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Lightning Path · 介电击穿模型

闪电为什么边走边分叉

先导一小段一小段往下试探,每一步都偏向当下电场最强的方向。

先导步数
0
分叉
0叉
起步→回击
0.0ms
充电中
放电
参数 60 MV · η 1.0
地面物体
雷云电位(充电旋钮)60 MV
峰值电流 30 kA · 击距 91 m
分叉指数 η1.0
慢放
视图

怎么玩

  • 按放电(或台面上的红色按钮),看先导从云底一格一格往下长。
  • 拖动台面上的充电旋钮改云电位;电位越高,估算的峰值电流越大,击距越长。
  • 在箱子里左右拖动带避雷针的小房子,看它离闪电多远时还能把闪电引过去。
  • η 调大通道变直;换一道闪电换随机种子,同样的条件走出另一条路。
  • 拖动画面转视角,滚轮缩放,双击复位;键盘 / 隐藏界面。

简化说明

  • 电场只在箱子中面这一张二维网格(88 × 72 格,每格约 32 米)上解拉普拉斯方程,不算空间电荷,也不算三维弯折。
  • 先导的生长用介电击穿模型:只看每个候选格的场强,按 p ∝ |E|^η 抽签,没有模拟流注、电晕和先导的真实步长与停顿。
  • 每长一格只在新格点附近局部松弛、再全局松弛两遍来更新电场,而不是每一步都完全收敛。
  • 树和避雷针的高度放大了约 8 倍,否则在 2 公里高的网格里只有不到一格。击距仍按真实公式 r = 10·I^0.65 计算。
  • 峰值电流按"与云电位成正比"估算(60 MV 对应 30 kA),只用来算击距;真实闪电的峰值电流没法从云电位直接推出来。
  • 迎面先导在下行尖端进入击距后从地物顶端出发,每走一步下行先导,它长两格;时间按平均速度折算,实际先导是走走停停的。
  • 动画里先导最后接近地面的十几步额外放慢了约 2 秒,回击又额外放慢了几十倍,否则按慢放倍率它们也只闪一两帧。屏幕上的毫秒、微秒读数仍按真实速度计算。
  • 网格上尖端所在格的场强只是平均值的几倍;真实尖端半径小得多,局部场强能超过空气击穿值 3 MV/m。
  • 电场线是在同一张网格的电位上沿 −∇φ 描出来的,起点按地面各处的电通量均分;雷云的形状、雨和地面水洼的反光只是画面,不参与计算。
  • 计算只用到云底:网格顶部到云底上方 8 格为止,箱顶那一截隆起的云顶是画上去的;云里的闪烁、云底被照亮的明暗也只是示意,没有模拟云内放电。