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一、人类探索雷电的历史
雷电是一种常见的自然现象。今天，就在我们讨论这个问题的时候，世界各地大约有几千个雷电发生。它们每秒钟约发出600次闪电，其中有100次袭击了地球。
雷电常见的，但人类认识它是有过程的。在远古时代，人类慑于自然的力量，对雷电怀有崇敬和畏惧的心情，以为雷电是上天惩罚人的神火。直到十八世纪中期，人们对闪电还有还两种观念：一种观念认为，雷电是上帝发怒；另一种观念认为，雷电是气体爆炸。
人类探索自然的脚步一刻也没有停止过，勇敢的美国人富兰克林向自然界、向人们的传统观念做出了挑战。1749年，在富兰克林进行的一次电学试验中，在旁观看的妻子不小心遭到了电击。因为当时人和建筑物遭到雷击的事件经常发生，这使他联想到了闪电与人工产生的电可能是同一种东西，在1749年11月的一封信中，富兰克林指出了七点根据：闪电和电火花产生相似的光和声，而且都是瞬时发生的；两者都能燃烧物体；它们都能杀伤生物；两者都有燃烧硫磺的臭味；都能流过导体，并且都集中在物体的尖端；它们都能破坏磁性或使磁体的极性倒过来；电火花和雷电都能熔化金属。并且在1749年底他写了一篇题为《论天空雷电与我们电气相同》的论文。他的论文在学术界引起了争论，受到了很多冷酷的批评。但富兰克林并没有灰心，他决心用事实来证明一切。1752年6月的一天，狂风漫卷，阴云密布。一场暴风雨就要来临了。富兰克林和他的儿子威廉一道，带着上面装有一个金属杆的风筝来到一个空旷地带。富兰克林高举起风筝，他的儿子则拉着风筝线飞跑。由于风大，风筝很快就被放上高空。刹那，雷电交加，大雨倾盆。富兰克林和他的儿子一道拉着风筝线躲入一个建筑物内。此时，刚好一道闪电从风筝上掠过，富兰克林的手上立即掠过一种恐怖的麻木感。他抑制不住内心的激动，大声呼喊："我被电击了！我被电击了！"随即他用一串铜钥匙与风筝线接触，钥匙上立即放射出一串电火花；随后，他又将风筝线上的电引入"莱顿瓶"中[莱顿瓶是荷兰莱顿大学物理学教授马森布洛克发明的，是一个可以用来储存电荷的玻璃瓶子]。回到家里以后，富兰克林用从天上捕捉下来的雷电进行了各种电学实验，证明天上的雷电与人工摩擦产生的电具有完全相同的性质。富兰克林关于天上和人间的电是同一种东西的假说，在他自己的这次实验中得到了光辉的证实。富兰克林的实验是很危险的，他没有被雷电击死完全是侥幸。而在1753年7月26日，俄国学者利赫曼教授在屋顶装置铁竿引雷，在实验室里观察雷电引起仪器指针变化时，不料一个劈雷突然打来，击倒了利赫曼，等他的学生罗蒙诺索夫闻讯赶来时，利赫曼已经为科学献出了生命。
富兰克林的捕捉雷电的实验，对当时的近代科学发展也产生了重大影响。因为风筝实验一方面使人类看到了科学征服自然的伟力，另一方面也使人类看到了自身征服自然的力量。
二、闪电的过程
实验：弧光放电
如果我们在两根电极之间加很高的电压，并把它们慢慢地靠近。当两根电极靠近到一定的距离时，在它们之间就会出现电火花，这就是所谓"弧光放电"现象。雷雨云所产生的闪电，与上面所说的弧光放电非常相似，只不过闪电是转瞬即逝，而电极之间的火花却可以长时间存在。因为在两根电极之间的高电压可以人为地维持很久，而雷雨云中的电荷经放电后很难马上补充。
一次闪电的过程是怎样进行的呢？
