雷電與避雷

范俊奇

一、雷電的產(chǎn)生

雷電多發(fā)于陰雨天氣。人們通常把發(fā)生閃電的云稱為雷雨云。其實有幾種云都與閃電有關(guān)，如層積云、雨層云、積云、積雨云。最重要的則是積雨云，一般專業(yè)書中講的雷雨云就是指積雨云。

在復(fù)雜的天氣條件下，導(dǎo)致大氣層中的正負(fù)電荷分別在云的不同部位積聚，當(dāng)電荷積聚到一定程度，就會在云與云之間或云與地之間發(fā)生放電，也就是人們平常所說的閃電或雷。

二、雷電的危害

雷電以其巨大的破壞力給人類社會帶來了許多的災(zāi)難，尤其是近幾年來，雷電災(zāi)害頻繁發(fā)生，對國民經(jīng)濟(jì)造成的危害日趨嚴(yán)重。不僅表現(xiàn)在摧毀建筑，引起森林大火，造成人身傷亡，更重要的是引起微電子設(shè)備的失控或損壞，造成更嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。正是因為雷電這種自然災(zāi)害會給人類帶來巨大的損失，自古至今人們都在想方設(shè)法控制雷電帶來的災(zāi)害。

三、避雷針的發(fā)明

唐代《炙轂子》一書記載了這樣一件事：漢朝時柏梁殿遭到火災(zāi)，一位巫師建議，將一塊魚尾形狀的銅瓦放在層頂上，就可以防止雷電所引起的天火。屋頂上所設(shè)置的魚尾開頭的瓦飾，實際上兼作避雷之用，可認(rèn)為是現(xiàn)代避雷針的雛形。而在更早以前，中國已經(jīng)有了避雷針，一般以龍頭為裝飾，龍嘴里有避雷針頭。

法國旅行家卡勃里歐別·戴馬甘蘭1688年所著的《中國新事》一書中記有：“中國屋脊兩頭，都有一個仰起的龍頭，龍口吐出曲折的金屬舌頭，伸向天空，舌根連結(jié)一根細(xì)鐵絲，直通地下?！边@種奇妙的裝置，在發(fā)生雷電的時刻就大顯神通，若雷電擊中了屋宇，電流就會從龍舌沿線行至地底，避免雷電擊毀建筑物。這說明，中國古代建筑上的避雷裝置，在大批量和結(jié)構(gòu)上已和現(xiàn)代避雷針基本相似。

現(xiàn)代避雷針是美國科學(xué)家富蘭克林發(fā)明的。富蘭克林認(rèn)為閃電是一種放電現(xiàn)象。為了證明這一點，他在1752年7月的一個雷雨天，冒著被雷擊的危險，將一個系著長長金屬導(dǎo)線的風(fēng)箏放飛進(jìn)雷雨云中，在金屬線末端拴了一串銀鑰匙。當(dāng)雷電發(fā)生時，富蘭克林手接近鑰匙，鑰匙上迸出一串電火花。手上還有麻木感。幸虧這次傳下來的閃電比較弱，富蘭克林沒有受傷。

在成功地進(jìn)行了捕捉雷電的風(fēng)箏實驗之后，富蘭克林在研究閃電與人工摩擦產(chǎn)生的電的一致性時，就從兩者的類比中作出過這樣的推測：既然人工產(chǎn)生的電能被尖端吸收，那么閃電也能被尖端吸收，而風(fēng)箏實驗的成功反過來又證實了他的推測。他由此設(shè)想，若能在高物上安置一種尖端裝置，就有可能把雷電引入地下。富蘭克林把一根數(shù)米長的細(xì)鐵棒固定在高大建筑物的頂端，在鐵棒與建筑物之間用絕緣體隔開，然后用一根導(dǎo)線與鐵棒底端連接，再將導(dǎo)線引入地下。富蘭克林把這種避雷裝置稱為避雷針。避雷針的發(fā)明是早期電學(xué)研究中的第一個有重大應(yīng)用價值的技術(shù)成果。

四、避雷針的原理

避雷針有兩種避雷情況。

1.在帶電的雷雨云的作用下，避雷針的尖端因靜電感應(yīng)集中了異種電荷，電荷積聚到一定程度就會發(fā)生尖端放電，與云層所帶的電相中和，避免發(fā)生激烈的雷電。在陰暗潮濕的天氣，發(fā)生雷電前有時可以看到避雷針周圍的電暈，并聽到咝咝的放電聲，那就是避雷針和云層之間的尖端放電所產(chǎn)生的。

