豊田市周辺にお住まいの皆様、および武田塾生の皆様こんにちは！
逆転合格専門の予備校・個別指導塾の武田塾豊田校です！
さて今日は、雷についての話題です。
ただ雷について話すだけならブログにはしません。これは、私が調べていた時にあれ、これって高校物理要素ちょっと入ってないか？と思ったことから始まります。これはブログのネタになるぞ！と思ったわけです。とまあ下心満載なバックグラウンドですが、今日も元気にやっていきましょう！
そもそも雷とは？
改めてよく考えてみると、雷っていったい何者なんだ？という疑問にぶち当たります。
そう、音の440倍の速度であり、一億ボルトの電圧を持ち、一ギガジュールにも及ぶエネルギーの塊、雷です。
この文面からすでにあふれ出るロマンを感じますが、それはそれとして。
バチクソに強力な電気であることはわかるのですが、じゃあ例えば静電気とは何が違うの？とか、そこら辺の細かな疑問を解消していきましょう。
雷は静電気なの？
結論から言えば、雷も静電気です。
本来静電気とは電荷をもっているもの全般を指しますが、今回は一般的に使われている意味での静電気という意味で使っています。
つまり、雷も摩擦帯電による電荷なのです。
雲を構成する素となる水滴や小さな小さな氷の粒が雲の中のそこかしこでこすれあって電荷が生まれ、やがて雲全体が帯電していくのです。
じゃあ雷って？
雷とは巨大な放電です。
雷ができるほど電荷がたまって、なおかつ雲のキャパシティーを超えたときに「もう耐えられない！」と放電するわけです。
雷ができるには、それだけたくさんの静電気をつくるらなければならず、そのためにはたくさんの氷の粒が必要です（たくさん摩擦をするため）。
よって大きい雲でのみ雷は発生するということがわかります。
つまり雲が発達するとどんどん静電気が起こります。
そして発達した雲の中では、雲の上下で電荷が偏ります。
これは、雲の中で氷の粒どうしで摩擦帯電を起こしたときに、重いものが負に帯電し、軽いものが正に帯電するという性質によるものです（なぜそうなのかは分かっていません）。
そして、重いものは雲の下にたまり、軽いものは上昇気流に乗って上まで行きます。
そのため、雲は上下で電荷が偏るのです。
その偏った電荷を中和するために雲から地面に向かって放電したのが、落雷というわけです。
どうやったら雷が発生するの？
落雷のプロセスを細かく分けると、三つに分けられます。
①：進んでは止まりを繰り返しながら雲の下から地表に向かっていく小さな雷を出す（先駆放電、ステップトリーダ
ー）。
②：そのステップトリーダーが地表に近づくと、今度は地面からステップトリーダーの先端に向けて放電される（お迎
え放電）。
③：この二つが結びついたことにより放電の経路が出来上がり、地表から放電経路を通って雲に電気が流れる（リター
ンストローク、帰還雷撃とも呼ばれる）。
私たちが落雷と認識しているのは、このリターンストロークの部分です。
では何故、下から上に電流が流れるのでしょう？。
これは、言われてみれば簡単な話です。
電流が流れるにはある点とある点において電位差が必要です。
高いところから低いところに向かって、電流というのは流れていきます。
そしてこれが地表のほうが高く、雲のほうが低いから、雷が昇るのです。
先ほど雲の上下で電荷が偏っていて、雲の下のほうはマイナスの電荷がたまっていると言いましたね。
対して地面は、よく電磁気の問題で重要なポイントとなるアースと同じですので、電荷はたまりません。
常にゼロです。
ゼロとマイナスを比べたら相対的に地表のほうが正になるというカラクリなのです。
マイナスよりもゼロのほうが大きいのは当然ですね。
おまけ：避雷針はただの長ーい針じゃなかった！
避雷針のイメージとして定着している細長い針状の避雷針は、フランクリンロッドと呼ばれるものです。
アメリカの発明家ベンジャミン・フランクリンが1750年ごろに発明した世界で最初の避雷針であり、その仕組みは現在でもそのまま引き継がれています。。
誰もが一度は聞いたことがあると思います。
というか絶対見たことあるでしょう。マンションを見上げれば大抵ついてます。
実はこれ、ただの針じゃないんです。
私は今まで、避雷針は金属に雷が落ちやすいという性質を使っているのかと思っていました。
雷が落ちそうになったらシルバーアクセサリーは外しなさいとか、たまに聞きますよね。
ですが、実際は違いました。
フランクリンロッドの避雷針は、落雷の前に先駆放電が発生する雷のメカニズムを利用しています。
そう、先ほどお話ししたアレです。
針状の金属棒の先端からお迎え放電を放出することで、先駆放電との間に落雷の経路を作るようにしています。このようにして、地表の一定範囲に落ちる雷を避雷針に集めているのです。
そしてそれを、地面までつないだ導線で大地にいなします。アースですね。
これを知ったときかなりの衝撃が走りました。
今までの常識が崩れる音が聞こえました。
多分皆さんもそうだと思います。
これは友達に自慢するイキリポイントですね！
ちなみに、フランクリンロッドの性能をさらに高めたESE避雷針（早期ストリーマ放出避雷針）というものも存在します。
ESE避雷針では地中にあるプラス電荷を溜めてより早くお迎え放電を放ち、フランクリンロッドよりも広い範囲の落雷を補足できるようにしています。
さらに、そもそも落雷を発生させないようにする避雷針もあるそうです。
気になる人は今すぐ避雷針でググってみよう！
まとめ
改めて調べてみると、実際は下から上に電流が流れていたり、避雷針はただの針ではなかったりと、新しい発見ばかりでしたね。
避雷針は完全におまけですが、落雷のメカニズムは、電磁気分野につながる部分が少しはあったのではないかと思います。
下手に理論をちょっぴりかじってしまったが故に、漫画に出てくる雷属性のキャラクターを純粋に楽しめなくなってしまった感はありますが、そこはそれ。
そんなこと言ったらピカチ〇ウは相手との電位差をつけるところから始めなきゃいけません。
ステップトリーダーを確実に敵に当てるには相当な訓練が必要でしょう。
まあそれはおいといて、ちょうど最近梅雨入りしましたし、ぜひ雷を見かけたらこの話を思い出してみてください！
出典：進化している避雷針！落雷から守る仕組みと最新の避雷針について｜DAIKO＋
https://www.daikodenshi.jp/daiko-plus/infrastracture/lightning-rod/#i
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