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小学生でもわかる!雷の仕組みについて学ぼう

この記事の所要時間: 1947

雷の仕組みを解説します

大気が不安定になる状態が最近増えました。
これも地球温暖化の影響なのでしょうか。
雹(ひょう)もよく降るようになりましたが、
怖いのは、も同じです。
とはいえ雷とは、どういった現象なのでしょうか。

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そもそも電気とは何か

雷について考えるためには、電気とは何か?
これを理解する必要があります。
しかしその前に、電子や原子とは何か?これが重要になります。
つまりすべての物質は原子からできています。
例えば酸素や水素、炭素などといったものです。
原子は、中心に原子核があり、その周りを電子が回っています。
太陽の周りを地球が回っているようなイメージです。
そして電子は、マイナスの電荷を持っています。
電荷とは、電気を流す力と考えればよいでしょう。
プラスやマイナスという言い方も、そもそもは便宜的なものです。
2つの型があるということであり、深い意味はありません。
ここでマイナスの電荷を持つ電子が隣の原子へ動いたとします。
すると電流が発生します。
これが一般的に、電気が点く、電気が流れる、ということです。

なお電気が流れる物質と流れない物質の違いは何か?
電子が、その物質の中で動きやすいかどうかです。
金属は、自由に電子が動き回れるので、電気を通します。
一方で木や石は、電子が動きづらいので、電気を通しにくいのです。

電流はプラスからマイナスへ流れるが

学校では、電流はプラス極からマイナス極へ流れる!
このように習いますが、これも便宜上の概念です。
すなわち、まだ電子の存在が確認される前に、
電気の流れを説明する際、
プラス極からマイナス極に流れる!と決めました。

しかし電子の流れが発見されると、
マイナス極からプラス極へ動いている!
とはいえ今更変えることはできないので、
電流は、プラス極からマイナス極へ流れる。
電子は、マイナス極からプラス極へ移動する!

紛らわしいですが、そのように決まってしまいました。

雷とは何か

電気についてわかったところで、あらためて雷とは何か?
しかし雷について、詳しいことはわかっていません。
ちなみに1752年にベンジャミン・フランクリンは電気の研究を行い、
雷が鳴っている嵐の中で凧を揚げる実験をしました。
そこから雷も電気であることを確認したようです。
現時点でわかっていることは、雷は巨大な静電気!ということです。
冬にドアノブを触って、バチッとくる、あれと同じです。

雷の原理

雷の原理について、想定の範囲内で説明してみましょう。
まずは急速に発達した積乱雲の中で、
氷や水滴がぶつかり合うことにより摩擦が生じます。
摩擦によって、各物質内では電子が集まる部分、
すなわちマイナスに傾いた部分と、
電子が出ていきプラスに傾く部分に分かれます。
このように分かれて溜まっている状態が、帯電です。
プラスとマイナスの差が大きいほど電気の力を持っています。
しかし溜めておくには限界があります。
ある一定量を超えると、非常に不安定な状況になります。
そこで何らかの刺激により電子が放出されると、
それが連鎖的に働き、溜まっていた電気が流れ出ます。
これが放電と呼ばれる現象であり、雷の本体です。
なお光って見えるのは、火花が散っているからです。

雷の種類

雷は、大きく2つに分かれます。
ひとつは雲の中で起きる空中放電、雲放電とも呼ばれます。
もうひとつは、地面と雲との間で生じる対地放電
これがいわゆる落雷です。
さらに雷の原因によって4つに分けることもできます。
夏の温度差によって起きるのが熱雷です。
寒冷前線付近で発生するのが界電です。
低気圧や台風の中心付近で生じるのが渦雷です。
熱雷と界雷から派生するのが熱界雷です。

雷鳴は遅れて届きます

稲光は、光の速度、秒速30万キロメートルで進みます。
そのため瞬間的に見ている人の目まで届きます。
一方で雷鳴は、音の速度で進むため、ちょっと遅れます。
つまり音速は秒速340メートル程度です。
すなわち雷から1キロ離れた場所では、
光ってから音が聞こえるまで、約3秒かかります。

これによって自分と雷との距離を知ることができます。

被害に合わないための方法


雷は、人に直接被害を与える可能性もあるし、家庭用家電を壊してしまう可能性もあります。
そして、暑い時に起こりやすい現象であることから、年々記録を伸ばしている猛暑・酷暑の傾向から、今後雷の被害は拡大していく可能性が高いと考えられるのです。

