閃電與電暈現(xiàn)象

富蘭克林著名的研究是利用風箏揭示這種自然現(xiàn)象的本質，并據(jù)此設計了世界上第一根避雷針。閃電時，由于云層與地面間的高電位差，導致在大氣中產(chǎn)生電火花，其結果是高電場使電子加速到很高的速度，以至于有更多的自由電子與空氣分子碰撞，從而激發(fā)電子的雪崩過程，使空氣離子化并產(chǎn)生很大的電流。

富蘭克林指出，閃電的根源是放電，源于云層內電荷的分離，但對于導致云層內電荷分離的原因目前尚無定論，需要進一步的研究。富蘭克林如此解釋閃電現(xiàn)象:地面和云層可視為兩塊平行板，組成巨大的電容器;如果空氣中的電場足夠高，則電子就可以獲得足夠的能量，通過分子的彼此碰撞使空氣電離，從而在云層和地面間建立起導電路徑由于閃電現(xiàn)象由云層的放電引發(fā)，因而閃電遵循空氣電離建立的導電路徑。

電暈(Corona）可視為失效的閃電，即不完全的閃電過程。一般來說，如果在導線和導電表面之間存在高電壓差，則容易產(chǎn)生電暈現(xiàn)象。導線附近的空氣將被擊穿而電離（離子化)，因為作用于這種區(qū)域的電場特別強;在遠離導線的地方，由于電荷載體不能移動得足夠快，以至于空氣無法電離或離子化。在靜電照相技術及類似的應用領域，電暈可以用作離子源。

關于電暈一詞有許多定義，韋伯斯特詞典將電暈定義為高電壓作用下鄰近導電體表面的微弱電荷流動，這種電荷的流動源于電擊穿導致的周圍空氣的電離。顯然，這種解釋更容易令人產(chǎn)生與靜電照相充電過程的聯(lián)想，正因為電荷的流動，才會使光導體表面建立均勻分布的電荷層。

英文的Corona一詞可能出現(xiàn)在許多不同的場合，天文學、電學、建筑、植物學和解剖學都有使用Corona這一單詞的例子，具體含義可能有很大的差異。對應于天文學上的電暈現(xiàn)象通常有兩種含義，其一指出現(xiàn)在天體周圍、帶有朦朧顏色和不規(guī)則包絡的光環(huán)，如圖3–1所示那樣,地面上的人通過薄霧或薄薄的云層可以看見這種天文現(xiàn)象，尤其是出現(xiàn)在月亮或太陽周圍的光環(huán)。電暈的產(chǎn)生源于光的衍射，光線來自大氣層物質的懸浮狀顆粒。天文學中的Corona有時也稱為Aureole，兩者的含義并無區(qū)別。此外，天文學意義上的電暈現(xiàn)象也指太陽色球，即太陽的外層氣體由于高度的離子化而形成的不規(guī)則包絡，這種不規(guī)則的包絡會發(fā)出亮光。

電學上Corona的本義指電暈放電現(xiàn)象，如果電極處于高電場的作用下，且周圍環(huán)境條件合適，則該電極會發(fā)出的微弱的光，形成類似于出現(xiàn)在天體周圍的光暈效果。在電極發(fā)生電暈現(xiàn)象的同時，還常常伴隨有從高電場電極到低電場電極的電子流。

電暈現(xiàn)象的工程意義

電暈現(xiàn)象指帶電體表面在氣體介質中局部放電的物理現(xiàn)象，帶電體處于液體介質中時同樣如此，兩者局部放電的原理相同。需要帶電體表面在空氣中的放電效應，通常發(fā)生在不均勻分布的電場環(huán)境下電場強度很高的區(qū)域內，例如高壓導線的周圍區(qū)域和帶電體尖端的附近區(qū)域。電學意義上的電暈現(xiàn)象具有自身的特點，歸結為出現(xiàn)與日暈相似的光層，發(fā)出嗤嗤的聲音，產(chǎn)生臭氧和氧化氮等物質。

對處在均勻電場中的物質，由于所有位置的電場強度都是相同的，因而對電場中的物質施加穩(wěn)態(tài)電壓，例如直流或工頻交流，且電場中的物質有可能組成電極對時，只要電場強度達到空氣的擊穿強度，則電極對組成的氣隙就會被擊穿。但問題在于，一般場合很難見到均勻電場，出現(xiàn)略為不均勻電場的機會卻相當多，比如球體與球體形成的間隙，圓柱體與圓柱體組成的間隙，圓柱體與平板組成的間隙，球體和平板形成的間隙等。以球體與球體形成的間隙為例，當間隙距離小于1/4球體直徑時，就認為加到兩個球體間隙上的穩(wěn)態(tài)電壓產(chǎn)生的電場可近似處理為均勻電場;若兩球間隙距離在球體直徑的1/4到1/2之間，這種情況下形成的電場不再能近似處理為均勻電場了，應認為是略為不均勻的電場。

不均勻電場與均勻電場的主要區(qū)別在于空氣間隙內各點的電場強度不均勻，例如在電力線比較集中的電極附近電場強度最大，電力線疏的地方電場強度很小，如棒狀物體與棒狀物體構成的間隙屬于對稱的不均勻電場，由于在電極的尖端處電力線最集中，電場強度也最大。如果在這種對稱形式的不均勻電場條件下加上高電壓，就會在電極附近產(chǎn)生空氣的局部放電，這就是電暈現(xiàn)象;電壓進一步加高時，電暈放電效應將更加強烈，致使間隙內發(fā)生刷狀放電，此后就擊穿了(電弧放電)。

對于由棒狀物體和平板組成的間隙，在尖電極附近電場強度最大，雖然加上高壓后電極附近先產(chǎn)生電暈放電，但由于平板上的電力線很疏，因而不會發(fā)生電暈現(xiàn)象。當電壓足夠高時，棒狀物體電極也將產(chǎn)生刷狀的火花放電，最后導致電弧放電并擊穿。電暈現(xiàn)象大多發(fā)生在導體殼曲率半徑小的位置，因為這些位置（特別是尖端）的電荷密度很大。而在緊鄰帶電表面處，電場強度與電荷密度成正比，且由于電場強度和電荷密度都可能達到極大的數(shù)值，故在導體的尖端處場強很高。由此可見，當空氣周圍的導體電勢升高時，這些尖端之處具備產(chǎn)生電暈現(xiàn)象的條件。

空氣一般被視為絕緣體，但空氣中含有少數(shù)由宇宙線照射而產(chǎn)生的離子，帶正電的導體會吸引周圍空氣中的負離子而自行慢慢地中和。若帶電導體有尖端，該處附近空氣中的電場強度可變得很高。當離子被吸向導體時將獲得很大的加速度，如果這些離子有條件與空氣碰撞，則會產(chǎn)生大量的離子，使空氣變得極易導電而非絕緣體了，同時借電暈放電而加速導體放電。因空氣分子在碰撞時會發(fā)光，故電暈時在導體尖端處能看到亮光。

電暈引起電能的損耗，并對通信和廣播傳輸信號產(chǎn)生干擾作用。例如，雷雨時物體尖端也會產(chǎn)生電暈現(xiàn)象，避雷針即利用了電暈放電中和帶電的云層而防止雷擊。

標簽：電暈 、