我们肉眼看到的一次闪电持续时间很短，然而其过程是很复杂的。我们就以线状闪电为例来讲述闪电的过程。当雷雨云移到某处时，通常，云的中下部是强大负电荷中心，云底相对的下垫面变成正电荷中心，在云底与地面间形成强大电场。在电荷越积越多，电场越来越强的情况下，在强大的电场力的作用下，云中的自由电荷很快地向地面移动。在运动过程中，电子与空气分子发生碰撞，致使更多的空气分子电离，并发出微光。在云底首先出现大气被电离的一段气柱，这种电离气柱逐以平均约150公里/秒的高速度一级一级地伸向地面，逐级向下传播的，象一条发光的舌头。开始，这光舌只有十几米长，经过千分之几秒甚至更短的时间，光舌便消失；然后就在这同一条通道上，又出现一条较长的光舌(约30米长)，转瞬之间它又消失，接着再出现更长的光舌……，光舌采取"蚕食"方式步步向地面逼近。经过多次放电-消失的过程之后，光舌终于接近地面。因为这第一个放电脉冲的先导是一个阶梯一个阶梯地从云中向地面传播的，所以叫做"梯级先导"。每级梯级先导是它在离地面5─50米左右时，地面便突然向上回击，回击的通道是从地面到云底，沿着上述梯级先导开辟出的电离通道。回击以5万公里/秒的更高速度从地面驰向云底，发出光亮无比的光柱，历时40微秒，通过电流超过1万安培，这个阶段叫做"回击"阶段，也叫"主放电"阶段。由于空气连续电离的过程只发生在一条很狭窄的通道中，所以电流强度很大，以至空气通道被烧得白炽耀眼，出现一条弯弯曲曲的细长光柱。一次闪电由多次放电脉冲组成，这些脉冲之间的间歇时间都很短，只有百分之几秒。脉冲一个接着一个，后面的脉冲就沿着第一个脉冲的通道行进。现在已经研究清楚，每一个放电脉冲都由一个"先导"和一个'回击"构成。第一个放电脉冲在爆发之前，有一个准备阶段-"阶梯先导"放电过程：第一次放电脉冲的先导是在光舌行进的通道上，空气已被强烈地电离，它的导电能力大为增加。相隔百分之几秒之后，又发生第二次脉冲放电过程。第二个脉冲也是从先导开始，到回击结束。但由于经第一个脉冲放电后，"坚冰已经打破，航线已经开通"，所以第二个脉冲的先导就不再逐级向下，而是从云中直接到达地面。这种先导叫做"直窜先导"。接着又类似第二次那样产生第三、四次闪击。由于每一次脉冲放电都要大量地消耗雷雨云中累积的电荷，因而以后的主放电过程就愈来愈弱，直到雷雨云中的电荷储备消耗殆尽，脉冲放电方能停止，从而结束一次闪电过程。通常由3─4次闪击构成一次闪电过程。一次闪电过程历时约0.25秒。
三、雷鸣的产生过程
在完成一次闪电的时间内，窄狭的闪电通道上要释放巨大的电能，因而形成强烈的爆炸，产生冲击波，然后形成声波向四周传开，这就是雷声或说"打雷"。
听起来，雷声可以分为两种。一种是清脆响亮，象爆炸声一样的雷声，一般叫做"炸雷"；另一种是沉闷的轰隆声，有人叫它做"闷雷"。还有一种低沉而经久不歇的隆隆声，有点儿象推磨时发出的声响。人们常把它叫做"拉磨雷"，实际上是闷雷的一种形式。
闪电通路中的空气突然剧烈增热，使它的温度高达15000-20000℃，因而造成空气急剧膨胀，通道附近的气压可增至一百个大气压以上。紧接着，又发生迅速冷却，空气很快收缩，压力减低。这一骤胀骤缩都发生在千分之几秒的短暂时间内，所以在闪电爆发的一刹那间，会产生冲击波。冲击波以5000米/秒的速度向四面八方传播，在传播过程中，它的能量很快衰减，而波长则逐渐增长。在闪电发生后0.1-0.3秒，冲击波就演变成声波，这就是我们听见的雷声。
还有一种说法，认为雷鸣是在高压电火花的作用下，由于空气和水汽分子分解而形成的爆炸瓦斯发生爆炸时所产生的声音。雷鸣的声音在最初的十分之几秒时间内，跟爆炸声波相同。这种爆炸波扩散的速度约为5000米／秒，在之后0.1-0.3秒钟，它就演变为普通声波。
人们常说的炸雷，一般是距观测者很近的云对地闪电所发出的声音。在这种情况下，观测者在见到闪电之后，几乎立即就听到雷声；有时甚至在闪电同时即听见雷声。因为闪电就在观测者附近，它所产生的爆炸波还来不及演变成普通声波，所以听起来犹如爆炸声一般。
如果云中闪电时，雷声在云里面多次反射，在爆炸波分解时，又产生许多频率不同的声波，它们互相干扰，使人们听起来感到声音沉闷，这就是我们听到的闷雷。一般说来，闷雷的响度比炸雷来得小，也没有炸雷那么吓人。
拉磨雷是长时间的闷雷。雷声拖长的原因主要是声波在云内的多次反射以及远近高低不同的多次闪电所产生的效果。此外声波遇到山峰、建筑物或地面时，也产生反射。有的声波要经过多次反射。这多次反射有可能在很短的时间间隔内先后传入我们的耳朵。这时，我们听起来，就觉得雷声沉闷而悠长，有如拉磨之感。
