專利名稱：一種可解析雷暴云起電機(jī)理的云室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣象學(xué)。
背景技術(shù)：
自從富蘭克林從閃電中引出電流后，科學(xué)界設(shè)計(jì)、使用了多種云室裝置，人工模擬自然現(xiàn)象，研究雷暴云起電機(jī)理，此類云室裝置的不足之處在于不能揭示雷暴云起電機(jī)理。雷暴云起電機(jī)理一直困擾著氣象學(xué)，目前氣象學(xué)中流行的十幾種關(guān)于雷暴云起電機(jī)理的解釋是誤解。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)云室的不足，提供一種利用紫外光源激發(fā)云霧起電的云室，從而解析、演示出雷暴云起電機(jī)理。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的在傳統(tǒng)的云室中安裝紫外光源，用紫外光源照射人造云霧，使人造云霧中出現(xiàn)顯著的電場(chǎng)。依據(jù)人類的已知，圓滿的解釋這一現(xiàn)象，即可破解雷暴云起電機(jī)理。由于本發(fā)明建立在新的理論基礎(chǔ)之上，為了便于理解，使本發(fā)明得以實(shí)施，因此有必要在介紹具體實(shí)施方式

前，首先介紹本發(fā)明所依據(jù)的理論。
量子力學(xué)認(rèn)為物質(zhì)的原子核、原子外層是由電子構(gòu)成的?；瘜W(xué)元素周期表詳細(xì)列舉了各種元素核外電子排布狀態(tài)。由于電子是原子核、原子外部唯一物質(zhì)，因此所有元素原子核外發(fā)生的一切反應(yīng)都與電子活動(dòng)有關(guān)。常態(tài)下絕大多數(shù)元素中的原子、電子處于最低能量穩(wěn)定、平衡的基態(tài)，呈電中性，不與其它元素發(fā)生反應(yīng)。電子從外界吸收了能量后呈激態(tài)，向能級(jí)更高的外層軌道躍遷，電子受激躍遷后，破壞了原子與電子之間最低能量穩(wěn)定、平衡的基態(tài)，解除了原子、電子之間的相互制約、屏蔽，同時(shí)暴露出原子與電子兩種作用力，使元素由電中性轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)電性或正電性。絕大多數(shù)元素激態(tài)時(shí)為負(fù)電性，用電解法從化合物中提取單一元素時(shí)發(fā)現(xiàn)氧、氟、氯等少數(shù)幾種元素產(chǎn)生于電解電流的正極，顯示它們的極性與眾不同。因此當(dāng)這幾種元素中的電子受激躍遷后，它們的原子就會(huì)因極性不同，與其它元素的原子結(jié)合成化合物。例如當(dāng)氧分子中的電子受激躍遷后，氧原子因極性與眾不同并具有極強(qiáng)的電負(fù)性，因此與地球上幾乎所有元素都發(fā)生化合反應(yīng)。當(dāng)躍遷到外層軌道的電子由激態(tài)向基態(tài)轉(zhuǎn)變，返回低能級(jí)的內(nèi)層軌道時(shí)，電子所處環(huán)境與躍遷前相比發(fā)生了變化，它們依附的原子與其它原子結(jié)合成化合物，它們運(yùn)行的電子軌道也隨之消失了。但是氧分子中的電子并未因此脫離氧原子，因?yàn)樾碌难趸镌尤匀痪哂须娯?fù)性，電負(fù)性的本質(zhì)是靜電引力，在新生的氧化物原子靜電引力吸引下。氧分子及與其結(jié)合物分子中的電子，以氧化物原子為中心，共同建立起新的電子軌道。電子軌道的準(zhǔn)確定義應(yīng)為電子波函數(shù)，由于這一定義不普及，為了便于理解，本發(fā)明仍使用傳統(tǒng)的名稱。