これは、雷に対する知識をきちんと持ち、対策を講じておく必要があるということでしょう。

まずは、落雷の注意報・警報・速報に注意をすること。
仕事ならばなかなか難しいかもしれませんが、レジャーやイベントなどはキャンセルや延期を考えることもできるでしょう。

管理者はぜひ、雷の警報機を持っておいて欲しいところです。
屋外での部活動を担当する顧問の先生や、外の作業現場の管理者など、指揮を取る立場にある人は他の人の命も預かっていますからね。
携帯用の警報機を持っていれば、避難のタイミングが図れます。

雷がゴロゴロと鳴っている時には、木の下や軒下、ベランダなどにいるのは避けましょう。
釣竿のような、雷が落ちやすい形状のものは手に持たないようにも気をつけます。

家電製品はサージが怖いので、雷サージに対応している家電製品や電源タップを選ぶようにするとかなり防ぐことができます。

教科書には載っていない?雷について

雷を受けたら感電死するのか

雷は電気の塊です。
そのため電気を通す物体を探して進みます。
例えば金属類です。
かつては雷が鳴ったら金属類を捨てろ!
言われたものです。
しかしよくよく調べてみると?
そこまでピンポイントではないようです。
なお基本的に人間の身体は電気を通します。
頭から雷を受けても土の地面に足を付けていれば?
地球に電気が逃げます。
上手く流れてくれれば?
火傷や怪我はしますが感電死することはありません。
電気製品にあるアースの原理です。
アースとは英語で「地球」の意味です。
つまり電流を上手く逃がすことが?
雷に遭っても感電死しない秘訣です。
ただし靴がゴム底だと?
電気を通しませんので悪しからず。

雷が鳴った瞬間どうする?

雷は高い場所に落ちます。
例えば木です。
雷雨になったら木の下で雨宿り?
しかし最新科学では?
逆にこれは危険です。
木を経由して人間に電気が流れることもあるようです。
では雷が鳴った際の最善な避難方法は?
頑丈な建物や車の中に入ることです。
とはいえ周りに何もなければ?
地面に這いつくばり可能な限り身を低くする!
これが科学的な避難方法です。
自分より高い物から離れる!
雷に打たれるより雨に濡れた方が安全です。

光を見たなら安全

雷光を見たり雷鳴を聞いて怖がる人がいます。
しかし光を見たり音を聞いているということは?
安全ということです。
つまり自分はまだ雷に打たれていない証拠です。
自然科学的に考えると?
雷を怖がるのはナンセンスです。
一方で哲学的にも?
光や音を感じる自分がいる?
故に我あり!
なお雷を怖がる原理は?
突然パッと明るくなる!
ドンと大きな音が出る?
これに驚くことです。
すなわちホラー映画と同じ心理学的な作用です。

光って3秒以内に音が聞こえたら逃げる準備を

雷に打たれる被害は少なからずあります。
ならば避難する基準はあるのでしょうか?
例えば光は秒速30万キロメートルの速さで進みます。
人間には感知できないスピードです。
つまり光は瞬時に来る!
そうイメージしましょう。
一方で音は?
気温20℃では秒速約340メートルの速さで進みます。
すなわち光と音では速さがまったく違います。
具体的には?雷光を見た3秒後にドンと音がすれば?
340メートル×3秒=1020メートル!
雷は約1キロ先で起きている計算です。
これを基準に考えましょう。
光って2秒で音が来れば?
700メートルに近づいています。
原則は3秒で音が来たら?
音の反対方向へ逃げる準備をしましょう。

雷を利用できないか

雷は莫大な電気エネルギーの塊です。
これを資源として利用できないのでしょうか?
ネット上にも素朴な疑問が投稿され?
科学的な不可能性が指摘されています。
つまり現状の科学では巨大なパワーを瞬時に受け止める機械類が作れないようです。
しかし科学とは?
不可能を可能に変えることです。
電気自動車だって最初はバカにされました。
とはいえ諦めなければ?
22世紀には雷蓄電!
当たり前になっているかもしれません。

落ちやすい場所

雷の落ちやすい場所は、まずは高くて細い物のあるところ。

針葉樹林なんかはまさに落ちやすい場所だし、避雷針なんかはこれを利用しているわけです。

ただ、高くて細いものにしか落ちないのかといえば、そういうわけでもありません。
条件が変われば、落ちやすい場所も変わるのです。

例えば、広く拓けた場所では、人間が立っているだけでも雷は落ちやすくなります。
他に落ちやすい場所がないからです。
近くに他に人がいて、一人が傘をさし、一人が傘をさしていなかったら、傘をさしていた人に雷が落ちた、といったほんのちょっとの差でも雷の落ちやすさは決まってしまいます。