四、云层电荷的形成原因
雷暴时的大气电场与晴天时有明显的差异，产生这种差异的原因，是雷雨云中有电荷的累积并形成雷雨云的极性，由此产生闪电而造成大气电场的巨大变化。但是雷雨云的电是怎么来的呢？也就是说，雷雨云中有哪些物理过程导致了它的起电?为什么雷雨云中能够累积那么多的电荷并形成有规律的分布？
雷雨云形成的宏观过程以及雷雨云中发生的物理过程，与云的起电有密切联系。科学家们对雷雨云的起电机制及电荷有规律的分布，进行了大量的观测和实验，积累了许多资料并提出了各种各样的解释，有些论点至今也还有争论。归纳起来，云的起电机制主要有如下几种：
1．冷云的电荷积累
当对流发展到一定阶段，云体伸入0℃层以上的高度后，云中就有了过冷水滴、霰粒和冰晶等。这种由不同相态的水汽凝结物组成且温度低于0℃的云，叫冷云。冷云的电荷形成和积累过程有如下几种：
（１）冰晶与霰粒的摩擦碰撞起电
霰粒是由冻结水滴组成的，呈白色或乳白色，结构比较松脆。由于经常有过冷水滴与它撞冻并释放出潜热，故它的温度一般要比冰晶来得高。在冰晶中含有一定量的自由离子(OH-或H+)，离子数随温度升高而增多。由于霰粒与冰晶接触部分存在着温差，高温端的自由离子必然要多于低温端，因而离子必然从高温端向低温端迁移。离子迁移时，较轻的带正电的氢离子速度较快，而带负电的较重的氢氧离子(OH-)则较慢。因此，在一定时间内就出现了冷端H+离子过剩的现象，造成了高温端为负，低温端为正的电极化。当冰晶与霰粒接触后又分离时，温度较高的霰粒就带上负电，而温度较低的冰晶则带正电。在重力和上升气流的作用下，较轻的带正电的冰晶集中到云的上部，较重的带负电的霞粒则停留在云的下部，因而造成了冷云的上部带正电而下部带负电。
（２）过冷水滴在霰粒上撞冻起电
在云层中有许多水滴在温度低于0℃时仍不冻结，这种水滴叫过冷水滴。过冷水滴是不稳定的，只要它们被轻轻地震动一下，马上就会冻结成冰粒。当过冷水滴与霰粒碰撞时，会立即冻结，这叫撞冻。当发生撞冻时，过冷水滴的外部立即冻成冰壳，但它内部仍暂时保持着液态，并且由于外部冻结释放的潜热传到内部，其内部液态过冷水的温度比外面的冰壳来得高。温度的差异使得冻结的过冷水滴外部带正电，内部带负电。当内部也发生冻结时，云滴就膨胀分裂，外表皮破裂成许多带正电的小冰屑，随气流飞到云的上部，带负电的冻滴核心部分则附在较重的霰粒上，使霰粒带负电并停留在云的中、下部。
2．暖云的电荷积累
上面讲了一些冷云起电的主要机制。在热带地区，有一些云整个云体都位于0℃以上区域，因而只含有水滴而没有固态水粒子。这种云叫做暖云或"水云"。暖云也会出现雷电现象。在中纬度地区的雷暴云，云体位于0℃等温线以下的部分，就是云的暖区。在云的暖区里也有起电过程发生。
在雷雨云的发展过程中，上述各种机制在不同发展阶段可能分别起作用。但是，最主要的起电机制还是由于水滴冻结造成的。大量观测事实表明，只有当云顶呈现纤维状丝缕结构时，云才发展成雷雨云。飞机观测也发现，雷雨云中存在以冰、雪晶和霰粒为主的大量云粒子，而且大量电荷的累积即雷雨云迅猛的起电机制，必须依靠霰粒生长过程中的碰撞、撞冻和摩擦等才能发生。
五、闪电的形状
闪电的形状有好几种：
最常见的有线状闪电。线状闪电或枝状闪电是人们经常看见的一种闪电形状。它有耀眼的光芒和很细的光线。整个闪电好象横向或向下悬挂的枝杈纵横的树枝，又象地图上支流很多的河流。
线状闪电与其它放电不同的地方是它有特别大的电流强度，平均可以达到几万安培，在少数情况下可达20万安培。这么大的电流强度。可以毁坏和摇动大树，有时还能伤人。当它接触到建筑物的时候，常常造成"雷击"而引起火灾。线状闪电多数是云对地的放电。