在上述氧化物形成過程中，電子的數(shù)量沒有變化，但電子軌道卻發(fā)生了很大的變化，不同的電子軌道具有不同的能級(jí)。電子在不同能級(jí)軌道間轉(zhuǎn)移時(shí)，必須吸收或釋放能量，與電子軌道能級(jí)取得匹配后，才能運(yùn)行其中、例如當(dāng)蠟燭、汽油、煤炭、大樹等物質(zhì)燃燒時(shí)，碳、氫分子及與其接觸的氧分子，在高溫中均轉(zhuǎn)變?yōu)榧B(tài)，分子中的電子受激躍遷，電子躍遷到能級(jí)更高的外層軌道后，解除了相互制約、屏蔽，同時(shí)暴露出原子、電子兩種作用力，氧原子與碳、氫原子極性不同，電子的電勢(shì)不同，因此碳、氫分子與氧分子分別結(jié)合成CO2、H2O，原碳、氫、氧分子中的電子，在化合物原子靜電引力吸引下，共同進(jìn)入新的化合物分子軌道，組成化合物分子。由量子力學(xué)發(fā)展的前線軌道理論認(rèn)為電子可以在不同分子間轉(zhuǎn)移，如果一個(gè)分子給出電子，一定首先選擇能量最高的外層軌道電子，如果一個(gè)分子接受電子，一定首先放在能量最低的內(nèi)層空軌道中。碳、氫、氧分子中的原子與其它原子結(jié)合成化合物，它們?cè)械膯卧胤肿榆壍廊肯⒘?，釋放出每一層軌道中的電子?；衔顲O2、H2O的分子軌道是新組建的，它的每一層軌道都是空的。原碳、氫、氧分子中的電子因能量偏高，與CO2、H2O分子空軌道能級(jí)不匹配，因此需要先釋放出多余的能量，與各層分子軌道能級(jí)分別取得匹配后，才能進(jìn)入多層化合物分子空軌道。由于燃燒在空間進(jìn)行，空間的電阻極大，電子在空間中釋放的能量形成光子。光子發(fā)出的光和熱匯成了火焰。
炸藥爆炸時(shí)，多種元素中的高能電子以同樣機(jī)理釋放出能量，例如TNT.C7H5N3O6爆炸時(shí)，碳、氫、氧、氮分子中高能量的電子，在失去原有電子軌道、進(jìn)入新組建的極低能級(jí)碳氧、氫氧、氮氧、氮?dú)浠衔锓肿涌哲壍罆r(shí)，因其能量與上述化合物分子軌道能級(jí)不匹配，在靜電、電磁、電勢(shì)共同強(qiáng)制作用下，被迫釋放出多余的能量，這一能量的大小，恰好等于原電子軌道與新電子軌道之間的能量差。由于爆炸在空間進(jìn)行，空間的電阻極大，TNT組份碳、氫、氧、氮分子中的電子，在空間釋放的能量形成光子，由于反應(yīng)速度快，大量光子幾乎同時(shí)對(duì)外發(fā)出光和熱，就形成了爆炸。
電池、金屬腐蝕、生物發(fā)生化合反應(yīng)時(shí)，多種元素中的高能電子在進(jìn)入新產(chǎn)生的低能級(jí)化合物分子軌道前，也因完全相同的機(jī)理釋放出與化合物分子軌道能級(jí)不匹配的多余能量，由于電子轉(zhuǎn)移、釋放能量的過程發(fā)生在導(dǎo)電良好的電解質(zhì)或?qū)щ娊橘|(zhì)之中，電子釋放的能量在導(dǎo)電介質(zhì)中順利傳遞，匯成了電流。
火花放電產(chǎn)生的高溫使空氣中的氮、氧分子由電中性的基態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧B(tài)，氮、氧分子外層軌道電子躍遷后，氮、氧原子結(jié)合成NOX，原氮、氧分子中的電子在靜電、電勢(shì)、火花放電中高勢(shì)能電荷共同作用下，進(jìn)入新的低能級(jí)化合物NOX分子軌道時(shí)，釋放出與化合物NOX分子軌道能級(jí)不匹配的多余能量，這一能量以光子的形式在空間釋放。由于火花放電引發(fā)了空氣中的氮?dú)狻⒀鯕忉尫拍芰?