闪电是由什么引起的？
如果我们在两个电极之间加一个高电压，让它们靠得更近。当两个电极接近一定距离时，它们之间就会出现电火花，这种现象称为“电弧放电”。
雷雨云产生的闪电与上面提到的电弧放电非常相似，只是闪电稍纵即逝，但电极之间的火花却可以存在很长时间。因为两个电极之间的高电压可以人为地维持很长时间，所以很难在放电后立即补充雷雨云中的电荷。当积累的电荷达到一定量时，在云的不同部分之间或云和地面之间形成一个强电场。平均电场强度可达几千伏/厘米，局部地区可高达10000伏/厘米。如此强的电场足以突破云内外的大气层，于是在云与地面之间或云的不同部分之间、不同云之间激发出耀眼的闪光。这就是人们常说的闪电。
肉眼看到闪电的过程非常复杂。当雷雨云移动到某处时，云的中下部是强负电荷中心，云底对面的下垫面成为正电荷中心，在云底和地面之间形成强电场。在电荷越来越多，电场越来越强的情况下，在云的底部首先出现一段大气电离很强的空气柱，称为级联先导。这个电离气柱一步步延伸到地面。每一步的先导都是直径约5米、长50米、电流约100安培的昏暗光束。它以约150000米/秒的平均高速一步步向地面延伸。离地5-50米左右时，地面突然反击。反击的渠道是从地面到云底，沿着。回击以50000km/s的更高速度从地面向云底疾驰，发出极其明亮的光束，持续了40微秒，通过的电流超过10000安培，这是第一次雷击。几秒钟后，一束从云中发出的暗淡光束，携带着巨大的电流，沿着第一次雷击的路径飞向地面，这就是所谓的直窜先导。在距离地面5-50米左右时，地面再次回击，形成明亮的光束，这是第二次雷击。然后和第二次一样，产生了第三次和第四次雷击。通常3-4次雷击构成一次闪电过程。一次闪电过程大约持续0.25秒。在这短暂的时间内，狭窄的闪电通道上会释放出巨量的电能，从而形成强烈的爆炸，产生冲击波，进而形成声波向四周传播。这是打雷还是“打雷”。
闪电的结构
已经详细研究过的是线状闪电，我们就以它为例讲一下闪电的结构。闪电是大气中的脉冲放电现象。闪电由多个放电脉冲组成，这些脉冲之间的间隔非常短，只有百分之几秒。一个脉冲接一个脉冲，随后的脉冲沿着第一个脉冲的路径行进。现在已经研究清楚了，每个放电脉冲由一个“先导”和一个“反击”组成。在第一个放电脉冲爆发之前，有一个准备阶段——“步进式”放电过程:在强电场的推动下，云中的自由电荷迅速向地面移动。在运动过程中，电子与空气分子发生碰撞，使空气轻微电离并发光。第一个放电脉冲的先导一步步向下传播，像一条发光的舌头。起初，光滑的舌头只有十几米长。几千分之一秒甚至更短的时间后，光滑的舌头消失了。然后，在同一段上，出现了一条更长的轻舌(约30米长)，一眨眼就消失了；然后一条更长的光滑的舌头出现了...光滑的舌头以一种“啃”的方式一步一步靠近地面。经过多次放电-消失，光滑的舌头终于着地了。因为这种第一次放电脉冲的先导是从云中逐级传播到地面的，所以称为“步进先导”。在光舌的通道上，空气已经被强烈电离，其导电性大大增加。空气连续电离的过程只发生在很窄的通道内，所以电流强度很大。
当第一个飞行员——天梯飞行员到达地面时，大量电荷立即通过高度电离的空气通道从地面流向云端。这股电流强到气道冒火，出现一条蜿蜒细长的光柱。这个阶段被称为“反攻”阶段，也叫“主力排出”阶段。天梯飞行员加上第一次反击构成了第一次脉冲放电的全过程，持续时间只有百分之一秒。