片状闪电也是一种比较常见的闪电形状。它看起来好象是在云面上有一片闪光。这种闪电可能是云后面看不见的火花放电的回光，或者是云内闪电被云滴遮挡而造成的漫射光，也可能是出现在云上部的一种丛集的或闪烁状的独立放电现象。片状闪电经常是在云的强度已经减弱，降水趋于停止时出现的。它是一种较弱的放电现象，多数是云中放电。
带状闪电。它由连续数次的放电组成，在各次闪电之间，闪电路径因受风的影响而发生移动，使得各次单独闪电互相靠近，形成一条带状。带的宽度约为10米。这种闪电如果击中房屋，可以立即引起大面积燃烧。
球状闪电虽说是一种十分罕见的闪电形状，却最引人注目。它象一团火球，有时还象一朵发光的盛开着的"绣球"菊花。它约有人头那么大，偶尔也有直径几米甚至几十米的。球状闪电有时候在空中慢慢地转游，有时候又完全不动地悬在空中。它有时候发出白光，有时候又发出象流星一样的粉红色光。球状闪电"喜欢"钻洞，有时候，它可以从烟囱、窗户、门缝钻进屋内，在房子里转一圈后又溜走。球状闪电有时发出"咝咝"的声音，然后一声闷响而消失；有时又只发出微弱的噼啪声而不知不觉地消失。球状闪电消失以后，在空气中可能留下一些有臭味的气烟，有点象臭氧的味道。球状闪电的生命史不长，大约为几秒钟到几分钟。
联珠状闪电看起来好象一条在云幕上滑行或者穿出云层而投向地面的发光点的联线，也象闪光的珍珠项链。有人认为联珠状闪电似乎是从线状闪电到球状闪电的过渡形式。联珠状闪电往往紧跟在线状闪电之后接踵而至，几乎没有时间间隔。
球状闪电
一年夏天，在俄罗斯的一个村庄里，两个孩子正在牛舍边玩，忽然间天暗了下来，远处的天空出现了联珠状和树枝状的东西，不一会儿就下起了大雨。
两个孩子躲在牛舍里躲雨，这个时候他们发现，屋前的树上，有一个橙黄色的火球在树枝上跳跃，最后滚落在地面上，朝着牛舍的方向滚来，大一点的孩子用脚猛的踢了一下，火球爆炸了。两个孩子被震倒在地上，没有受伤，但是牛舍里的牛仅仅还有一头还活着。这个火球气象学上称之为"球状闪电"。
半个多世纪以来，人类共记录了4000多次球形闪电现象。
1981年，一架"伊尔-18"飞机从黑海之滨的索契市起飞。当时天气很好，雷雨云远离飞行线40公里。当飞机升到1200米高空时，突然一直径为10厘米左右的火球闯入飞机驾驶舱，发出了震耳谷聋的爆炸声后随即消失。但几秒钟后，它又令人难以置信地通过密封金属舱壁，在乘客舱内再度出现。它在惊乱一团的乘客头上漂浮着，缓缓地飘进后舱，分裂成两个光亮的半月形，随后又合并在一起，最后发出不大的声音离开了飞机。驾驶员立即着陆检查，发现球形闪电进出的飞机头尾部各钻了个窟窿，雷达和其他仪表失录，但飞机内壁和乘客没有受到任何损伤。
据1999年4月7日的《羊城晚报》载：3月16日下午，湖北省枣阳市响雷震天，当场击毙9人，击伤20人。在此一罕见的群死群伤事件中，许多人看到一片移动的红光。气象学家指出，这就是落地雷打击地面时生成的球形闪电。
另一次惨绝人寰的球形闪电袭击事件，发生在湖南省隆回县的一户农民家里。1989年4月3日晚上，在一阵电闪雷鸣过后，一个篮球般大小的红色火球猛然击碎窗户玻璃，窜入这户郭姓农民卧室后，在床上飞舞滚动，郭姓夫妇顿感手足麻木灼热。之后，火球穿堂过室，在8个房间留下大小不等的碰撞痕迹。火球最后游到郭氏夫妇儿子的房间，将其儿子、儿媳和正在酣睡的一岁半孙女烧为灰烬，床上用品全部被烧毁，可是床框、床脚却完好无损，更为奇怪的是放在床边的大立柜外表完好无损，而柜内衣物都化为灰烬。
如果报刊上的文章有时会令人难以完全相信，那么，请看一个气象学家的观察记录：1962年7月22日傍晚，在泰山玉皇顶，天气骤变，在一阵电闪雷鸣过后，一个直径约15厘米的殷红色火球，从窗缝潜入室内时将窗户的木条撕裂，然后火球以每秒2～3米的速度在室内游荡，大约经过3秒钟后，又从烟囱逸出。在即将离开烟囱的一瞬间，突然爆炸消失，气浪把烟囱削去一角，并将室内的暖水瓶胆震为碎片。