ちょっとストックを持ち上げているだけでも、もちろん雷は落ちやすくなります。

あとは、当然のことですが雷曇が発生しやすい地域ですね。
雷曇が発生しやすいのは、日本では群馬県や栃木県の辺りで夏の雷が多く、北の日本海側や秋田県などでは冬の雷が多いことが知られています。
海外では、南アジアやアフリカ、中南米など、雨季のある暖かい地方に多く発生します。

特に近年深刻に増えているのが、夏の雷。
地球温暖化やヒートアイランド現象などに伴い、日本でも関東地方の雷被害は増加傾向にあります。

落雷を受けた人を助ける方法

もしも目の前で誰かが落雷に遭ってしまったら……
あなたは被害者の救助ができるでしょうか。

落雷による死亡率は、直撃雷で8割、側撃雷で5割、その他感電等ならばわりと助かる確率が高いです。

もしも落雷で動けなくなってしまった人が出たら、まずは安全確認です。
通常、落雷による被害者は、体内に電気をためてはいませんから、身体をさわってもさわった人が感電することはありません。
しかし、もし切れた電線等によって感電しているのならば、感電の原因を除去しなければあなたも感電してしまうので注意が必要なのです。

そして、被害者の呼吸を確認しましょう。
呼吸が止まっていれば、脈も振れていない可能性が高いですが、脈があるかどうかも確認します。

呼吸と脈が止まっている場合には、即座に気道確保と心臓マッサージです。
登山する人、車の免許を持っている人は、勉強していますよね。

呼吸と脈があるのに意識がないのならば、気道確保をして救急車を呼びましょう。
他にできることはやけどの箇所を冷やしてあげるくらいですが、下手に触ると皮膚が剥がれ落ちることがあるので、ひどい場合には触らない方が良いです。

落雷による心停止時の心臓マッサージは蘇生率が高いので、落ち着いて対処できるようにしましょう。

木の近くは危険

落雷の避難についてもっとも取り沙汰されるのが、樹木についてですね。

樹木は、落雷の可能性がとても高い自然の物です。
昔は、『木の側にいれば木に雷が落ちるから、自分には落ちなくて安全だ』なんて言われていたこともありました。

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ところが、近年では樹木の側にいるのがもっとも危険であることがわかっています。

確かに、木が近くにあれば、落雷は木にあることでしょう。
けれどそれは、直撃雷が、という話。
そもそも木はそんなに電気を通しませんから、近くにもっと電気を通しやすいものがあれば、当然そちらへ電流は流れていくのです。
そうして直撃雷のあった物の近くへと移ってしまう雷が、側撃雷。
人間が木の近くにいれば、まさにこの側撃雷の被害に遭ってしまうのです。

雷から避難するのならば、木から2mくらい離れましょう。
木の太い幹から2mではなく、枝葉からも2m以上離れます。

もう少し言えば、木のてっぺんを見上げて、45度の内側にしゃがむのがいちばん良いとされています。
ただ、周囲が拓けているときには、45度の範囲は安全であるとはいえませんから、できるかぎり木から離れてしまったほうが良いかもしれませんね。
この点については難しいところです。

雷の危険場所とは


もっとも落雷の危険が高いのは、なんといってもぽつんと高いものがある場所です。
畑の真ん中にある高い木だなんていうのは、雷に直撃してくれと言っているようなものですね。

たくさん木のある森ならば良いかといわれると、そうでもありません。
やはり高いところにあるものは落雷の直撃を受けやすいのです。

高いところに落ちるというのは、何も木や物に限ったことではありません。
例えば、ゴルフ場や畑、サッカーや野球などのスタジアム、グラウンド……
そういった広く何も無い場所に人が立っていれば、十分に直撃雷を受ける可能性があります。

雷は雨を伴うことも多いので、地表が濡れている場合にはどんなに高い物から離れていても怖いですね。
雨は電気をよく通しますから、感電の可能性が多いにあるのです。

屋内や車の中が比較的安全であるといわれますが、キャンプ中テントの中にいるのは逆に危険です。
テントは張るためにポールを使用している上に、狭いのであまり離れることもできず、側撃雷に遭いやすいからです。

学生さんの部活動も、十分注意してくださいね。
地面が濡れている場合には離れていても感電の可能性がありますし、バットやラケットなどを持っている時には直撃雷の可能性も否定はできません。

どこに行けば安全か?


