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雷はどのように落ちるの?

雷はどのように落ちるの?

こたえ:(くも)(なか)にたまった電気(でんき)地表(ちひょう)へにがすときに、(つよ)(ひかり)(おお)きな(おと)発生(はっせい)します。

(かみなり)正体(しょうたい)は、積乱雲(せきらんうん)入道雲(にゅうどうぐも))の(なか)発生(はっせい)した電気(でんき)です。ふつう、(くも)がうかんでいる空気(くうき)電気(でんき)(とお)さないのですが、(くも)(なか)にとどめておけないほど大量(たいりょう)電気(でんき)がたまると、空気(くうき)(ちゅう)電気(でんき)(とお)って地表(ちひょう)まで(とど)くのです。このように、(くも)から地表(ちひょう)電気(でんき)をにがす(放電(ほうでん)する)現象(げんしょう)を「落雷(らくらい)」とよびます。

では、なぜ、(くも)(なか)電気(でんき)発生(はっせい)するのでしょうか。その電気(でんき)は、どのように空気(くうき)(ちゅう)(つた)わって地面(じめん)まで(とど)くのでしょうか。(くも)(なか)電気(でんき)がつくられるところから、(じゅん)()ってみてみましょう。

(1)(くも)(なか)電気(でんき)発生(はっせい)して「+」(プラス)と「-」(マイナス)に()かれる

(くも)は、(ちい)さな(すい)てき「(くも)つぶ」や(こおり)のつぶ「氷晶(ひょうしょう)」でできています(関連(かんれん)記事(きじ)(くも)(なに)からどのようにできるの?」)。(くも)発達(はったつ)して積乱雲(せきらんうん)になると、氷晶(ひょうしょう)()えて空気(くうき)といっしょに上下(じょうげ)(はげ)しく(うご)き、氷晶(ひょうしょう)どうしがぶつかり()って電気(でんき)()びます。これを「電荷(でんか)」といいます1)

電気(でんき)がたまってくると、(くも)(たか)(ほう)から「+」「-」「+」の「三極(さんきょく)構造(こうぞう)」ができます。すると、(くも)(なか)では、この電荷(でんか)のかたよりをなくそうとして、まんなかの(そう)の「-」の電荷(でんか)(した)(ほう)移動(いどう)し、「+」の電気(でんき)をなくしていきます(「中和(ちゅうわ)」)2)。その(あと)、「-」の電荷(でんか)はさらに(した)へ、つまり地表(ちひょう)()かいます。

(2)電荷(でんか)(とお)(みち)(さが)す「ステップトリーダー」ができる

空気(くうき)電気(でんき)(とお)しにくい性質(せいしつ)のため、電気(でんき)一気(いっき)(すす)むのではなく、(すす)んでは()まり、また(すす)んでは()まり、という(うご)きををくり(かえ)し、(とお)りやすい(みち)(さが)しながら(すす)んでいきます。これを「ステップトリーダー」(段階(だんかい)(がた)前駆(ぜんく)放電(ほうでん))とよびます。

ステップトリーダーは、(やく)50m(すす)むと30マイクロ(びょう)~90マイクロ(びょう)(0.00003~0.00009(びょう)()まり、また(すす)みます3)平均(へいきん)速度(そくど)は150km/(びょう)ほどなので、(くも)(たか)さが地上(ちじょう)から(やく)3000mのとき、ステップトリーダーが地上(ちじょう)接近(せっきん)するのにかかる時間(じかん)(やく)0.02(びょう)です。

(3)電荷(でんか)の“()ったり()たり”で、(くも)(なか)中和(ちゅうわ)していく

ステップトリーダーが地表(ちひょう)(ちか)くまで(とど)くと、ステップトリーダーの先端(せんたん)地表(ちひょう)からの放電(ほうでん)がつながり、地上(ちじょう)から(くも)()かってプラスの電気(でんき)一気(いっき)(なが)れる「リターンストローク」(帰還(きかん)雷撃(らいげき))が()きます。このステップトリーダーとリターンストロークのセットが、1つの落雷(らくらい)電気(でんき)(とお)(みち)発光(はっこう)が「雷光(らいこう)」「稲妻(いなずま)」、(かみなり)(ねつ)による空気(くうき)振動(しんどう)が「雷鳴(らいめい)」です(関連(かんれん)記事(きじ)なぜ、(かみなり)はジグザグに(ひか)るの?」「なぜ、(かみなり)はゴロゴロ()るの?」)。

ただし、ステップトリーダーとリターンストロークの“()ったり()たり”が1(かい)()きただけでは、(くも)(なか)電荷(でんか)中和(ちゅうわ)しきれない場合(ばあい)があります。このときは、(くも)から地上(ちじょう)()かって(ふたた)放電(ほうでん)(はじ)まります。