从历次球形内闪电的活动情况看，它大多出现在雷雨交加的时刻或暴风雨前后，呈发光的火球形奖，中心极亮。这种火球的颜色多变，直径通常为10～40厘米。发生球形闪电的持续时间在几秒到几十秒之间。它常常以每秒2米的速度作水平移动，有进停，有时停留在半空中，有时又降落地面。球形闪电出现时常伴随爆炸声，消失后会在空气里留下一股刺鼻的烟味。它虽是一个灼热的火球，但当它靠近一些易燃物体如树木、纸、干草时，并不起火灾，而在爆炸的一瞬间却可以烧掉潮湿的树木和房屋。如若落进水池，球形闪电会使水沸腾。它能轻而易举地穿过玻璃
，又可从门缝、烟囱里钻到房屋之内。所以像以上发生的事件也就不足为奇了。奇怪的是，球形闪电到底是何种物质?一直没人能回答这个问题。有几种假设：有人认为球形闪电是一种带强电的气体混和物；有人则推测是化学反应堆；还有人认为是一种氮氧化合物；更有学者说它是一团高度电离的空气囊。以上诸种说法，都有待于科学研究的证实。
现代科学对球形闪电主要有如下两种解释：有些学者认为是化学过程引起的。在线形闪电发生时，由于闪电通道里的空气温度极高，能将空气中的水分电解为氢气和氧气。在一些外界条件作用下，闪电通道分裂成几块，组成一些含氢和含氧的气团，当这些高温气团冷却到3500℃时，氢氧气团便化合成水，并释放出能量，类似一种爆炸。另一些学者则认为，球形闪电之所以存在如此长时间，是因为它吸收了线形闪电的超短波辐射，当它把这部分能量释放出来时，便会发生爆炸。
据最新出版的英国《自然》杂志报道，多年来一直困扰着科学家的球形闪电之迷，最近被新西兰坎特伯雷大学科学家阿伯拉翰森和戴尼斯揭示。他们认为，球形闪电是硅燃烧发光所致。
该理论认为，当土壤被雷电袭击后，会向大气释放含有硅的纳米微粒，来自雷电袭击的能量以化学能的形式储藏在这些纳米微粒中，当达到一定高温时，这些微粒就会氧化并释放能量。研究人员将土壤样品暴露于跟闪电过程一样的条件下，便会产生含有硅的纳米微粒，其被氧化的速率与球形闪电平均10秒钟的生命周期是一致的。
尽管目前现代科学对球形闪电的解释还未令人完全满意，但可以肯定，球形闪电是由线形闪电衍生出来的一种自然现象。任何带有迷信成分的解释和传说都是不可信的。
六、雷电的危害和预防
触目惊心的雷电灾害
春夏之际，正是雷电肆虐之时。轰隆隆的雷声从天空滚过，震撼着山川大地，一条条耀眼的银蛇在天空飞舞，随之而来的除了狂风暴雨，还有那一笔笔的"血债"。1983年9月10日，上海市嘉定县桃浦第二仓库，因雷击发生火灾，烧毁上海土产进出口公司存放在该库的大批红麻、葡萄糖、山芋干等出口物资，直接经济损失250万元。1989年8月12日上午9时55分，山东省青岛油库5号罐遭雷击起火，引爆了1至4号罐，大火共燃烧了104个小时，19人死亡，78人受伤，烧耗原油3.6万吨，直接经济损失3540万元，间接经济损失8500万元。1996年2月6日，一架满载游客的波音757客机在多米尼加北部加勒比海遭雷击，坠入大西洋，机上176名乘客、13名机组人员无一生还。1994年江苏省吴江市酒厂香料分厂原料仓库，因雷击发生火灾，燃烧房屋180平方米，电冰箱一台，化工原料2559公斤，损失折款21万元。1998年4月22日天津市和平区广播电视局程控交换设备、通讯设备、计算机网络设备遭雷击，直接经济损失120万元。广东省雷电损失排全国第一位，据统计，从1996年到1999年4年间，全省共发生雷击事故6143宗，伤亡699人，火灾70起，经济损失15亿元。
现代化的城市一座座高楼如雨后春笋般拔地而起，造成雷电击穿空气的距离缩短，因为雷击的概率与建筑的高度成正比，所以雷击概率加大。同时，由于全球气候变暖，城市热岛现象增多，使城市的大气环流出现了新特点，夏季雷暴期延长。而更重要的是，随着科技的进步，微电设备被广泛应用，城市通信电源大幅增多，城市电磁场发生变化，特别是微电子产品普遍绝缘强度低，过电压耐受力差，容易遭受雷电侵袭，其中电脑网络、通讯指挥系统和公用天线都是重灾区。从某种意义上说，科技越发达，雷击对人们的威胁就越大。据德国一家保险公司统计，在德国各种灾害造成的损害中，感应雷击造成的损害高居榜首，占全部灾害损失的33．8％。
