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一次城区雷击伤人事件的物理量测算

雷电流强度,直击雷,温升,冲击波压力,闪电的TNT当量

2017年8月9日18时12分，中国人民解放军第181医院急救中心接到呼叫称，桂林信义桥上有一男子遭到雷击，当场倒地不省人事。据医生透露，男子背部有烧伤的痕迹。附近有监控摄像记录显示，雷电的火光直接击中桥面慢车道上骑电单车的过路男子。

1  雷击基本情况

1.1  雷电流路径

雷击电流从后颈入臀部出，见图1所示。

1.3  雷电流强度

经闪电定位查询，见图3所示。此次雷击准确时间为18时02分36秒，雷电流强度I为负闪击13.3kA。 

2  物理量测算

2.1  雷电流通道电阻

根据刘德泉^[15]等给出的人体模型（见图4）结合雷电流从背部入臀部出事实，雷电流通道电阻R约为300Ω。

  2.2  温升

根据焦耳定律,雷电流流过雷电流通道时产生热量为^[16]

                         W=                                             （1）

式中: t为雷电流持续时间,以0.0001s计算。 

将R=300Ω，I=1.33×10⁴A,t=0.0.001s,代入（1）式得到W=5.3067×10⁶J。

在雷电流通路上由雷电流引起的温升()为

=                                               （2）                                             式中:△T为温升，℃;

   设雷电流通道的物体质量为人体质量的一半，取m=30kg;又由于没有人体的比热容值，假设其与水的比热容相当，以其代替，取C=4.2×10³J/(kg·℃)，就此得出△T约为42.1度。

2.2  冲击波压力

冲击波压力P_T可用下式计算∶


                                        （3）计算结果约为1.15个大气压。

2.3  闪电的TNT当量

闪电的TNT当量Q_TNT为:

                                              （4）

 将热量W代入式（4），得到Q_TNT约为1.17kg。

3  分析

3.1  趋肤效应实际温升更高

由于雷电的趋肤效应，雷电流的实际通道仅为身体表面很细很窄的狭小管道，电阻比计算值更大，质量比计算值更小，由公式（1）和（2），实际温升更高。

3.2户外雷击时的躲避方式

户外雷击无法躲避时，要并拢双腿低头抱膝尽量降低身高。因为这样可以：

1）降低跨步电压；2）降低接闪概率；3）缩短雷击放电路径，降低雷击伤害面积；4）降低雷击大脑概率和避免雷电流流过心脏，从而降低生命危险的概率。

3.3微小中型桥梁也应有防雷装置保护人车安全

本例中该桥无防直击雷装置是造成事故的原因之一。

8  结论和讨论

雷击会产生温升、冲击波、热当量等物理量变化。户外雷击无法躲避时，要并拢双腿低头抱膝尽量降低身高。微小中型桥梁也应有防雷装置保护人车安全。本例雷击不首先击中周边高大建筑物、树冠、金属交通指示牌，雷击的绕击原理值得研究。