电往自己这个方向来只能自求多福了。 (4) 形成机理不同。 闪电的路径是由于云层和大地之间的高压,再加上空气中的水分,使得原来是绝缘体的空气变成了导体,是一种电的传导作用;目前关于球状闪电的形成机理还不统一,但可以确定的是跟闪电的形成机理不是一回事。 综上,虽然球状闪电一般都发生在闪电之后,但是球状闪电不是闪电。

肥皂炮仗是怎么做的?
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肥皂炮仗是怎么做的?

操作难度:★★ 实验方法: 欢度新春佳节,人们都爱燃放鞭炮烟火。可你是否知道,还有一种比火药炮仗更响更安全的肥皂炮仗呢? 取一个用过的快餐盒(或用石蜡浸过的纸盒),剪去盒盖。在盒内倒入60~80毫升用洗衣粉或肥皂配制成的肥皂水。将电石气和氧气同时通入肥皂水中。其中氧气可通过对高锰酸钾和二氧化锰混合物加热分解制得,电石气可用电石加水制得。当充起的肥皂泡足够大、足够多时,移出两支导气管,用点燃的棒香靠近盒内充起的肥皂泡,顿时会响起一串急促、猛烈的爆炸声。请放心,这肥皂炮仗虽然响声惊人,威力极大,可绝对没有丝毫的危险性。 如果说这是一串连珠炮,那么下面我们制造的可就是单响的大炮仗了。在肥皂水中加入8~10毫升甘油和4~6滴氨水,增大肥皂水的表面张力,使吹出的肥皂泡牢度大,不易破。 取一个能吹到足球大小的气球,一段0.3米左右长的橡皮管,一支圆珠笔的笔杆。把笔杆塞进橡皮管的一端,再把气球口套在插有圆珠笔杆的那端橡皮管外,用线扎紧,使之既能通过橡皮管对气球充气,又不会在这一端漏气。 在橡皮管的另一端按5∶2(体积之比)的比例向气球里先后充入氧气和电石气,直到气球胀得和足球差不多大。充气完毕后用弹簧夹将橡皮管夹紧。 将橡皮管管口浸入肥皂水中,使管口沾上一点肥皂液,然后缓缓松开弹簧夹,用气球内的混合气体吹大肥皂泡。当管口的肥皂泡胀到乒乓球大小时,压紧弹簧夹停止充气。用嘴吹气或扇动空气可使肥皂泡脱离管口,在空中飘浮并慢慢下沉。这时用点燃的棒香接近肥皂泡,肥皂泡就会爆炸,并发出震耳的响声。 知识延伸: 任何可燃气体与氧气混合所充起的肥皂泡遇上火星都会爆炸,唯独电石气和氧气混合所充起的肥皂泡具有无可比拟的爆炸威力,但是又很安全。