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闪电的起因：
1. 雷暴形成
在温暖而潮湿的夏季日子里，地表白天受热，而地面吸收了热量后又不停把热量再辐射出去。正午后太阳辐射能开始减弱，而地面吸收的热量却达到了最大值。当地面辐射更多热量时，气块就更易上升，若气块的温度在它上升中仍能较上面的环境空气温度高，及不稳定就会出现。如果地表加热空气的条件维持，气块不断上升形成上升气流，此时若气块含有水气的话，雷暴的积云阶段就开始了。
上升的气块构成了雷暴的基点—雷暴细胞。当气块继续向上移动，气柱引起了近地面气压的不平衡，这种不平衡把更多空气吸收到系统中来加强雷暴细胞。
闪电和雷声是雷暴的象征。在夏季的傍晚，人们常听到和看到这种远处的雷暴景象。
2. 云内闪电(in-cloud lightning)
在0℃层以上，即空气温度下降到冰点的高度以上，云内的液态水变成冰晶和过冷却水滴(达0℃却来不及凝结就落下的水滴)。由于空气的密度不同，造成了空气对流，在这些水滴或冰晶摩擦碰撞的过程中产生电荷。如云内出现两个足够强的相反电位，带正电的区域就会向带负电的区域放电，结果就产生了云内闪电(in-cloud lightning)或云间闪电(cloud-to-cloud lightnung)。风暴细胞内8成的放电过程属于这种类型。
3. 云对地闪电(cloud-to-ground lightning)
这是最广为研究的类型，主要是因为它们对人们的生命财产有极大的威胁性。
在一次正常的闪电前，云里的电荷分布是这样的：在底部是较少的正电荷，在中下是较多的负电荷，在上部是较多的正电荷。闪电由底部和中下部的放电开始。电子从上往下移动，这一放电由上向下呈阶梯状进行，每级阶梯的长度约为50米。两级阶梯间约有50微秒的时间间隔。每下一级，就把云里的负电荷往下移动一级，这称为阶梯先导(stepped leader)，平均速率为1.5×105公尺/秒，约为光速的两千分之一，半径约在1到10公尺，将传递约五库仑的电量至地面。当阶梯先导很接近地面时，就像接通了一根导线，强大的电流以极快的速度由地面沿着阶梯先导流至云层，这一个过程称为回击，约需70微秒的时间，约为光速的三分之一至十分之一。典型的回击电流强度约为一至两万安培。如果云层带有足够的电量，又会开始第二次的阶梯先导。
一个阶梯先导加上一个回击称为”一击”(a stroke)，三到四个”一击”组合成一个闪光(flash)，而一个闪电又是由多个闪光所组成。
雷击又分为负雷击(negative stroke)及正雷击(positive stroke)，也就是由云层往地面传下来的是正电荷。正雷击的发生机率比负雷击小，但携带的电量会比负雷击大，曾测量到的最大值为300库仑。正雷击通常只有一击，有第二击的正雷击相当少见(因为云层内靠近地面的正电荷较少)。
4. 地对云闪电
除了有云层到地面的闪电之外，也有由地面到云层的闪电。由地面到云层的闪电，它们的阶梯先导由地面延伸至云端，可携带正电荷或负电荷，两种电性的先导都曾被观测到。然而这样的闪电并不常见，它们通常都是由高的建筑物顶端往云层放电，而且特别的是，它们通常没有回击，并且只有一击。除此之外，地面对云层的闪电偶尔会与向下进行的正闪电连结。
闪电与雷声：
