雷の回路

質問

雷ってどうして地面に落ちるのでしょうか？
雷雲と地面は回路になってないので、電気は流れられないと思うのですが・・・

車を触ったときにパチッと静電気が来るのも、現象としては雷と同じなんでしょうか？
いったいどういう回路が形成されているのでしょうか？
回路になって無くても電気は流れるということなのでしょうか・・・

恥ずかしい質問かもしれませんが、教えていただければ幸いです。

回答No.5

ORUKA1951 · ベストアンサー

往路と復路はありません。
確かに雲の下から上に正電荷が運ばれる。あるいは負電荷が上から下に運ばれるのですが、落雷は雲の下部と地上で起きます。正確には雲の下部と地上が短絡しますというほうが良いかと。
　雲の下から上に正電荷が運ばれるのは、バケツですくって持ち上げるようなもので、それは{流れ}ではなく、移動です。
　流れるというときは、回路全体を電荷がいっせいに移動している状態--川の流れ--です。
　ではなぜ、地上と雲の間で短絡するかというと、小学校の摩擦電気を思い出してください。摩擦でエボナイトの棒にたまった殿下により、箔検電器の一方にそれと逆の電荷が集まってきて、さらに近づけるとパチッと音がして短絡します。
　長い目で見たら、箔検電器にたまった電荷は、空気中の逆電荷と中和して消滅しますし、エボナイトをこすった相手の布の電荷も失われていくでしょう。

　電気が流れる--は電荷の移動方法の一つですが、あくまでひとつの方法で、電荷が移動するのは他の方法(通常は電流とは言わない)もあります。

お礼

ご回答ありがとうございます。

電気が流れるには回路になってないといけないと、何かで読んだので雷はどうなの？と悩んでいたのですが、それはあくまで方法のひとつなのですね。

そして雷のような電荷の移動は、電流とは言わないのですね。

ありがとうございました。

回答No.4

nanashisan_

質問の意図は、「電池Aの＋から電池Bの－へは電流は流れないのに、雲の＋から地面の－に電流が流れるのはなぜか」ということですか？

雲と地面に静電容量があるからです。
つまり、電池Aの－と電池Bの＋にコンデンサが繋がっているのと等価です。

お礼

ご回答ありがとうございます。
私の質問の意図は回路には往路と復路があるのに、雷の場合地面に落ちる往路はあっても、地面から雲に戻る復路はないじゃないかというものです。

nanashisan_さんは地面が電池Bのマイナスだとおっしゃってるのですよね？
自分は地面が電池だとは考えておらず、ただ一般的にアースと言われているから漠然とマイナスなんだなと思ってるだけの段階です。

地面は電池だと考えることができるということですか？

雷は電池Aのプラス（雷雲の下層？）から電池Bのマイナス（地面）に落ち、電池Bのプラス（地面）からコンデンサを介して電池Aのマイナス（雷雲の上層？）につながる回路を有しているということですよね？

やっぱり回路になっているんですね！

＞つまり、電池Aの－と電池Bの＋にコンデンサが繋がっているのと等価です。

このあたりをもう少し詳しく教えていただけないでしょうか？
雷は空気の絶縁を破壊して雲から地面に落ちるのはわかります。
地面から雲へも同様に空気の絶縁を破壊して雷が上空へ放出しているのでしょうか？

回答No.3

info22

#2です。
補足です。
入道雲が成長し上昇気流が発生し、高い高度になると空気の温度が下がり雲の水滴が氷点下になって氷の粒になり霰（あられ）になり、その粒が下からの上昇気流の雲の水分が付着して粒が大きく成長して行きます。大きくなると霰の粒が落下し、上昇する小さな雨粒や霰と衝突して摩擦電気で電離して、雲の上層の小さな霰の粒がプラス、下方の大きなあられの粒がマイナスに帯電していきます。その結果雷雲（入道雲）の下層にマイナスの雲、上層にプラスの雲ができます。下層の雲は重いので下降し地面に誘導したマイナスの電気を帯びた雷雲は地面にプラスの電気を誘導して、雷の放電で落雷が起こって下層の雲の電気が消滅します。その後、上層のプラスの雲も下降してきて、地面にマイナスの電気を誘導して、放電し落雷が起こり、最終的には帯電した入道雲の消滅と共に帯電した雲も消滅します。勿論、雲と雲の間でもプラスとマイナスで放電が起こります。