740)this . width = 740 " border = undefined >在第一次脉冲放电过程之后，第二次脉冲放电过程仅在非常短的时间(4秒)之后发生。第二个脉冲也是从先导开始，到回程结束。但第一次脉冲放电后，“坚冰已破，航线已开”，所以第二次脉冲的飞行员不会一步步往下走，而是直接从云端到达地面。这种导频被称为“直接通道导频”。直导先导到达地面后，大约需要千分之几秒的时间进行反击，结束秒脉冲放电过程。然后是第三和第四个...直线领先和返回行程，完成多次脉冲放电过程。由于每次脉冲放电都会消耗雷雨云中大量的累积电荷，未来的主放电过程越来越弱，直到雷雨云中的电荷储备耗尽才能停止脉冲放电，从而结束一次闪电过程。
闪电的原因
雷雨时的大气电场与晴天时有明显的不同。造成这种差异的原因是雷雨云中的电荷积累，形成雷雨云的极性，产生闪电，引起大气电场的巨大变化。但是雷雨云是如何获得电的呢？也就是说，雷雨云中有哪些导致其带电的物理过程？为什么雷雨云中可以积累如此多的电荷，并形成有规律的分布？本节将回答这些问题。我们前面说过，雷雨云形成的宏观过程和雷雨云中的微物理过程都与云的带电密切相关。科学家们对雷雨云的带电机理和电荷的规律性分布进行了大量的观察和实验，积累了大量的数据，提出了各种解释，有些说法还存在争议。综上所述，云的起电机制主要有以下几种:
A.对流云初始阶段的“离子流”假说
大气中总是有大量的正离子和负离子。云中的水滴上，电荷分布不均匀:最外层分子带负电，内层带正电，内层和外层的电位差约为0.25伏。为了平衡这种电位差，水滴必须“优先”吸收大气中的负离子，这就使水滴逐渐带负电。当对流开始时，较轻的正离子逐渐被上升气流带到云的上部；而带负电荷的云滴因为比较重，留在下部，导致正负电荷分离。
B.冷云中的电荷积累
当对流发展到一定阶段，云体达到0℃以上高度时，云中有过冷水滴、霰粒子和冰晶。这种由不同相态的水汽冷凝物组成，温度低于0℃的云，称为冷云。冷云的电荷形成和积累过程如下:
A.冰晶和霰粒子之间的摩擦碰撞带电
霰颗粒由冻结的水滴组成，呈白色或乳白色，结构较脆。因为过冷水滴经常与它碰撞，释放潜热，所以它的温度一般比冰晶高。冰晶中含有一定量的自由离子(OH-或OH+)，离子的数量随着温度的升高而增加。由于霰与冰晶接触部分的温差，高温端的自由离子必然多于低温端，所以离子必然从高温端向低温端迁移。在离子迁移过程中，较轻的带正电荷的氢离子速度较快，而较重的带负电荷的氢氧根离子(OH-)速度较慢。所以在一定时期内出现了冷端H+离子过剩的现象，导致高温端负极化，低温端正极化。当冰晶与霰粒子接触后分离，温度较高的霰粒子带负电，温度较低的冰晶带正电。在重力和上升气流的作用下，较轻的带正电的冰晶集中在云的上部，而较重的带负电的霾粒子停留在云的下部，从而导致冷云上部带正电，下部带负电。
b、过冷水滴与霰粒子碰撞冻结发电。
云中有许多水滴在温度低于0℃时不会冻结。这种水滴称为过冷水滴。过冷水滴是不稳定的。只要稍微晃动一下，就会立刻冻成冰粒。过冷水滴与霰粒子碰撞时，会立即冻结，称为碰撞冻结。当碰撞发生时，过冷水滴的外部立即冻结成冰壳，但其内部暂时保持液态，由于外部冻结释放的潜热传递到内部，内部液态过冷水的温度高于外部冰壳的温度。温差使得冻结的过冷水滴外部带正电，内部带负电。当内部也结冰时，云滴膨胀分裂，外表皮破裂成许多带正电的小冰屑，随气流飞向云的上部，带负电的冻滴核心部分附着在较重的霰粒上，使霰粒带负电，停留在云的中下部。
C.水滴是带电的，因为它们含有稀薄的盐。