雷が鳴っているとき、もっとも安全な場所は何かの中です。

以前は危険だと言われていた車の中は、実は安全であることが近年の研究でわかっていて、他に、電車やバスなどの中にいるのも良いとされています。
これはなぜかというと、外側だけが電気を通しやすい金属でできていて、中は電気を通しにくい絶縁体でできているため。
仮に直撃雷や側撃雷を受けたとしても、電流は外側を通り、地上に逃げていくのです。
もちろん、金属部分に触れているのは危険ですから、できるだけ中央へ避難しましょう。

ただし、走行中の車は運転を誤る可能性がありますから、別の意味で危険です。
雷が鳴ったら、徐行、あるいは停車することが大切です。

屋内にいるのもかなり安全です。
屋内で気をつけたいのは、家電製品。
電源だけでなく、電話やケーブルテレビ、ネット回線などの通信線があるものも同様に危険です。

これは、落雷、あるいは雷曇による静電誘導を起因とする、雷サージ(大きな電流が急激にかかる現象)への警戒です。
想定以上の電圧がかかった家電製品は、感電・発火などの危険がありますから、家電製品の電源は抜き、できるだけ離れているのが理想ですね。

また、屋内でも鉄筋ビルなどの方が電気を逃がしてくれるので、より安全です。

貴金属をもっていても大丈夫か?


事前に注意をして雷に遭遇しないのがいちばん良いですが、もしも雷曇が近くで発生してゴロゴロと言っているのであれば、できうる限りの緊急避難策をとるしかありません。

まずは、木のそばにはいかないことです。
木は特に高く、直撃雷を受けやすい上に、人のような電気を通しやすいものが直撃雷の近くにいれば、まず間違いなく側撃雷に遭います。
雨宿りしたい気持ちはわかりますが、雨で死ぬことはあまりありませんから、雷の鳴っているときには雨宿りは諦めましょう。

雷は高いところに落ちますから、高くなるような物は持たないようにします。
釣竿やゴルフクラブのようなものは、地面に寝かせておいた方が良いです。
間違っても自分の身長より高く持ち上げたりしてはいけません。

あとは、低い姿勢で避難をします。
低ければよいといって地面に寝そべってしまう人がいますが、それでは地表との接地面が多くなってしまうので、感電の危険性が増します。

身につけた貴金属は、そのままにしておいて逃げるのが賢明です。
金属の有無で落雷の可能性は変わらないし、仮に身体に電流が流れ込んだ場合にも、人体より流れやすい金属部分に集中するため、生存率が上がるとも言われています。

雷から身を守る


もしも人間に雷が直撃してしまった場合、8割以上の確率で即死します。
雷の電流が呼吸と心臓の動きを停止してしまうからです。
また、側撃といって、落雷を受けた物や人の近くにいた場合、放電が移り、死傷する可能性が高いことが知られています。

実際には、人間はあまり大きくはないので、直撃することは稀です。
しかし、側撃による死傷は決して少なくなく、雷についての知識の不足から被害に遭う人も多いです。
いざという時のために、正しい知識を持っておきたいところですね。

まずは、雨宿りをしようと木や建物の軒下に立っているのが危険です。
木は高いので、直撃雷を受けやすいのですが、木よりも人の方が圧倒的に電気を通しやすいので、側撃雷を受けてしまいます。
もしも近くに木があるのならば、2m以上離れ、低い姿勢を取り、けれど地表との接地面はできるだけ少なくしなければなりません。

屋外にいるよりは、例え車であっても中にいる方が安全です。
ただ、金属や電気機器の近くは危険なので、できるだけ壁や物から離れておくことが大切です。

金属を持っているのも危険だと言われますが、これは雷が直撃するからではなく、落雷の被害に遭ったときに金属部分のやけどがひどくなるといった理由からです。

雷の音と距離


雷は、ピカッと光ってからゴロゴロゴロ~っと音がするまで、ちょっとタイムラグがありますね。
これは、光と音では、光の方が伝わるのが速いから。

光はとても速いので、地球上の見える範囲の光ならば、ほとんどタイムラグはありません。
普段見ることのできる光の中で一瞬のうちに届かないのは、太陽や星など宇宙から届く光くらいのものでしょう。

一方音は、意外と遅いです。
物理の教科書に載っているところでいえば、秒速340m。
つまり、1km先の音が耳に届くのは、約3秒後という計算になります。

この時間差を使って、落雷場所と現在地との距離を概算することができます。
物理の教科書にも書いてありますね。
習った人も多いのでは?