一次闪电是由多次的放电组成的，每次的回击的通路温度可高达30000℃，比太阳表面的温度6000℃更高许多倍，由于温度这么高，所以 通路附近的气体就发生爆发性膨胀，造成强烈声波，这就是雷声。当阶梯先导与回击相遇时，就会产生非常亮的光。这一强电流高亮度的区域沿着闪电通路上行至云端，但观察者对这一迅速的过程却察觉不出来，他只能看到一条均匀发亮的线。光线从闪电通路中心产生，其宽度可能不超过几厘米。
＊为什么有时候我们看到的闪电只是一闪而过，而听到的雷声却是隆隆不绝，响好久才停呢？
这是因为天空里的闪电，一般都是很长的，有的线行闪电长达二至三公里，甚至十公里。由于闪电的各部分跟我们的距离不同，所以雷声传到我们耳边的时间就有先有后了。另外一方面，一次闪电往往包含数个回击，那么当第一次回击时的雷声还没有断绝，又传来了第二次第三次的雷声，先后的雷声混在一起，就成了隆隆不断的雷声。
还有，当雷声遇到地面，建筑物，高山或天空的云层时，都会发生反射，产生回声。这些回声传到我们耳朵里的时间也是不一致的，因此就形成了隆隆的雷声。
＊ 一次闪电的光能持续多久？
在大雷雨的晚上，街道上一片漆黑，几乎看不清一切事物。但是在闪电的一刹那，我们却能够在这极短促的时间里，看到街道上奇怪的景致：街道上原来正在活动着的东西，一下子都变成凝结了似的，行人士一只脚踏着地，一只脚临空举在那里不动，行驶的车辆也像停在那里一样……
产生这种现象的原因，是因为闪电的持续时间非常短促，在这短暂的时间里，物体位置的移动使人眼睛很难观察出来，所以熙熙攘攘的街道，在闪电的光之下，似乎变得完全不动了。
那么闪电的光能持续多久呢？
它的一闪的时间很难用普通方法测量出来，因为每一次闪光所持续的时间，常常比万分之一秒还要短，最长的也不会超过千分之一秒(1微秒)，这速度是非常惊人的。
我们一般拍照时，照相机快门的速度是五十分之一秒，百分之一秒或一百五十分之一秒，拍正在运动的动作是一百五十分之一秒，二百五十分之一秒或五百分之一秒的快门，就是拍摄高速飞行的喷射机，用千分之一秒的快镜也就可以了。所以，再这极短的时间里，即使是迅速奔驰着的汽车，它的车轮上的每一个花纹也只移动几万分之一公分，这样的运动，在人眼里当然跟静止的没有分别了。
＊为什么雷容易打中孤立高耸的物体？
由于雷雨云的云底有带电，能使地面发生感应，并使地面产生与云底的电性不同的电荷。这称为「感应电荷」。
这种感应电荷在小范围的地面上是同一性质的，例如都是正电，或者都是负电。同一种性质的电荷是互相排斥的。排斥的结果，就使得电荷在地面上重新分布，这种排斥力沿地面方向的分力，在弯曲得较厉害的地方要比平坦一些的地面来得小，所以，电荷就必定会移到地面弯曲得厉害的地方去。这样一来，在弯曲得厉害的地面上，感应电荷就要多一些，密一些了。
高耸的物体，他本身也会成为地面的组成部分，由于他高耸在平地上，所以他就成为地面上最弯曲的一部分，因此当地面受到雷雨云的感应而产生感应电荷时，在高耸的物体上，就会集中了较多的电荷。
由于高耸的物体所带的感应电荷比地面多，对闪电的吸引能力大，所以能很容易的将闪电拉过来。
所以在大雷雨时，我们千万不要躲在高耸的物体，如旗杆，高树，塔尖，烟囱，电线杆下面躲避。因为那里是闪电的通道。
由于高耸物体容易遭到雷击，所以在高大的建筑物上一般都安装避雷针，使建筑物免遭雷击。避雷针是一个顶部高出建筑物，下部与地面相接的金属杆，它能够吸引附近的闪电到自己身上来，将自己作为闪电的通道，使闪电通过自身而排到地面上去。这样，原先要击中建筑物的闪电，中途拐了弯，通过避雷针，就不会损坏建筑物了。
＊ 为什么总是先看到闪电，后听到雷声？
