# Why Lightning and Sparks Are So Fast

How charge builds up in a storm cloud, then breaks through the air in a fast chain of electron avalanches that makes a lightning bolt flash in an instant\.

By 薇薇

Topic: Physics & Chemistry

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## Transcript

### 1. 快得来不及眨眼

云里的电荷要攒上好几分钟，可一道闪电往往一眨眼就结束了。电为什么不慢慢漏掉，而是一下子冲出来？拖动场景可以转着看。

左边的竖条是电场计：蓝条越高，云和地面之间的电场越强。红线是空气开始导电的界限。

### 2. 电荷越攒越多

雷雨云里，冰晶和小冰球不停碰撞，把电荷分开。云底聚起负电荷（蓝色），地面被吸引出正电荷（红色）。电荷越多，两者之间的电场就越强。

电场就是电荷对周围的推拉。电场越强，越想把电荷推过去。

### 3. 空气是一道堤坝

空气平时几乎不导电，是很好的绝缘体。它像堤坝挡水一样拦住电荷：电场一路变强，却几乎没有电流漏过去。

干燥空气大约要每米三百万伏的电场才会被击穿。闪电通道的尖端会把电场集中起来，所以不需要整段空气都达到这么强。

### 4. 一个电子引发雪崩

空气里总有零星的自由电子，比如被宇宙射线撞出来的。电场一过红线，电子就被加速得足够快，能撞出新的电子：一个变两个，两个变四个。点按钮放一个电子进去。

这叫电子雪崩。数量成倍增长，一旦开始就停不下来。

### 5. 一步一步往下探

无数次雪崩让空气电离，变成能导电的等离子体（由带电粒子组成的气体）通道，叫作先导。它一段一段地向下伸，还会分叉。这里放慢了很多倍。

每一段大约50米长，段与段之间停顿约50微秒。整条先导到达地面通常只要几十毫秒。

### 6. 接通的一瞬间

先导快到地面时，树梢升起一道迎面放电，两者一碰就接通了。电流沿着现成的通道从下往上冲，这就是耀眼的回击。通道越热越导电，越导电越热，攒下的电荷几乎一口气放光。

回击电流平均约3万安培，大约百万分之一秒就升到峰值。我们看到的光几乎全来自回击。

### 7. 放完就自己停下

电荷一放光，电场就跌回红线以下，空气又变回绝缘体，放电自然停止。所以闪电不会慢慢漏电，而是攒够了一次冲完。切换到真实速度，看看它有多快。

一次闪电通常有3到4次回击，中间隔几十毫秒，所以看起来会闪烁。

### 8. 雷声从热里来

回击在几微秒内把通道加热到约3万摄氏度，大约是太阳表面的5倍。空气猛地膨胀，推出一圈圈冲击波，传到耳朵里就是雷声。

光几乎瞬间到达，声音每秒只走约340米，所以总是先看见闪电，后听见雷声。

### 9. 指尖上的小闪电

冬天摸门把手时“啪”的一下，也是同样的故事：电荷积累，空气被击穿，雪崩，通道接通，一瞬间放完。只是距离从几公里缩短到几毫米。

在极小的空隙里，几百伏就能打出火花；人要感觉到静电，通常需要几千伏。