計算式は簡単。
光ってから音がするまでの時間を計って、速度をかけるだけです。
(速さ)×(時間)=(距離) ですからね。

ちなみに、この秒速340mは、1気圧・気温15度の空気中の速度。
気温が上がると、音速は速くなり、30度~35度くらいの気温ならば秒速は350m程度になります。
加えて、湿度が上がればまた音速は速くなりますから、上記の計算よりも実際にはもう少し近いと考えた方が良いでしょう。

雷ガードの効果


電源タップを眺めていると、「雷ガード」と書いてあるものがあります。
これは、落雷による雷サージを防ぐ機能で、高い電圧が家電製品に送られないように保護するものです。

とはいえ、その効果は万能ではありません。

例えば、近くの電線に落雷が直撃してしまった場合などは非常に強い電圧が流れてしまうので、それを防ぐほどの効果は期待できないのです。

雷ガードのしくみは、「雷サージ保護素子」によるものです。
一般に市販されている保護素子には、「バリスタ」と呼ばれるものと「ガスアレスタ」というものがあり、前者が「雷ガード」と書かれている電源タップに組み込まれているものです。
では後者は何に使われる保護素子かといえば、モデムやFAXなど通信系の機器です。
通信系の線も電気信号を伝える導体ですから、雷サージの被害対象になりうるため、このような素子を導入しています。

効果はほとんどないと言う人もいますが、ないよりはあった方が格段に良いです。

もう少し強い雷サージ対策としては、家庭の分電盤等に家庭用避雷器を取り付ける工事をしてもらうことですね。
これは、地上に接地(アース)して電流を逃がすので高い効果が得られます。
プロによる電気工事が必要になるので相談してみるとよいでしょう。

雷サージとは


テーブルタップなんかを見ていると、「雷サージ」なんて言葉を目にすることがあります。

「雷サージ」とは、雷のせいで電気や通信の線に高い電圧がかかったり、過剰に電流が流れたりすること。
一過性のものではあるのですが、これが家電製品や電気設備なんかにかかると、一発で壊れる可能性があるのです。

雷サージは、直接雷が落ちて発生するだけでなく、静電誘導によっても引き起こされることがあります。
静電誘導とは、帯電しているものを近づけると、電荷が引き寄せられるという現象。
雷曇が近くにあると、電線の中にプラスの電気が集まり、落雷等で突然雷曇がなくなると、電線の中に集まっていたプラスの電気が一気に流れて雷サージとなってしまうわけです。

もちろん、雷が直撃しても、雷サージを引き起こします。
こちらの方が当然威力が強く、直撃してしまうとどうにもなりません。
変電所などに落雷があると、停電はなかなか復旧できませんね。

雷サージと聞くと、いかにも電線の被害のように感じますが、実は電話線やケーブルテレビなんかの線も同様に雷サージの被害に合う可能性が十分あります。
中身は電気信号を送る「電線」ですからね。
意外な落とし穴です。

雷での人身被害


意外に思う人もいるかもしれませんが、実は雷による人身被害は毎年かなりな数にのぼっています。

例えば、登山やキャンプなど、山での落雷事故。
山は落雷がわりと多いのです。
雨宿りをしようと、軒先や木の下などに立っているのがもっとも危ないとされています。

また、ゴルフ場や畑での農作業、海水浴なども危険。
周囲に避雷針となるものがないので、直接人間に雷が落ちる例もあります。
海や川では、つりざおに落雷する例も。

多くの場合避難所となる学校も落雷には十分注意が必要です。
建物の中に入っていて、金属部分に触れていなければ、人身被害に遭うことはまれですが、ベランダに出ていたり、グラウンドにいたりするのは危険。
ラグビーやサッカーなど部活中や、小雨で決行された体育祭などでも落雷の人身被害が報告されています。
雨が降っていて地面が濡れていると、かなり離れているところでも負傷することがあるのが怖いところですね。

雨には打たれたくありませんが、雨で死ぬことはあまりありませんから、雷が鳴っている場合には木の下などで雨宿りをするのはやめましょう。
また、海や川などでは感電による心停止の可能性もありますから、遊泳はやめておきましょうね。

雷の原理とは

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生まれつき無関心な子供はいない! そう信じ、学習塾や講習会などで、 科学を楽しく解説しようと日々奮闘しています。 半世紀生きていますが、 気持ちは、今でも夢見る少年です。

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