一次落雷的能量，能供家裡用電多久？
― 誇張的不是量，而是速度
天空一片白光，隔了一拍，低沉的轟隆聲從腹部傳來。這麼驚人的氣勢，感覺應該夠全家用上好幾年的電。但實際計算後會發現，一次落雷能供應的電量，其實只有一般家庭大約一週份。即便如此，雷之所以危險，是因為它把這些能量壓縮進萬分之一秒裡釋放。
夏天傍晚，窗外突然暗了下來。過一會兒，四周被閃成一片雪白。
幾秒後，連地面都在震動的聲響傳來，讓人不自覺縮起肩膀。
這時候，很多人都想過「如果能把那股能量變成電，就不用付電費了吧」。這個直覺，其實只對了一半。
重點只有兩個
落雷的電壓約為1億伏特，電流約為3萬安培。兩者相乘，那一瞬間的功率高達約3兆瓦。就算把日本所有發電設備加起來，也比不上這個數字。
這股氣勢維持的時間，只有眨眼時間的千分之一左右。能量等於「功率×時間」，所以算出總量後，會意外地小。
這兩點其實是同一現象的兩面。接下來依序說明。
「氣勢」和「總量」是完全不同的東西
我們平常說「好驚人的能量」和「好驚人的氣勢」時，往往不太區分。但在科學上，這兩者是分得很清楚的。
氣勢指的是每秒使用多少，單位是瓦特（W）。總量則是把持續的秒數也算進去的合計，單位是焦耳（J）。
用洗澡水來比喻：氣勢是水龍頭轉開的強度，總量是最後積在浴缸裡的水量。就算水龍頭開得很細，只要整晚流著，浴缸也會滿溢。反過來說，就算是粗水管，只要開0.1秒就關上，也只能接到幾杯水。落雷正是屬於「粗水管只開一瞬間」這一類。請看圖1。
所以雷「該躲」而非「該收集」
從這個計算能得出一個有點意外的結論：把雷的能量收集起來當電用的構想，之所以一直無法實用化的原因。
一次能拿到的量，只有家庭一週份，本來就划不來。而且落雷地點與時刻無法選擇，傳來的電流又在萬分之一秒內一閃而過。要承受這股電流的裝置，強度必須比輸電網堅固好幾個數量級。
反過來說，這也正是危險所在。雖然總量不大，但因為集中在一瞬間釋放，經過的路徑會瞬間變成高溫。樹幹內的水分瞬間化為水蒸氣，把樹幹撐裂，正是這個緣故。
光幾乎瞬間就到達，但聲音每秒只能前進約340公尺。把數到的秒數乘以340，就能算出雷擊的大概距離。數到3秒，距離約1公里。
那麼，該怎麼做才好？
- 一聽到轟隆聲，立刻躲進建築物或車內避免躲在樹下，或空曠地方的正中央
- 不要靠近高樹、電線杆、金屬柵欄身旁的人若倒下，也不要立刻衝上前，先從安全地點撥打119通報
- 最後一次聽到雷聲後，仍要在室內等待約20分鐘就算看到放晴，也可能還有下一擊
雷有時會落在離雨雲中心數公里遠的地方。只要能聽到雷聲，就該視為已在可能落雷的範圍內。戶外壓低姿勢，只是無法避難時的最後手段，並不能保證安全。請以氣象資訊，以及消防、地方政府等指示為優先。
總結
雷的能量總量，大約是一般家庭一週份的用電量。誇張的不是量，而是把這些能量壓縮進萬分之一秒釋放的速度。要儲存起來使用，量太小；要待在旁邊，速度又太快。這就是雷這種現象的真面目。
雷之所以驚人，並不是因為它擁有的能量多。
而是它把這些能量，壓縮進比眨眼還短的時間裡釋放。
關於雷為什麼容易挑中樹木落下，請參閱打雷時，為什麼不能躲在樹下？；電力儲存的困難之處，則詳見為什麼電很難儲存起來？。
- 看家電上的標示，寫下3種家電的耗電瓦特數。吹風機、微波爐、照明燈具都很容易辨識。
- 回想每種家電一天大約用幾分鐘，把瓦特數乘上使用時間。數字大小的排名，有時會反轉過來。
- 打雷時，從安全的室內，數從閃光到雷聲之間的秒數。如果每次數到的秒數愈來愈少，代表雷雲正在靠近。
第3項請務必在室內進行，並稍微遠離窗戶和牆壁。
想了解更多 ― 用詞、公式與教科書的對應從國中理科到大學專業科目，都會明確標示程度
- 國中國中理科課程範圍
- 高中高中「物理基礎、物理」課程範圍
- 高中＋高中進階內容，或教科書專欄等級的內容
- 大學高中不會教、屬於大學專業科目（放電物理學、大氣電學）的內容
- 研究連大學都還不當作「定論」教授、目前研究者仍在探究中的內容
國中用詞：這個現象是有名字的
- 電力（功率）：每秒傳遞的能量大小，單位是瓦特（W）。相當於本文中的「氣勢」。
