飛機如何抵擋「天打雷劈」?

閃電會釋放強大的能量,因此地面上的高聳建築物通常會裝置避雷針來預防雷擊傷害,但飛機無法安裝避雷針,若剛好經過雷雨區附近,就有可能遭遇雷擊。此時,飛機會怎麼樣?有辦法避免雷擊或降低雷擊傷害的程度嗎?

文/盧衍良;審稿/成功大學物理系教授 許瑞榮

在雷雨天,雷雨雲上的靜電會與地面產生「感應電荷」,

造成雲底為負電、地表為正電的情況。根據導體表面電荷分佈的特性,電荷的密度 以及電場的強度都跟導體表面的曲率半徑有關,半徑越小(也就是越尖銳),電荷密度跟電場強度就越高,因此,地表上高聳尖銳的物體就成為電荷集中所在,該處 產生的電場相較四周強,也是最容易引起閃電之處。於是大雷雨時,高聳的物體如旗杆、樹木、高塔、煙囪、電線桿等,都會成為閃電的通道,這也是為什麼下雷雨 時,我們總是被告誡千萬不要站在寬廣的平地上,因為相對於空氣,人是良好的導體,容易引導電荷而受雷擊。

高大的建築物為了避免遭到雷擊,通常都會安裝避雷針。避雷針是一支頂部高出建築物、底部與地面相接的金屬桿,能夠吸引附近的雷電到自己身上來,使雷電通過 自身而排到地面上,也就是「接地」。因此,避雷針的原理並不是阻擋雷電,而是引導雲層裡的電荷沿著安全路徑和地面的電荷中和,藉此保護建築物免受雷電傷 害。

高空放電,降低雷擊傷害

飛機在飛行中也有可能遭到雷擊,但是飛機沒有辦法裝接地的避雷針,該如何是好?其實飛機上的乘客不必擔心這個問題,因為由金屬構成的飛機外殼遭受雷擊時,電荷會均勻移動到互斥力最小的金屬外殼表面,而機身內部則不會有電荷,因此內部電場必定為零。

儘管如此,遭遇雷擊的飛機仍可能因強大電流使機身過熱而局部變形或熔毀;電流所形成的磁場,也會影響機上的電子裝置,對飛航安全還是會有一定的風險。為了 降低雷擊的危害,飛機的機翼尾端會裝置靜電刷,機身尾部通常也會安裝,藉由尖端放電原理,釋放機殼上因空氣摩擦而產生的電荷。金屬的尖端容易吸引電荷,也 容易釋放電荷,當機殼上的電荷因釋放而減少時,就能夠大大降低雷擊強度,也就能減緩飛機遭受雷擊時所造成的傷害。換言之,靜電刷與避雷針不同,它主要目的 在釋放電荷以降低雷擊強度。另外有些汽車會在後端保險桿裝置一根可拖行在地面上的靜電刷,也是為了排除多餘的靜電荷,如此一來,在乾燥的天氣中開車門,可 減少觸電的可能性。

每次雷擊都會伴隨巨大能量產生,雖然我們對雷電的認識還非常有限,然而目前開發出的各種避免雷擊或降低雷擊強度的科技,已經足以保障大部份的民眾生活,雷擊已經不再那麼具有威脅了。

認識電擊傷

電力雖然是人類生活中不可或缺的重要能源,但用電不慎造成的傷害,也會帶來不堪設想的後果!

不論是遭遇大自然的雷擊,或是電器觸電,這一類的傷害都稱為「電擊傷」,比較常見的情形有心室纖維震顫、中樞神經系統受損,或者是肌肉麻痺引發呼吸終止等,其他諸如溶血、蛋白凝固、血管血栓形成、脫水、肌肉和關節分離等傷害,也經常可見。

造成電擊傷的主角是「電流」,主要是因為電流直接的傷害,或者是電流所經路徑產生的熱能傷害。一般來講,決定電擊傷嚴重程度的因素包含通過電流大小、接觸 時間長短,以及電流流經路徑等。「高壓電」對人體之所以危險,是因為人體的電阻低,高壓電兩極間可以產生非常大的電流;相反的,如果連結高壓電的物體具有 很高的電阻,則通過電極兩端的電流就會非常微小,也就不會造成重大傷害。

比較起來,人體遭受大自然雷擊的傷害程度會遠大於電路的電擊。雷擊時,巨大電流會在短瞬間通過人體,從人體的一點進入,然後從另一點流出,並在進出的兩個點造成嚴重灼傷,大多數時候還會造成心跳停止、腦部傷害等。

若不幸在戶外遇閃電打雷時,要迅速尋找適當建築物或掩蔽物,如果身邊沒有可以掩蔽的區域,應立即將身上的金屬物,如項鏈、手錶、眼鏡等取下,並儘可能向低漥處移動,萬萬不可在大樹或涼亭下躲藏,更不能緊鄰高牆、電線桿或天線設施附近,這樣才能減輕雷擊的危害。

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