，所以在電流、電?shì)、電極間距等條件完全相同的情況下，發(fā)生在空氣中的火花放電，比發(fā)生在真空中的火花放電明亮、粗大、雷暴云中的閃電，是發(fā)生在大氣中的火花放電。它以同樣機(jī)理引發(fā)氮、氧分子釋放能量，閃電光譜中閃爍的氮、氧原子、分子譜線、譜帶，精確的描繪了閃電光芒的結(jié)構(gòu)。閃電光譜將所有在閃電中發(fā)光的元素一一記錄在案。它們?cè)陂W電中的發(fā)光機(jī)理都將被揭示。由于閃電引發(fā)多種氣體分子釋放光子，所以閃電過程強(qiáng)烈發(fā)光，并生成大量NOX.。氮、氧原子中的電子受激躍遷、發(fā)光后返回原電子軌道，因此氮、氧原子發(fā)光后仍為氮、氧原子，未發(fā)生質(zhì)變反應(yīng)。氮、氧分子中的電子發(fā)光后不返回原電子軌道，重組成NOX分子軌道，因此氮、氧分子的發(fā)光反應(yīng)是化合反應(yīng)，它使局部大氣成份、壓力劇變。由于氫氣比重輕，所以正常大氣中含量極低，北半球大氣平均氫濃度為0.578ppmv，南半球大氣平均氫濃度為0.552ppmv。大氣中的微量氫原子、氫分子在閃電中發(fā)光后，閃電光譜中難以觀測(cè)到。閃電光譜中出現(xiàn)的明顯氫元素譜線，是被閃電電解了的H2O發(fā)出的。
傳統(tǒng)云室實(shí)驗(yàn)顯示水成物粒子碰撞、磨擦、感應(yīng)、對(duì)流、結(jié)晶、淞附、溶化、破碎、溫差等形式均起電微弱，不足以引發(fā)閃電。這是因?yàn)镠2O是低能化合物。氫氧燃燒、葡萄糖有氧氧化、氫氧燃料電池等化合反應(yīng)，釋放能量后形成的低能化合物就是H2O。能量是不滅的，也不能無中生有。這一無法違背的定律表明由H2O構(gòu)成的雷暴云不可以自行起電。但水是極性分子，水分子的極性偶矩為1.86×10-18cm靜電單位，具有較強(qiáng)的吸附能力，所以雷暴云可以成為吸引、接受電能的匯。如果按這一判斷推理，自然界中還應(yīng)該有一個(gè)我們未知的源？是它在向雷暴云供電。利用人類的已知，特別是量子理論，對(duì)自然界中的物質(zhì)、物體進(jìn)行排查后發(fā)現(xiàn)太陽是向雷暴云供電的源。到達(dá)大氣層外的太陽幅射能高達(dá)1357w/m2?？鄢龘p耗，這一能量短時(shí)間蓄積，即可滿足任何超級(jí)雷暴單體閃電所需電能。1899年，德國科學(xué)家勒納德發(fā)現(xiàn)紫外線照射到物體上，可以釋放大量高電勢(shì)的負(fù)電。量子力學(xué)深刻的解釋了這一現(xiàn)象的本質(zhì)，這是因?yàn)楣馐请姶挪?，電子吸收了相?yīng)頻率的電磁波后可以將其轉(zhuǎn)換為電子能量。電子是構(gòu)成所有物質(zhì)的基本粒子之一，所以物體在紫外光的照射下，可以不經(jīng)其它途徑，直接產(chǎn)生電能。量子力學(xué)將這一現(xiàn)象稱為光、電效應(yīng)?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)除金屬外其它物質(zhì)也具有光、電效應(yīng)。本發(fā)明提供的云室裝置證實(shí)云霧具有光、電效應(yīng)功能。紫外頻率的光子照射到由H2O構(gòu)成的云霧中，可以生成高電勢(shì)的負(fù)電荷。根據(jù)本發(fā)明提供的裝置、所作實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步推理由于能量是不滅的，所以太陽照射到雷暴云中，沒有被云層反射回宇宙或到達(dá)地面的那部份高頻率太陽幅射能，并沒有消失，也沒有轉(zhuǎn)換為熱能。