参考URL：

http://cafe.tohoku.ac.jp/html/answer/answer01.html

お礼

非常に詳細にご回答いただきありがとうございます。

ゴロゴロ音、ピシャッ音は空気の膨張などの音なんですね。
非常に興味深く読ませていただきました！

また帯電した雲の影響で、地面の電気が集まってくるというのも面白いですね！

ひとつ教えていただけませんでしょうか？
雲の電気が3万V以上になり空気の絶縁を破壊して地面に落ちるというのは理解できたのですが、これが回路だというのが理解できません。

回路というのは往路と復路があるのでは？というのが私の疑問です。
例えば電池（プラス）から電気が流れて、電球などの負荷を通り、また電池（マイナス）に戻ってきますよね。

実は雷は雲から地面に落ちた後、また地面から雲に戻っていて、
回路を形成しているのか？
などと考えているのです・・・・

回答No.2

info22

空気（1気圧下）の絶縁破壊電圧は1cm当たり3万Vです。
これ以上の電圧が空気にかかると、絶縁破壊が起きて空気が電離して放電が起こります。放電により空気が急激に熱せられ膨張するとき雷の「ゴロゴロ」（遠くの音）や「ピシャッ」（雷が近くに落ちる音）といった絶縁破壊と空気の膨張音（破裂するほど急激に膨張）を発します。

> 雷ってどうして地面に落ちるのでしょうか？
地上だけでなく、プラスに帯電した雲とマイナスに帯電した雲との間にも、放電現象が起こり閃光と雷鳴が発生します。
大地は水分や電気を流すミネラル分を含んでいて導体と見なせます。雷雲のマイナス電荷を持った雷雲が地上に降りてくると、地面にプラスの電荷が誘導されて雷雲の下の地面には雷雲のマイナスの電荷の総量と同じだけのプラスの電荷が集まってきます（プラスの電荷とマイナスの電荷の間には引き付けあう電気力が働く）。そして帯電した雷雲が下降すると更に電荷が増加し、雲と地上の間の空気に１ｃｍ当たり3万V以上の電圧がかかると空気の電離が起こり電気が流れ易くなり一気に絶縁破壊電流が流れて膨大な放電熱が発生して空気が爆発的に膨張し閃光と轟音と共に雷が落ちる（正確には雲のマイナス電荷と地面のプラス電荷の間に電離した空気の通路（電気が流れる回路となる）を通って短絡が起こるのです。雲はプラスにもマイナスにも帯電します。原因は入道雲の上昇気流による雲の氷の粒のぶつかり合いによる摩擦で発生します。プラスの電荷とマイナスの電荷量は同じだけ発生します。上空の雲の間でも雷が発生し、雲のなかの帯電した氷の結晶が大きくなると、雲が重くなって地上に近づくと同時に氷が溶けて帯電した雨粒になり、徐々に水滴が大きくなると大粒の雨と雷雨になります。と同時に地上に近くなった雲が地上に、反対の電気を誘導して放電が起こり、落雷となります（雷雨時の落雷）。

> 車を触ったときにパチッと静電気が来るのも、現象としては雷と同じなんでしょうか？

この電気も摩擦電気です。自動車の車体は絶縁体のゴムのタイヤで地面と絶縁されています。人が車に乗り降りする時、座席とスカートやズボンの間に摩擦が起こり静電気が発生します。乾燥した時期や空気の湿度が低い冬場は特に静電気が発生しやすくなります。
1cm当たり3万V位（絶縁破壊電圧）の静電気がたまると空気の絶縁破壊がおこり、火花が出して放電します。
雷と比べ、静電気の電荷の量がずっと少ないので一瞬で放電しきってしまい電荷が一瞬で消滅します。

> いったいどういう回路が形成されているのでしょうか？
空気に１ｃｍ当たり3万V以上の電圧（電界強度30000V/cm以上）がかかると空気が絶縁破壊を起こし空気の中の分子（窒素や酸素）が電離して、イオン化し、電気が流れやすい道（回路）を作り出します。

回答No.1

ORUKA1951

回路は一瞬、そのときできていれば良い。
落雷とは、雲の中で氷の粒が激しく衝突することで、雲の下部に負電荷、上部に正電荷が蓄積され、地上近くの負電荷が地面と短絡する現象です。
　これは、プラスチックの下敷きをティッシュペーパーでこすって帯電させ、それを顔に近づけるとパチッというのと一緒。

お礼

ご回答ありがとうございます！
雲の下部と上部で電気が別れてるんですね。