- 電功（電力量）：功率乘以時間的合計，單位是焦耳（J），或家庭常見的度（千瓦時，kWh）。
- 放電：累積的電荷，突破空氣等不易導電的介質，瞬間流動的現象。雷是其中規模最大的一種。
國中高中用算式確認：相當於家庭幾天份
一次落雷釋放的能量，會因條件不同而有很大差異。這裡用常被引用的代表數值來計算。
| 雷雲與地面之間的電壓 | 約為100000000伏特（1億伏特） |
| 流動的電流大小 | 約為30000安培（3萬安培） |
| 電流持續的時間 | 約為0.0001秒 |
| 家庭一天使用的電力量 | 約以10千瓦時（kWh）為基準 |
| 1千瓦時換算成焦耳 | 為3600000焦耳 |
| 瞬間功率（瓦特） | 100000000 × 30000 ＝ 3000000000000 |
| 釋放的能量（焦耳） | 3000000000000 × 0.0001 ＝ 300000000 |
| 換算成千瓦時 | 300000000 ÷ 3600000 ≒ 83 |
| 相當於家庭幾天份 | 83 ÷ 10 ≒ 8 |
3兆瓦的功率，超過日本全國發電設備總量的10倍以上。即便如此，總能量也只有83千瓦時，大約只是一般家庭8天份的用電量。換算成電費，大概只是數千日圓的水準。
| 伏特（V） | 電壓的單位，代表推動電流的力量大小 |
| 安培（A） | 電流的單位，代表每秒流動的電量 |
| 瓦特（W） | 功率的單位，由伏特乘以安培求得 |
| 焦耳（J） | 能量的單位，由瓦特乘以秒數求得 |
高中高中＋為什麼空氣會導電
高中空氣通常不導電。但當電壓變得非常高時，空氣分子中的電子會被剝離，形成導電的通路。這種狀態稱為電離。
高中＋實際的落雷過程中，會先有微弱的電流以每次數十公尺的間隔、一邊分岔一邊向地面延伸。地面這一側也會升起迎接的電流，兩者連上的瞬間，就會爆出那道明亮的閃光。肉眼看到的閃光，其實是由下往上竄升的那股電流。
大學能量究竟消失到哪裡去了
釋放出的能量中，以光的形式出現的估計不到一成。大部分能量用於把通路上的空氣瞬間加熱到數萬度，這股急遽膨脹會形成衝擊波，也就是我們聽到的雷聲。換句話說，雷鳴其實是能量散失時發出的聲音。流入地面的部分，則會在土壤中轉為熱能而擴散消失。
研究目前尚未完全釐清的部分
- 落雷究竟是如何開始的。 雲層中實際測得的電壓，往往比擊穿空氣所需的理論值小一個數量級，最初的觸發機制至今仍未有定論。
- 雲層內電荷如何分離。 已知冰晶與霰粒碰撞會使電荷分離，但這種分離方向為何會隨溫度與含水量而改變，目前仍無法完全解釋。
- 雷雲釋放的高能光線。 觀測發現雷雲會釋放出極強的光線，相關研究正持續推動人們重新檢視放電機制本身。
換句話說，本文內容也只是「目前已知範圍內」的說明。文中列出的數值，也請視為每次落雷差異極大之下的代表值。
與教科書的對應（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文段落 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科・電流與其作用 | 電力與電功的差異、圖1的讀法 |
| 高中 | 物理基礎・電與能量 | 把氣勢與總量分開計算的部分 |
| 高中＋ | 物理・氣體的電離 | 空氣變得導電的機制 |
| 大學 | 放電物理學・大氣電學 | 能量轉化為熱與衝擊波的過程 |
| 研究 | 大氣電學的未解問題 | 放電的起始機制，以及雲層內電荷分離 |
| ― | 與生活的連結 | 聽到雷聲就避難的判斷、家電瓦特數的讀法 |
- 日本氣象廳「關於伴隨雷擊的劇烈現象」
- 日本氣象廳「過去氣象資料查詢」
- 日本大氣電學會 編『大氣電學概論』（大気電気学概論，關於雷擊放電的電流波形及釋放能量的估算）
- Uman, M. A.『The Lightning Discharge』（探討放電過程與能量分配的標準教科書）
※本文為一般大眾的科學解說。文中數值僅為理解機制所用的參考估算值，每次落雷都會有很大差異。關於雷擊防範，請以氣象廳的發布資訊，以及消防、地方政府等指示為準。