这是因为光的传播速度要比声音的传播速度快得多。光在空气里差不多每秒钟能走三十万公里，用这样的速度，一秒钟可以为绕地球的赤道跑七圈半。声音在空气中每秒约走三百五十公尺，差不多只有光速的九十万分之一。光从闪电发生处传到地面的时间，一般不过几十万分之一秒，可是声音跑同样的距离就需要较长时间。根据这个原理，我们可以利用从看见闪电到听见雷声相隔的时间，算出闪电距离我们大概多远。
＊ 为什么有闪电却听不到雷声呢？
有时候，一道闪电划破夜空，照亮云际。但是，奇怪的是，之后却听不道雷声。这又是为什么呢？
这并非是因为闪电距离太远，而是声音传导的方式有异的现象。
音速随空气温度之变化而不同，由低温处射入高温处之音波，再靠近其界面时会产生折射。如果射角太大，音波会完全反射而不会折射。相反的，由高温处射入低温处时，音波会从界面折射远去。
如果空气中的温度连续变化的话，音波的射线也随之连续改变形成曲线。
晴天的中午，太阳直射，地面暖和，靠近地面的空气温度高，愈至高空温度越低。所以，由地面音源来的音波远升高空时斜斜前进。登上高岗，往往听得见下方传来的声音，就是这个缘故。相反的，夜间由于地面较快冷下来，下层空气之温度变低，相同音源来的音波在靠近地面处斜斜前进。因此，音波沿地面聚集，而在夜间声音听得较远。
在高空发生的雷鸣之所以听不见，就像前述的与大气中的温度变化有关。平常，一到夜晚，地面经常是先冷下来。但气象状况有异时，高空的温度下降，而地面却留着白天的余温。此时，高空发生的雷鸣虽向地面前进，但路线却逐渐向上方折射弯曲，至某处终于转向上方而去。因此，在地面的人们就听不到雷声了。
＊ 闪电为什么能劈开树木？
闪电内部的温度可高达3×104℃。闪电劈中树木时，因树木中含有水分，强电流立即把水分化为高温高压的蒸气，蒸气的强大爆发力就能把树木劈开。
＊ 雷雨后为什么空气格外新鲜？
夏天的傍晚，有时乌云，大雨，闪电，雷鸣往往相互交错，一起降临。雨后，我们会感到空气格外新鲜，这是什么原因呢？原来在闪电时，发生了一场化学变化，空气中的氧气有些变成了臭氧。其次是经过了一场倾盆大雨，把空气中大部分的灰尘给冲掉了。
雷声是云中，或云对地，或地对云之间正负电荷间的放电作用时所产生的声音。放电时的电位差，往往达到每公尺几千到几万伏特，所以常常产生巨大的电火花，把空气中的氧气激发成臭氧。浓的臭氧是淡蓝色的，味道很臭，具有很强的氧化能力，还能够漂白与杀菌。稀薄的臭氧可一点也不臭。反而会给人清新的感觉。雷雨后，空气中就弥漫着少量的臭氧，能够净化空气，使空气清新。
＊ 闪电可以为人们服务吗？
提起闪电，人们大概立刻就会联想到那炫目的闪光和震耳的雷声。的确，许多年来，由于闪电对人畜和建筑物的危害，人们总是千方百计的善避雷设备，力求避免和闪电接触。
其实闪电对农业生产和人类的日常生活关系可大着呢！随着科学的发展，今天，利用闪电为人类服务的问题，已经被重视和研究。也许，再过不了多少年，我们也将如同广泛使用避雷针一样，可以设法用某种特殊设备，把天空的闪电，尽可能的多导引到地面上来应用呢！
闪电在发出闪光的瞬间，它的电力竟然比世界上最大，美国核子水力发电厂还要大上一百倍左右。如果利用这个电力来起重的话，足够把六七万公斤重的货物，举起一两公尺这么高。
不但这样，闪电还是一个不用人工的天然氮肥制造厂。根据计算，每打一次雷，大约总有一吨到两吨的氮化合物会随着雨滴落到地面。这当然会有效的增加土壤的肥沃度。这样的量，几乎相等于一个小型化工厂一天的产量。
除了这些以外，闪电还会使天空中有「臭氧」出现。这种气体具有大量吸收紫外线的功能，使人们不致因为阳光中过量的紫外线的照射而影响健康。
＊ 球形闪电
