技术常识
避雷针的故事

 

       1749年,波尔多科学院悬赏征求这样一个问题的答案:“在电和雷之间有什么类似之处?”一个叫巴巴雷特的医生在论文中宣称:电跟雷是一回事。他的论文因此而中奖。

        然而,真正以科学实验寻求答案的,却是美国的富兰克林。富兰克林出生于北美东海岸的海港市波士顿。在他出生时,他的父亲已经51岁了。在他前面已有了11个哥哥和姐姐。富兰克林的父亲原是英国的一个染匠,为逃避斯图亚特王朝复辟时期的宗教迫害而远涉重洋,来到北美,在波士顿开了一家小作坊,以制蜡烛和肥皂为业。

         富兰克林自幼勤奋好学,他的父亲曾极想让他上大学,以便成为一个新教神学家。无奈家境太苦,所以富兰克林只上了两年公立小学和一年私立小学之后便停学了。停学后,富兰克林曾先后在自家和他家的作坊学徒。后来又进了他大哥开的印刷所,一边做工,一边自学。

        富兰克林17岁时离开波士顿,先后在纽约、费城等地流浪,后来又到了英国,不久又返回北美。在社会这所大学中,他把自己培养成了一名出色的社会活动家。

        1746年,40岁的富兰克林开始全力投入电学研究。1749年,他进行了一些新的电学实验。在一次实验中,为了增大电容量,他把几个莱顿瓶连接在一起。当时,他的妻子丽达正在一旁观看他的实验。她无意中碰到了莱顿瓶上的金属杆,只见一团电火花一冒,并随之传出一声怪响,丽达已应声倒地。原来丽达受到了电击。幸好当时的电容量不大,丽达躺了一个星期才慢慢好转。

          这次使丽达差点送命的电击实验给富兰克林很大启示。他联想到人们对雷电的两种不同的观念,决定从理论上探讨雷电的实质。富兰克林通过实验,证明正负电荷在短路时发生的火花、响声和雷电非常相似,他确信:雷电就是自然界的电。富兰克林弄清了雷电的性质之后,就开始研究控制雷电、避免雷击的办法。当时,荷兰莱顿大学一位叫马森布洛克的教授做过一个试验:在一个玻璃瓶里装上水,用来储存磨擦起电产生的电荷。试验成功后,经过改进,在瓶的内外贴上金属箔,正式叫做莱顿瓶。富兰克林认为,既然莱顿瓶里的电可以引进引出,自然界的电也应该能通过导线从天上引下来。

          那么,怎样才能把雷电从天上引下来呢?细心的富兰克林观察到,闪电和电火花都是瞬时发生的,而且光和声都集中在物体的尖端。他由此想到,如果将带尖的金属杆装在屋顶上,再用电线把金属杆和地面相连,不就可以把空中的电引到地下来吗?这样就能避免高大建筑遭受雷击。

         1752年6月,富兰克林冒着生命危险,进行了著名的费城风筝试验。这一天,狂风漫卷,阴云密布,一场暴风雨就要来临了。富兰克林和他的儿子威廉一道,带着上面装有一个金属杆的风筝来到一个空旷地带。富兰克林高举起风筝,他的儿子则拉着风筝线飞跑。由于风大,风筝很快就被放入高空。刹那,雷电交加,大雨倾盆。富兰克林和他的儿子一道拉着风筝线躲进一个建筑物内。此时,刚好一道闪电从风筝上空掠过,富兰克林的手上立即掠过一种恐怖的麻木感。他抑制不住内心的激动,大声呼喊:“我被电击了!我被电击了!”随即他用一串铜钥匙与风筝线接触,钥匙上立即放射出一串电火花。随后,他又将风筝线上的电引入莱顿瓶中。

         在进行风筝实验之后的当年,富兰克林就发明了避雷针。其办法是:在建筑物的最高处立上一根2米至3米高的金属杆,用金属线使它和地面相连接,等到雷雨天气,雷电驯服地沿着金属线流向地下,建筑物就不会遭雷电了。

         富兰克林为了推广避雷针的使用,专门写了《怎样使房屋等免遭雷电的袭击》的文章。文章发表后,美国的各个城市马上就开始安装避雷针。但这却遭到教士们的反对,他们说雷电是上帝的震怒。也有人因缺乏电的知识对避雷针的使用持怀疑态度。有个叫普林斯的医生发表看法说:“如果把雷电导入地里,那儿带的电就会增加,就很可能发生地震。”“啊!”他叫道:“我们无法逃脱上帝的惩罚!如果我们逃脱了来自空中的惩罚,却不能逃脱来自地上的惩罚……”避雷针在法国也受到了强烈反对。圣奥梅尔的居民对当地安装了避雷装置的人提出控告,他们害怕惩罚这种亵渎行为。

        尽管有人反对,但避雷针还是普及开来了,因为事实证明,拒绝安装避雷针的一些高大教堂在大雷雨中相继遭受雷击,而比教堂更高的建筑物由于装上了避雷针而安然无恙。

        避雷针传入英国后,英国人开始时广泛采用了富兰克林的尖头避雷针。但美国的独立战争爆发后,富兰克林的尖头避雷针在英国人眼中似乎成了将要诞生的美国的象征。据说当时英国的国王乔治三世出于反对美国革命的盛怒,曾下令把英国全部皇家建筑物上的避雷针的尖头上统统装上圆头,以示与作为美国象征的尖头避雷针势不两立。

        避雷针是早期电学研究中的第一项具有重大应用价值的技术成果,它不仅使人类免受“雷公”肆虐之苦,而且也使雷电和上帝脱离了关系。

 

 

安装避雷针是否还会被雷击

 

        “轰隆!”2009年3月21日,北京第一声春雷炸响,东南部某小区高楼里的居民家中一片漆黑。正在看电视的张家老两口吓得惊惶失措,事后才得知,由于雷击,家用电器损坏,导致停电。小区里的楼房都安装了避雷针,为什么还会被雷击呢?北京市避雷装置安全检测中心负责人宋海岩说,安装避雷针的建筑物也不是百分之百的安全。大家应科学认识雷电,增强防护意识。

        避雷针不能百分百保护建筑物。中国科学院大气物理研究所研究员、雷电专家郄秀书解释说,“避雷针本身就是一个引雷针,它是由接闪器、引下线和接地体组成的。由于它比建筑物本身高一些,所以雷电一般先打到避雷针上,通过引下线跟地相连的导体,把雷电的大电流引到大地中去。但雷电绕过避雷针而打到建筑物上的绕击现象还是会发生的。”此外,避雷针的保护作用是有选择性的,只能对直击雷起防范作用,对感应雷却无能为力。

        北京市避雷装置安全检测中心宋海岩说,防雷系统包括外部防雷和内部防雷两部分,外部防雷主要防护的是直接雷击,它由避雷针、避雷带、引下线、接地装置等组成,主要为了保护建筑物免受直接雷击或引起火灾及人身安全事故。而内部防雷系统主要防护的是间接雷击,它是通过屏蔽、等电位连接、安装电涌保护器、合理布线来防止雷电感应和雷电波侵入,重点是保护设备和人身安全。不管哪个环节出现问题,都会有安全隐患。

        因此,虽然城市里建筑物顶端都有各式各样的避雷针等避雷设备,但不应完全迷信它们的作用,因为目前人类还没有完全掌握雷电的规律,不能确定雷电的行踪。

 

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避雷器,防雷器
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