雷电带来的热效应

强大的雷电流通过被雷击的物体时，会产生很高的温度而发生融化、气化或燃烧现象，这便是雷电的热效应。在雷电的回击过程中，雷云对地放电的峰值电流可达105A以上，瞬间功率可达1011W以上。根据焦耳定律可知，一次闪击的雷电流发出的热量Q为

式中　Q——发热量，J；

i——雷电流强度，A；

R——雷电流通道的电阻，Ω；

t——雷电流的持续时间，s。

由于雷电流持续的时间很短，产生的热量来不及扩散，几乎全部都用来提升物体的温度。雷电流在电流通路上由电流引起的温升ΔT为

式中　ΔT——温升，K；(https://www.xing528.com)

m——通过雷电流的物体的质量，kg；

c——通过雷电流物体的比热容，J/（kg·K）。

由式（2-2）可见，温升幅度与Q成正比。由于雷电流很大，通过的时间又短，如果雷电击在树木或建筑物构件上，被雷击的物体瞬间将产生大量热，又来不及散热，以致物体内部的水分大量变成蒸汽，并迅速膨胀致爆炸，造成破坏。雷电击中地面物体时，巨大的能量在电弧和被击中物体之间传输，雷电通道内的温度可达3万K。在如此高温的通道中如果遇到易燃物质，可能会引起火灾。

对于金属表面来说，燃弧电压几乎总是不变的，由燃弧电压产生的燃弧热与雷电流所传输的电荷成正比。如果金属体的截面积不够大，燃弧热就可以使其熔化。一般来说，雷电的热效应所带来的瞬间局部高温可以使较小体积的金属熔化，而对于大面积的金属作用就不那么明显了，这就是为什么遇到雷击的细架空明线会断掉而避雷针却无大碍，仅仅在针的表面留下小坑点的原因。如果闪电的半峰值时间较长，高温持续的时间较长，就会积聚更多的热量，造成严重的后果。瞬间的高温有时还会使物体发生热击穿，而是否发生热击穿则取决于被击中物体的材料、厚度以及雷电流的峰值和持续时间等。因此，在设计雷电防护系统的时候，可以适当增大所有可能承载雷电流的被保护物体的截面积来减少温升，避免物体燃烧或爆炸的危险。另外，设计时还需要考虑到雷电的趋肤效应，因为雷电流通过时，趋肤效应会使物体表面所达到的最大温度比直流均匀流过截面时的温度高得多。

日常生活中，由于闪电的热效应造成易爆物品燃烧以及金属熔化、飞溅等引起的火灾或爆炸事故不胜枚举，有时甚至造成大规模或超大规模集成电路接口和模块损坏，所以必须重视对闪电热效应的防护。