物理学上最有争议的一个问题是，球形闪电是否存在。很多人看到过球形闪电(约占总人口的5﹪)，并发表了不少有关它的报告。但是人们总是把它看成是传说中的东西，或者是非常明亮的闪电的视觉现象。据说球形闪电会像一个光球，安静的悬浮在空气中，或者在房间里到处跳动好几秒。它们不论什么类型的房间都进入过，甚至进入过飞机的座舱，也会出现在旷野。它们出现时大多是无声无息的，但它们消失时却会有爆炸声。它们能置人于死地，据说有的科学家在作雷电试验时被球形闪电击毙。世间真有情形闪电存在吗？它是否是一种幻觉？
球形闪电的成因现在仍在研究中，目前最可信的解释是：球形闪电是一个等离子球，它的能量是从外部电磁场取得的。雷电或这电荷会使空气，水蒸气或其他气体电离。这些电离了的气体能保持一团，因为它从总体来说是中性的。它能吸收自然界中无线电波的能量，这些无线电波是雷爆时在地面上或云层里产生的。在球的周围会形成驻波，球就能从它吸收能量。这种外部能源的存在是颇为可信的，否则球形闪电在长时间内保持一定的高度就很难解释了。内部能源连维持这种亮度几秒钟，是很不可思议的。
＊ 地震时的闪电
地震能引起闪电吗？有人认为晴空闪电是地震的先兆。这两种自然现象有什么联系？
地震时会产生闪电的原因还不清楚。最近有人认为，这一现象与压电场有关，这一压电场是地震波通过地表时所产生的(在压力作用下，有些材料会产生一个电场)。也许这些电场足够大，引起大气对地表放电。然而这种解释还缺少细节的说明和证明。
＊ 飞机遭雷击？
飞机在云层与云层之间，或起飞着陆时，都有可能遭到雷击。发生雷击的高度以五公里以下为最多。经统计喷射机平均每飞一万小时，就会遭遇一次雷击。
当分机遭遇雷击时，电流可能从雷云打到飞机头部，纵向流过机身外壳，最后从机尾凌空打到地上。也可能从其中一机翼打过另外一机翼，横向流过机身。
一般以金属类之导体围住的物体，其内部不受外部电场之影响，而闪电的电流频率极高，流至金属时，不会进入当中，仅在金属的表面流过。一般频率高的电流只会流过金属的表面，这种特性称为「表面效应」(skin effect)，故闪电只沿着飞机外壳流过，而不会进入机内对乘客造成伤害。但强电流所形成的磁场，对机上的电子或电气系统会有影响。
为了减少飞机被雷击的机会及危害，可采用许多从机身或机翼伸出的避雷针以放电。又采用良导体把机壳不良导体部分，加以连接或遮盖，以疏导电流。
＊ 汽车遭雷击？
金属是店的良导体，而汽车整体之大部分都是金属作成的。同时，有些金属是落在外面的，这么一来，雷落在汽车上并非不可思议了。但是却未发生过乘客因而死亡的事情。
这是为什么呢？事实上，雷并非不会落在汽车上，如果条件充分的话，雷也会落在车上的。汽车在街上行驶的话，因周围的建筑物很高，雷会落在高的建筑物，但是在周围没有高建筑物的原野或山上，汽车就很有可能遭雷击。
那么，遭雷击时，里面的乘客安全吗？高压且大量的电流打下来，不会使人触电死亡吗？
置于电场中的导体有如下之性质：
「以金属版或铁丝网等导体围成的容器置于电场内，容器之内部空间无电场。」
这种现象就叫做电屏(electric screening)。
依据导体这种性质，被金属板包围的汽车内部空间里，当雷击中时，并不形成电场。
因而，汽车即使遭到雷击，内部的电场为零，电流不流到内部而通过导体之表面传到地上去。而且，车体全体是相同电位，即使雷电达一百万伏特之高电位，车内的人仍是安全的。
＊ 打雷和暴雨
以许你会注意到，在打雷以后雨会下得特别大。暴雨与雷电有什么关系？或只是一种巧合？
有时候，水滴部分的被电场力保持在云朵里。打雷以后，这些电场消失了，这样就增加了下降的雨滴数量。如果电场重新加强，雨又会减小。