除了上述冷云的两种起电机制，还有人提出起电机制是由于大气中水滴所含的稀薄的盐。当云滴冻结时，冰的晶格可以容纳负氯离子(Cl-)，但排斥正钠离子(Na+)。所以水滴冻结的部分带负电，未冻结的外表面带正电(水滴冻结时是由内向外进行的)。在下落的过程中，水滴冻结的霰颗粒在冻结前从表面的水脱落，形成许多带正电荷的小云，而冻结的核心部分带负电荷。由于重力和气流的分离，带正电的水滴被带到了云的上部，而带负电的霰粒子则停留在云的中下部。
D.暖云中的电荷积累
以上提到了冷云发电的一些主要机制。在热带地区，一些云位于0℃以上，所以它们只含有水滴，没有固体水粒子。这种云被称为暖云或“水云”。暖云也会有闪电。在中纬度地区的雷雨云中，0℃等温线以下的云部分是云的暖区。在云的暖区也有一个起电过程。
在雷暴云的发展过程中，上述机制可能在不同的发展阶段发挥作用。然而，主要的起电机制仍然是由水滴冻结引起的。大量观测事实表明，只有当云顶呈现纤维状细丝结构时，云团才能发展成雷雨云。飞机观测还发现，雷雨云中存在大量主要由冰、雪晶和霰粒子组成的云粒子，大量电荷的积累是雷雨云的快速带电机制，只有在霰粒子生长过程中，通过碰撞、冻结和摩擦才能发生。
奇怪的闪电。
闪电有几种形状:最常见的线状(或树枝状)闪电和片状闪电，球状闪电是非常罕见的闪电形状。如果仔细区分，还可以分为条状闪电、串珠状闪电和火箭状闪电。线状闪电或树枝状闪电是人们经常看到的一种闪电形状。它有耀眼的光和非常薄的光。整个闪电就像一根水平或向下悬挂的树枝，在地图上又像一条支流众多的河流。
线状闪电与其他放电的区别在于，它的电流强度特别大，平均可达数万安培，少数情况下可达20万安培。这么大的电流强度。它能摧毁和摇动树木，有时还会伤害人。当它接触到建筑物时，往往会引起“雷击”和火灾。线状闪电多是云对地放电。
片状闪电也是一种常见的闪电形状。看起来好像云上有一道闪光。这种闪电可能是云后看不见的火花放电的背景光，也可能是云中闪电被云滴遮挡而产生的漫射光，也可能是出现在云上部的成簇或闪烁的独立放电现象。当云层强度减弱，降水趋于停止时，经常会出现片状闪电。是弱放电现象，多在云中。
球形闪电虽然是非常罕见的闪电形状，但却是最引人注目的。它像一个火球，有时又像一朵盛开的发光的“绣球”菊花。大概是人头大小，偶尔直径几米甚至几十米。球形闪电有时在空中缓缓游动，有时又完全静止地悬在空中。它时而发出白光，时而发出流星般的粉色光芒。球状闪电“喜欢”打洞。有时，它可以通过烟囱、窗户和裂缝进入房子，在房子周围转一圈，然后溜走。球状闪电有时会发出嘶嘶声，然后随着一声闷响消失；有时候只是发出微弱的噼啪声，不知不觉就消失了。球状闪电消失后，空气中可能会留下一些难闻的气体烟雾，有点像臭氧。球状闪电的生命历史并不长，大约几秒到几分钟。
带状闪电。它由多次连续放电组成。在每个闪电之间，由于风的影响，闪电路径移动，使得每个单独的闪电相互靠近，形成一条带状。皮带宽度约为10米。如果这种闪电击中房屋，会立即导致大面积燃烧。
串珠状的闪电看起来像是在云幕上滑行或穿过云层抛向地面的连接线，也像是闪闪发光的珍珠项链。有人认为珠状闪电似乎是线状闪电向球状闪电的过渡形式。串珠状闪电经常跟随线状闪电，几乎没有时间间隔。
火箭闪电比其他种类的闪电慢很多，完全放电需要L-1.5秒。它的活动很容易用肉眼追踪和观察。
人们可以用自己的眼睛观察各种形状的闪电。但是，要仔细观察闪电，最好是拍照。高速摄像机不仅可以记录闪电的形状，还可以观测闪电的发展过程。利用一些特殊的相机(比如手机相机)，我们还可以研究闪电的结构。