直击雷
在雷暴活动区域内，雷云直接通过人体，建筑物或设备等对地放电所产生的电击现象，称之为直接雷击。此时雷电的主要破坏力在于电流特性而不在于放电产生的高电位。雷电击中人体、建筑物或设备时，强大的雷电流转变成热能。因此雷电流的高温热效应将灼伤人体，引起建筑物燃烧，使设备部件熔化。在雷电流流过的通道上，物体水分受热汽化而剧烈膨胀，产生强大的冲击性机械力。该机械力可以达到5000~6000N，因而可使人体组织，建筑物结构、设备部件等断裂破碎，从而导致人员伤亡、建筑物破坏，以及设备毁坏等。
雷电流在闪击中直接进入金属管道或导线时，它们沿着金属管道或导线可以传送到很远的地方。除了沿管道或导线产生电或热效应，破坏其机械和电气连接之外，当它侵入与此相连的金属设施或用电设备时，还会对金属设施或用电设备的机械结构和电气结构产生破坏作用，并危及有关操作和使用人员的安全。
感应雷．感应雷的破坏也称为二次破坏。雷电流变化梯度很大，会产生强大的交变磁场，使得周围的金属构件产生感应电流，这种电流可能向周围物体放电，如附近有可燃物就会引发火灾和爆炸，而感应到正在联机的导线上就会对设备产生强烈的破坏性。
静电感应雷：带有大量负电荷的雷云所产生的电场E将会在架空明线上感生出被电场束缚的正电荷。当雷云对地放电或对云间放电时，云层中的负电荷在一瞬间消失了（严格说是大大减弱），那么在线路上感应出的这些被束缚的正电荷也就在一瞬间失去了束缚，在电场的作用下，这些正电荷将沿着线路产生大电流冲击，从而对电器设备产生不同程度的影响
电磁感应雷：雷击发生在供电线路附近，或击在避雷针上会产生强大的交变电磁场，此交变电磁场的能量将感应于线路并最终作用到设备上（由于避雷针的存在，建筑物上落雷机会反倒增加，内部设备遭感应雷危害的机会和程度一般来说是增加了），对用电设备造成极大危害。
目前，直击雷造成的灾害已明显减少，而随着城市经济的发展，感应雷和雷电波侵入造成的危害却大大增加。一般建筑物上的避雷针只能预防直击雷，而强大的电磁场产生的感应雷和脉冲电压却能潜入室内危及电视、电话及联网微机等弱电设备。
现在有些人缺乏防雷意识，总觉得雷不会劈到自己头上，可他们往往要为这种侥幸心理付出沉重的代价。雷电灾害被国际电工委员会（IEC）称为"电子化时代的一大公害"。
随着世纪末的到来,计算机与人们的日常生活越来越密切，而计算机网络系统统管世界的时日也即将不日而至，到目前为止比计算机病毒更为难以控制的就是雷电的自然灾害,它不是人为的，既摸不着也看不见，有时你甚至找不到它做案的蛛丝马迹，因此我们称它为"神秘杀手"。
如何预防雷电事故的发生
在成功地进行了捕捉雷电的风筝实验之后，富兰克林即想到要征服雷电。早在1749年，富兰克林在研究闪电与人工摩擦产生的电的一致性时，他就从两者的类比中作出过这样的推测：既然人工产生的电能被尖端吸收，那末闪电也应可被尖端吸收。他由此设计了风筝实验，而风筝实验的成功反过来又证实了他的推测。他由此设想，若能在高物上安置一种尖端装置，就有可能把雷电引入地下，从而避免雷击之灾。
在进行风筝实验之后的同年夏天，富兰克林即着手研制避雷装置。同年，富兰克林研制出了这样一个避雷装置：把一根数米长的细铁棒固定在高大建筑特的顶端，在铁棒与建筑物之间用绝缘体隔开。然后用一根导线与铁棒底端连接，再将导线引入地面之下。富兰克林把这种避雷装置称为避雷针。经过试用，果然能起避雷的作用。
避雷针最初发明与推广应用时，教会曾把它视为不祥之物，说若装上了富兰克林的这种东西，不但不能避雷，反而会引起上帝的震怒而遭到雷击。但是，在费城等地，拒绝安置避雷针的一些高大教堂在大雷中相继遭受雷击，而比教堂更高的建筑物由于已装上避雷针，在大雷雨中却安然无恙。后来那些猛烈攻击避雷针是侵害神意的教会，也在教堂上安装了避雷针