＊ 遭雷击而不死
有许多人直接或间接被雷击而不死。甚至有的人被雷击，停止呼吸20分钟后仍能完全恢复，他的大脑也没有因为雷击或缺氧而受到不可逆转的损害。有人猜想，这种休克能暂时减少脑部所需的氧气。当然，这些受雷击的人没有严重的烧伤，心脏也没有停止跳动。为什么会出现这种现象？
当电流通过人体时，人会因内脏受伤而死亡，但当人体潮湿时，电流可能不穿透他的身体，大部分只经过他潮湿的皮肤流向地面。这时呼吸和心跳可能中断。经过即时的人工呼吸抢救，人就能很快活过来。很多情况下，受难者不是被雷直接击中的，而是被雷电的一个分枝所击中或是被地上的电流所伤害。
当电流通过人体，所引起的后果大致如下：
1.1 ~ 3.5毫安：对电流有感觉，但无明显致病现象。
3.6 ~ 4.5毫安：不习惯的人有疼痛感觉。
6 ~ 7毫安：手臂有疼痛感，手臂肌肉轻微痉挛。
8 ~ 10 毫安：明显疼痛感，手臂肌肉痉挛性收缩，手难以摆脱电源。
11 ~ 12 毫安： 剧烈疼痛，手臂痉挛收缩，与电流接触的耐受时间不超过三十秒。
13 ~ 17 毫安：剧烈疼痛，不能自己松开手，不能抛开电极。
20 ~ 30 毫安：动脉血压升高，手不能摆脱电源，有时致死。
50 ~ 70 毫安：呼吸麻痹，心室纤颤。
90 ~ 100毫安：呼吸麻痹，心室纤颤后心室停搏。
心室纤颤会使血液循环停止，从而造成死亡。如果只受了一下短促的电击则还有救活的可能。流过触电者身上的电流强度主要是由皮肤的电阻决定，皮肤的干湿，人体的功能状态(如疲劳，受热，着凉，创伤等)，电流通路(流过心脏或脑最危险)都对电阻值有影响。湿皮肤的电阻约为1000欧姆，干皮肤的电阻约为500千欧姆。体内的组织和器官其电阻要小得多，约为100至500欧姆之间。触及的电压低，人体电阻值较大；电压高，则电阻值明显下降。
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后 记
这篇物理报告的灵感是来自翻阅期刊时偶然看到的一篇论文，不过这篇论文比较偏理论一点，所以当初看的时候半懂半不懂。后来又找到了几本有谈到闪电的物理书籍，但是里面又讲得太浅了，许多东西都简化掉了，所以我从期刊论文里面取了一些内容出来，经过简化之后，才成为真正解释一些问题的答案。
一直觉得闪电是很美丽，却又危险的东西。也曾在Discovery看过以闪电为主题的节目，里面有介绍专职的”闪电摄影师”，他们能使用探测电场的仪器来观察哪里有雷云，然后就冒着生命危险去拍摄，其实待在车内是最安全的，但是他们要到车外拿摄影机拍摄闪电，不过雷云移动的速度其实很快，所以他们常常要拍了就马上跑。也有介绍效法富兰克林，以小火箭将雷电导引到地面上来作研究的人，美国有时候不需要雷云，也不一定会下雨，还是可以诱发闪电产生。
还有模拟闪电打到汽车时的实验，他们用几百万伏特的电压击到一台车上，车内放置假人，假人身上装有探测电流的仪器。几百万伏特的电是相当惊人的！不仅发出耀眼的光芒，还有巨大的音爆声，但是实验证明，电流无论如何都不会流经人体，所以打雷时，待在车子里面是很安全的！
闪电的能量相当高，如果能拿来利用，想必又是一项天然的能源。但是事实上，闪电的发生相当难以预测及控制，现在连作实验研究，都得等待闪电出现的机会，所以虽然早从18世纪富兰克林导引闪电成功以来，即使花了许多时间研究，仍然没有有效利用闪电的方法，的确是相当可惜的。
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