關(guān)于作者
2004年畢業(yè)于北京師范大學(xué)物理系，2009年在中國科學(xué)院物理所獲得理學(xué)博士學(xué)位，同年起在中國科學(xué)院物理研究所工作至今。
[水煮物理]之：電母的彩妝
羅會仟
2010年10月27日
作者：羅會仟 中國科學(xué)院物理研究所
閃電的魅力不僅在于它擁有巨大的能量——可以瞬間燒焦或者摧毀一些高聳的物體，而且還能發(fā)出劇烈的光芒。最有趣的是，這些光芒顏色和形狀還各有不同——這就是電母的彩妝（見下圖）。最為常見的閃電是白色的（或許是電母的素顏），也有紅色、綠色和紫色的。1974年6月23日，前蘇聯(lián)天文學(xué)家契爾諾夫還曾經(jīng)在扎巴洛日城看見一次“黑色閃電”，即不發(fā)光的閃電！難道這就是穿著隱身衣的電母化裝舞會？閃電的形狀，？大部分都是樹枝狀的，也有珍珠狀和火箭狀的，最為厲害的是球形閃電，破壞力極強。
閃電之美
遠古時代的閃電
從遠古時代開始，地球上就處處電閃雷鳴，顯示大自然的巨大力量。盡管閃電引起的“上帝之火”烤熟了野獸，這讓人類學(xué)會用火告別茹毛飲血凄寒長夜的苦難，但人類對閃電卻總是充滿畏懼的。于是，古希臘的神話里，有了手持著電錘的宙斯，對誰不滿意就電他一電以顯示他至高無上的神權(quán)，借著電的威風(fēng)可以肆意蹂躪三界美女生下無數(shù)神子神孫。中國古代神話里，雷和電是兩權(quán)分離的狀態(tài)：雷公和電母，或許就是避免雷霆之怒和電閃之兇同時發(fā)作無法遏制吧。雷公嘴雷公臉都是嚇?biāo)廊瞬粌斆某?，但殊不知，電母娘娘卻是一個愛美之人。不知道您在電閃雷鳴之夜注意到?jīng)]有，電母的每次出場，幾乎都是帶妝上陣的，而且是彩妝！
電母、雷公和宙斯
要見識電母的彩妝，首先我們要搞清楚閃電是什么。面對閃電如此兇悍無比的東西，人們都是躲的遠遠的，以免五雷轟頂之災(zāi)。唯獨充滿好奇心的物理學(xué)家不怕危險，這不1752年富蘭克林就決定“釣”閃電回來研究研究。他的誘餌是一個風(fēng)箏，骨架是用銅線做的，引線上面掛一串金屬鑰匙用于把電導(dǎo)出以收集起來。雷雨淋濕了風(fēng)箏線，一陣霹靂，閃電就順著絲線導(dǎo)入到了他們的簡易電收集器里。富蘭克林欣喜地發(fā)現(xiàn)，原來閃電就是——電！這不廢話嘛？可事實上在那個時代，人們對于摩擦起電的電已經(jīng)有所了解，但卻沒人相信閃電也是電，或者沒人想象到原來電的威力是如此之大的。富蘭克林的實驗證明，閃電和摩擦起電的電是一種東西造成的，這就是我們今天所認(rèn)識的電荷。普羅米修斯偷來天火給人類溫暖，而富蘭克林則揭示了閃電本質(zhì)讓人們意識到電的巨大能量和潛在應(yīng)用前景。后來通過一系列優(yōu)秀的物理學(xué)家，諸如伏打、安培、法拉第、特斯拉、庫侖、麥克斯韋、湯普森等人的不懈努力，人們對電的認(rèn)識不斷加深。
富蘭克林“釣”閃電
如今人們早已清楚地認(rèn)識到，原來電就是電荷的移動造成的結(jié)果：電荷在電場里的定向運動形成了電流，而電流通過媒介時候通常會發(fā)光發(fā)熱，形成了人們通俗意義上感覺到的“電”。電荷之所以會運動，根本原因還在于電荷之間的相互作用，即同種電荷相互排斥、異種電荷相互吸引?！昂伞边@個概念在現(xiàn)代物理學(xué)里已經(jīng)有更為清晰的數(shù)學(xué)定義，在此處就不做晦澀的解釋了。同性相斥、異性相吸，類似于伏羲神農(nóng)的太極八卦里的陰陽調(diào)和思想，可見中國人哲學(xué)開發(fā)之早、境界之高！說到此，您應(yīng)該很清楚地知道，其實“閃電”就是大氣中的電流。當(dāng)云層中的電荷積累到一定程度的時候，它和地面之間就形成了一個強大的電場，借助潮濕的空氣而在瞬間劇烈放電，通過大氣傳導(dǎo)到了地面上，形成了閃電奇觀。閃電的魅力不僅在于它擁有巨大的能量——可以瞬間燒焦或者摧毀一些高聳的物體，而且還能發(fā)出劇烈的光芒。最有趣的是，這些光芒顏色和形狀還各有不同——這就是電母的彩妝（見下圖）。最為常見的閃電是白色的（或許是電母的素顏），也有紅色、綠色和紫色的。1974年6月23日，前蘇聯(lián)天文學(xué)家契爾諾夫還曾經(jīng)在扎巴洛日城看見一次“黑色閃電”，即不發(fā)光的閃電！難道這就是穿著隱身衣的電母化裝舞會？閃電的形狀，？大部分都是樹枝狀的，也有珍珠狀和火箭狀的，最為厲害的是球形閃電，破壞力極強。
電母的各色彩妝
日光燈、熒光燈和霓虹燈
氣體放電現(xiàn)象在我們的日常生活并不陌生，抬頭看看房頂?shù)臒晒鉄艄芫褪菤怏w放電的典型應(yīng)用。通過兩端的電極把燈管里的氣體電離，高速的氣體離子撞擊到涂有熒光粉的管壁而發(fā)出熒光。而我們看到五彩繽紛的霓虹燈，就是采用氣體放電原理。只要燈管里充不同的氣體，就可以得到各種不同顏色的光源。人們常給燈管充鹵素氣體做成鹵素?zé)?，這樣不僅可以保護燈絲大大延長燈泡壽命，而且可以方便地調(diào)節(jié)色溫，如路燈就以穿透力最強和人眼感受最舒適的黃色為主。我們通常在用電時候發(fā)生短路或者其他情況出現(xiàn)電火花或電弧也是氣體放電現(xiàn)象，而同時散發(fā)出了一些氣味則更多是生成的臭氧或者氮氧化物造成的。
高壓放電——閃電的現(xiàn)實模擬
通過高壓放電可以很好地模擬閃電，一塊大金屬平板可以看成是地面，而一個聚集大量電荷的金屬球就可以看成是云朵。當(dāng)電荷積累到一定程度，就可以把空氣擊穿，形成花枝招展的閃電。1780年，意大利的伽伐尼發(fā)現(xiàn)通電可以使蛙腿筋肉收縮，說明生物對電的感覺是異常敏銳的?，F(xiàn)在科學(xué)早已證明，生物神經(jīng)之間的信號傳遞主要是生物電，而外界電流對生物電造成的紊亂有可能破壞生物系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)甚至使其死亡。怪不得人們對相撞出火花的情人之間描述為“放電”，對大眼睛都叫做“電眼”呢！這一“電”，真是可以尋死覓活了……
用我的電眼電死你！