避雷针的原理
在强电场作用下，物体曲率大的地方(如尖锐、细小的顶端，弯曲很厉害处)附近，等势面密，电场强度剧增，致使这里空气更容易被电离而产生气体放电现象，称为电晕放电。而尖端放电为电晕放电的一种，专指尖端附近空气电离而产生气体放电的现象。
当雷雨云过境时，云的中下部是强大负电荷中心，云下的下垫面是正电荷中心，于是在云与地面间形成强电场。在地面凸出物如建筑物尖顶、树木、山顶草、林木、岩石等尖端附近，等势面就会很密集，这里电场强度极大，空气发生电离，因而形成从地表向大气的尖端放电。
避雷针是一根耸立在建筑物顶上的金属棒(接闪器)与金属引线和金属接地体等三部分组成的防雷装置。它的作用是使可能会袭击建筑物的闪电吸引到它上面，再进入地里，借以保护建筑物。避雷针是一种引雷防雷技术。关于避雷针为何能防雷的机制，尚待进一步研究。有人认为避雷针的尖端放电，中和了雷雨云中积累的电荷，起到了消除电的作用。但近年来通过尖端放电电量计算，它远不能中和所有电荷。
避雷针的局限性随着科学技术的进步，避雷针作为现代化的防雷手段，有其不完善的方面，对在实际应用中存在的问题归纳如下：
1．保护范围
国内外不少防雷专家，对避雷针能向被保护物有多大的保护距离做了系统的研究得出的结论是："对一根垂直避雷针无法获得十分肯定的保护区域"。英国的BS6551法规曾指出："经验显示不能依赖避雷针提供任何保护区内的完整保护"。而德国防雷法规则有意识地不引入避雷针保护范围的概念。从避雷针因侧击雷、绕击雷，造成事故的实例来分析，其保护范围是不十分肯定的。
2．感应过电压
由于避雷针的引雷作用，所以雷击次数就会提高，当雷电被吸引到针上，在强大的雷电流沿针而流入大地过程中，雷电流周围形成的磁场会产生感应电压，它与雷电流的大小及变化速度成正比，与雷击的距离成反比。而被保护物的自然屏蔽装置对电磁感应或电磁干扰的屏蔽作用，不能达到有效屏蔽，使被保护区内的弱电设备因感应电压而损坏。
3．受雷击的针及引线，在高频雷电流作用下，将从接触点至地面产生一个较高的接触电压。当雷电流流入大地扩散时，在入地点沿半径各点形成不同的电位，若跨入该区域会产生很高的跨步电压。因此避雷针不适用于对弱电设备的保护，更不易用于易燃易爆品的防雷保护。因它引来强大的雷电流在接地引线断线卡处易产生火花，还会在附近的金属开口环处产生火花，从而引起事故。
4．防雷技术的发展
国内外防雷专家关于"消雷技术"之争，已成为防雷领域最大争论的焦点。因为"消雷技术"是一发展中的防雷技术，是对传统的防雷理论的创新，就其理论仍有待于进一步的去研究、完善和探讨。"消雷技术"在我国的防雷学术界从理论研究和实验，都作了大量的工作，并于70年代末分别在西昌卫星发射场和武汉水利电力学院两地进行了实验工作，并取得了大量的实验数据，在其试验总结报告中对"消雷器"作出定性的结论。因雷电是一自然现象，而引雷防雷和"消雷"防雷都必须遵循雷电规律，顺应客观规律，实事求实的去研究和完善防雷技术，因规范对"消雷器"不规范的宣传。
防雷技术的理论仍需在实践中进一步的去完善，而"消雷技术"的理论和实用性更有待进一步的去探索，深信在广大防雷学者的共同努力下，完善和创新防雷技术。
雷电发生时应注意的人身安全
1．留在室内，并好门窗；在室外工作的人应躲入建筑物内。
2．雷电期间在室内者，不要靠近窗户、尽可能远离电灯、电话、室外天线的引线等；在没有避雷装置的建筑物内，应避免接触烟囱、自来水管、暖气管道、钢柱等。
雷电时在室外的人，为防雷击，应当遵从四条原则。
第一是人体应尽量降低自己，以免作为凸出尖端而被闪电直接击中。
第二是人体与地面的接触面要尽量缩小以防止因"跨步电压"造成伤害。所谓跨步电压是雷击点附近，两点间很大的电位差，若人的两脚分得很开，分别接触相距远的两点，则两脚间便形成较大的电位差，有强电流通过人体使人受伤害。