經(jīng)云霧光、電效應(yīng)轉(zhuǎn)換后，它以電能的形式儲(chǔ)藏在云霧之中，依附于雷暴云中的水成物粒子及氣溶膠之上。由于大氣良好的絕緣性，負(fù)電荷得以大量蓄積，使大氣電場(chǎng)升高，最終以閃電的形式釋放。有關(guān)大氣中負(fù)電荷放電機(jī)理、過程，請(qǐng)參閱中國發(fā)明專利申請(qǐng)200410039560.4由于化合物NOX分子容積比氮、氧分子容積之和小，所以在閃電催化下進(jìn)行的氣體化合反應(yīng)是縮容反應(yīng)。它使局部大氣容積收縮、減壓，低壓引發(fā)大氣流動(dòng)，形成龍卷風(fēng)、熱帶氣旋等強(qiáng)對(duì)流氣象。地球活動(dòng)、人類活動(dòng)向大氣釋放了大量氣溶膠，由于電子也是構(gòu)成氣溶膠的基本粒子，所以氣溶膠也具有光、電效應(yīng)。它可以提高雷暴云電場(chǎng)強(qiáng)度，加劇雷暴活動(dòng)。


圖為本發(fā)明工作原理示意圖，云室(1)；紫外光源(2)；人造云霧(3)。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式

進(jìn)行詳細(xì)的說明在傳統(tǒng)的云室(1)中安裝紫外光源(2)，用紫外光源(2)照射人造云霧(3)，使人造云霧(3)中出現(xiàn)顯著的電場(chǎng)。由于人造云霧(3)不如真實(shí)雷暴云深厚，因此應(yīng)保證紫外光源(2)具有較高的頻率和強(qiáng)度，并保持較長的照射時(shí)間。應(yīng)避免云室(1)中任何金屬物體在紫外光源(2)照射下產(chǎn)生光、電效應(yīng)，干擾測(cè)試結(jié)果，使用電場(chǎng)儀等測(cè)量儀器測(cè)量電場(chǎng)時(shí)應(yīng)關(guān)閉紫外光源(2)。這是因?yàn)橹挥写_認(rèn)云霧的光、電效應(yīng)功能后，才能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
本發(fā)明適合教學(xué)使用，為學(xué)生探討雷暴云起電機(jī)理提供可靠的實(shí)驗(yàn)裝置。
權(quán)利要求
一種氣象學(xué)使用的云室，它是由云室(1)、人造云霧(3)等組成的，其特征在于云室(1)中安裝有紫外光源(2)。
全文摘要
本發(fā)明為氣象學(xué)提供了一種可解析雷暴云起電機(jī)理的云室。傳統(tǒng)的云室實(shí)驗(yàn)顯示水成物粒子碰撞、摩擦、感應(yīng)、對(duì)流、結(jié)晶、淞附、溶化、破碎、溫差等形式均起電微弱，不足以引發(fā)閃電，雷暴云起電機(jī)理一直困擾著氣象學(xué)。本發(fā)明提供的云室中安裝了紫外光源，在紫外光源照射下，人造云霧發(fā)生了光、電效應(yīng)，利用人類的已知、據(jù)此進(jìn)行推理得知雷暴云并非自行起電，它只是一個(gè)接收電能的匯，太陽是供電的源，雷暴云在光、電效應(yīng)下起電。在氧化反應(yīng)中放電。本發(fā)明適合教學(xué)使用，為學(xué)生探討雷暴云起電機(jī)理提供可靠的實(shí)驗(yàn)裝置。
文檔編號(hào)G09B23/00GK1601575SQ200410080558
公開日2005年3月30日 申請(qǐng)日期2004年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月8日
發(fā)明者陳西林, 王麗敏 申請(qǐng)人:陳西林