この2(かい)()放電(ほうでん)では、すでに電気(でんき)(とお)(みち)ができているため、「-」の電気(でんき)一気(いっき)地表(ちひょう)()かいます。これを「ダートリーダー」(矢形(やがた)前駆(ぜんく)放電(ほうでん))といいます。ダートリーダーが地表(ちひょう)にたどり()くと、またリターンストロークが()きます。落雷(らくらい)1(かい)時間(じかん)は0.5(びょう)~1(びょう)ほどですが、電気(でんき)の“()ったり()たり”は平均(へいきん)で3~4(かい)(おお)いときは10(かい)以上(いじょう)()きています。

落雷(らくらい)」という言葉(ことば)(とお)り、(かみなり)(そら)から地表(ちひょう)へ「()ちる」ものというイメージがあります。けれども実際(じっさい)は、(した)から(うえ)()かう(かみなり)もあるのです。

(かみなり)は、以下(いか)の4種類(しゅるい)()けられます4)

雲内(くもない)の「-」の電荷(でんか)からの放電(ほうでん)が、「+」に帯電(たいでん)した地表(ちひょう)()かう(かみなり)(うえ)(した)

地上(ちじょう)の「+」の電荷(でんか)からの放電(ほうでん)が、(くも)(なか)の「-」の電荷(でんか)()かう(かみなり)(した)(うえ)

(くも)(たか)(ところ)、または(そこ)にある「+」の電荷(でんか)からの放電(ほうでん)が、「-」に帯電(たいでん)した地表(ちひょう)()かう(かみなり)(うえ)(した)

地上(ちじょう)の「-」の電荷(でんか)からの放電(ほうでん)が、(くも)(たか)(ところ)にある「+」の電荷(でんか)()かう(かみなり)(した)(うえ)

①は、(なつ)落雷(らくらい)(やく)90%を()めます。その一方(いっぽう)で②③④は、(ふゆ)(おお)(かみなり)です。また②は、鉄塔(てっとう)風車(ふうしゃ)高層(こうそう)ビルなどの(たか)建物(たてもの)山地(さんち)でみられます。

記事(きじ)公開(こうかい):2022(ねん)4(がつ)

参考(さんこう)資料(しりょう)

1)荒木(あらき)健太郎(けんたろう),津田(つだ)紗矢(さや)()子供(こども)化学(かがく)サイエンスブックスNEXT 久本(ひさもと)天気(てんき)関係(かんけい)()って未来(みらい)予想(よそう)してみよう (そら)()るのが(たの)しくなる! (くも)のしくみ』.2022(ねん)1(がつ).誠文堂(せいぶんどう)新光(しんこう)(しゃ)

2)フランクリンジャパン「(かみなり)知識(ちしき)」『(かみなり)とは?』:https://www.franklinjapan.jp/raiburari/knowledge/lightning/37/

3)音羽(おとわ)電機(でんき)工業(こうぎょう)技術情報(ぎじゅつじょうほう) (かみなり)対策(たいさく)のポイント (かみなり)放電(ほうでん)現象(げんしょう)」:https://www.otowadenki.co.jp/basic4/

4)小林(こばやし)文明(ふみあき)(かみなり)』.2020(ねん)6(がつ).成山堂(せいざんどう)書店(しょてん)

監修者(かんしゅうしゃ)大山(おおやま)光晴(みつはる)

1957(ねん)東京都(とうきょうと)()まれ。東京(とうきょう)工業(こうぎょう)大学(だいがく)大学院(だいがくいん)修士(しゅうし)課程(かてい)修了(しゅうりょう)高等(こうとう)学校(がっこう)物理(ぶつり)教諭(きょうゆ)千葉県(ちばけん)教育(きょういく)委員会(いいんかい)指導(しどう)主事(しゅじ)千葉(ちば)県立(けんりつ)長生(ちょうせい)高等(こうとう)学校(がっこう)校長(こうちょう)(など)()て、現在(げんざい)秀明大学(しゅうめいだいがく)学校(がっこう)教師(きょうし)学部(がくぶ)教授(きょうじゅ)として「理数(りすう)探究(たんきゅう)」や「総合的(そうごうてき)学習(がくしゅう)時間(じかん)」の指導(しどう)方法(ほうほう)について講義(こうぎ)演習(えんしゅう)担当(たんとう)している。科学(かがく)実験(じっけん)教室(きょうしつ)やテレビの実験(じっけん)番組等(ばんぐみなど)への出演(しゅつえん)多数(たすう)千葉市(ちばし)科学館(かがくかん)プロジェクト・アドバイザー、日本(にほん)物理(ぶつり)教育(きょういく)学会(がっかい)常務(じょうむ)理事(りじ)日本(にほん)科学(かがく)教育(きょういく)学会(がっかい)(およ)日本(にほん)理科(りか)教育(きょういく)学会(がっかい)会員(かいいん)月刊(げっかん)理科(りか)教育(きょういく)編集(へんしゅう)委員(いいん)(など)(つと)める。

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