第三是不可到孤立大树下和无避雷装置的高大建筑体附近，不可手持金属体高举头顶。第四是不要进水中，因水体导电好，易遭雷击。总之，应当到较低处，双脚合拢地站立或蹲下，以减少遭遇雷的机会。
七、雷电对人类的贡献
夏季里，雷电是一种常见的自然现象，强烈的雷电常给人类带来灾害，但您是否知道雷电对人类的贡献呢？世界上每秒钟大约会发生上百次闪电，在雷电发生的一瞬间，除了产生极强的电流和高温外，还会产生大量的臭氧，大气中的臭氧层是地球上一切生物的保护伞，能使地球表面的生物免遭紫外线的危害。雷电也是一种巨大的声波，可使空气中的细菌和微生物丧生。所以雷雨后的空气特别洁净而清新。
雷电又是一种高效的天然肥料，雷电发生时，空气中的氮和氧会经电离和化合而形成易被植物吸收的氮肥。很早就有人做过利用闪电制造化肥，肥沃土地的实验。我们知道，氮和氧是空气的主要成分。氮在平常的条件下不易与氧化合，但是当温度很高时，它们就能化合成二氧化氮。
自然界的闪电火花有几公里长，温度很高，所以有不少氮和氧化合生成二氧化氮。闪电时生成的二氧化氮溶解在雨水里变成浓度很低的硝酸。它一落到土壤中，马上和其它物质化合，变成硝石。硝石是很好的化肥。有人计算过每年每平方公里的土地上有100克到l000克闪电形成的化肥进入土壤。
人工闪电制肥实验的作法有很多，这里只举一个例子。有人在田野里竖立三根杆子(制肥器)，一般是木杆，杆高约20米，杆距120米，杆子顶部装有金属接闪器，用金属导线从接闪器一直引到地下埋入土中。建立后，曾进行了两次雷击实验。在每次雷击后对实验地段附近地区的雨水及土壤进行化学分析，测量其中硝酸态氮含量的增减。第一次雷击强度较小，比较明显的范围半径约15米，有效面积约1亩左右。经过土壤分析。结果是约增氮1.88斤至2斤，相当于硫酸铵9.4斤／亩至10斤／亩。第二次雷雨强度较大，以实验
地点为中心50米半径范围内，平均每亩增加2.7公斤，相当于硫酸铵13.55公斤。从以上实验可以看到，雷电确实起到了把空气里的氮"固定"到土壤里去的作用。
思考题：
1． 雷雨天如何预防雷击事故的发生？
2．为什么暴风雪天看不见雷电？
答：暴风雪天也产生雷电，只是比夏季暴风雨时产生的次数少；而且雪花的表面积比雨滴大因此也就能比雨滴更有效地消散声和光。况且，暴风雪天往往能见度很低，有闪电也不容易看到。
我们所有看到的空中闪电其实是巨大的大气火花，它是由于云团中分离的电荷之间能量突然释放所形成。风速和风向的局部变化将电荷传送到云内的不同区域，电荷不断积累增多，最后再释放。
冬季，强烈的局部化的风向和风力的变化不常见，电荷的分离也较弱，但是在冷空气与热空气相遇的前沿地带也仍有闪电发生。在北美洲大湖区，从加拿大来的冷空气与湖面的热空气相遇，沿安大略湖和伊利湖南岸便可在暴风雪天听到雷声。
3．若某次闪电包含5次闪击，共由云中向地面输送了30库仑电量的负电荷。每次闪击的平均持续时间为40微秒，你是否知道其中一次闪击的平均电流是多大？
4．雷雨云和地面间发生地闪时，云地间的电势差一般为1×107~1×108V。某次闪电向地面输送了20库仑电量的负电荷，你是否知道该次闪电向地面输送电能量范围约为多大？
5．雷电是常见的自然现象，某次雷电中，两块云团间的电势差约为109V，放电电量约为15C。在闪电过程中，空气中的氮气（N2）和氧气（O2）直接化合生成一氧化氮（NO），已知每mol氧气和氮气化合时要吸收180.74×103J的能量，闪电时有1/1000的能量用于这一反应，那么
（1） 此次闪电所释放的能量多大？
（2） 此次闪电能产生多少mol的NO？
（3） 此次雷雨闪电的生成物相当于给土壤施了多少尿素[CO（NH2）2]化肥？
陆 军
上海市崇明中学
lu-jun@eastday.com
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