2.如果云中積電很快，或一塊帶有大量電荷的云突然飛來，有時來不及放電中和，就會產(chǎn)生強(qiáng)烈的放電，發(fā)生雷電。但這時由于避雷針高過周圍物體，它的尖端又集中了與云中電荷極性相反的電荷，如果雷電是在云和地面物體之間發(fā)生，放電電流主要通過避雷針流入大地。避雷針的尖端放電作用會減少地面物體與云之間直接放電的可能性，它自己就承擔(dān)了雷的打擊，而房屋與人則得到了安全。

五、避雷針的種類

避雷針根據(jù)需要有不同的類型，但總體都可分為截閃器、引下線和接地裝置三部分。截閃器安裝在構(gòu)架上并高于被保護(hù)物，用于攔截雷擊使之不落在避雷針保護(hù)范圍內(nèi)的物體上，通過引下線和接地裝置將雷電流釋放到地中。

1. 直擊避雷針

直擊避雷針是最普通的一種類型。其材質(zhì)和外形和過去相比有一定改進(jìn)。主要對設(shè)施和建筑物進(jìn)行防雷保護(hù)。適用于石化倉庫、廣播電視、加油站、建筑大樓、信標(biāo)臺、通信基站、氣象臺、軍事基地、雷達(dá)機(jī)房、銀行大樓等。

2. 特殊避雷針

特殊避雷針是為特殊需要而設(shè)計的避雷針，如屏蔽式消磁避雷針可以消減電磁感應(yīng)和地電位反擊帶來的破壞。特殊避雷針適用于較高的建筑大樓、微波通訊站、雷達(dá)基站、信標(biāo)臺、通信基站、軍事基地、雷達(dá)機(jī)房、銀行大樓、天文氣象臺等重要場所。

3. 提前預(yù)放電避雷針

提前預(yù)放電避雷針是直擊雷避雷針的改進(jìn)型。每當(dāng)雷電發(fā)生前，激發(fā)器與避雷針針尖之間的電壓迅速增加會造成尖端打火，并使尖端周圍的空氣離子化，形成尖端放電現(xiàn)象，從而產(chǎn)生一個早期的上升先導(dǎo)去引導(dǎo)，改變雷云的向下先導(dǎo)的走向，將落雷點精確地引到避雷針自身上來并迅速、安全地將雷電流泄放到大地。提前預(yù)放電避雷針避免了傳統(tǒng)避雷針的“繞擊”和“側(cè)擊”現(xiàn)象，有效地達(dá)到防雷害保安全的目的。

4. 塔式避雷針（避雷塔）

由于避雷針根據(jù)保護(hù)范圍的要求，需要一定的安裝高度，在高層建筑較少而需要保護(hù)面積又較大的地方就要建避雷針?biāo)?，也就是塔式避雷針（避雷塔）。如油庫、車站、變電站等?/p>

六、雷雨天氣的自我保護(hù)

避雷針安裝在建筑物和公共設(shè)施上，在生活中的自然人該怎樣防雷呢？下面的個人防雷擊十大“秘訣”，可都是從血的教訓(xùn)中總結(jié)出來的，要好好記住?。?/p>

1. 應(yīng)該留在室內(nèi)，并關(guān)好門窗；在室外工作的人員應(yīng)躲入建筑物內(nèi)。 在室外，人有可能因成為“凸出物”而遭雷擊。不關(guān)門窗有可能受側(cè)擊雷、球雷襲擊。

2.不宜使用無防雷措施或防雷措施不足的電視、音響等電器，不宜使用水龍頭。因為雷電波會沿架空電線、電話線侵入室內(nèi)。

3.切勿接觸天線、水管、鐵絲網(wǎng)、金屬門窗、建筑物外墻，遠(yuǎn)離電線等帶電設(shè)備或其他類似金屬裝置。因為電視天線、電線等金屬物可能成為雷擊的對象而帶來危害。

4.避免使用電話和無線電話。手機(jī)電磁波是雷電很好的導(dǎo)體，電磁波在潮濕大氣中會形成一個導(dǎo)電性磁場，極易吸引剛形成的閃電雷擊。在雷雨天氣，在雷擊區(qū)打手機(jī)，手機(jī)無疑充當(dāng)了避雷針的角色。

5.切勿游泳或從事其他水上運(yùn)動，不宜進(jìn)行戶外球類、攀爬、騎駕等運(yùn)動，離開水面以及其他空曠場地，尋找有防雷設(shè)施的地方躲避 。在這些地方，人就成了“凸出物”，易遭雷擊。

6.切勿站立于山頂、樓頂或其他凸出物體上，切勿近導(dǎo)電性高的物體。

7.切勿處理開口容器盛載的易燃物品，以防因雷電引起火災(zāi)。

8.在曠野無法躲入有防雷設(shè)施的建筑物內(nèi)時，應(yīng)遠(yuǎn)離樹木、電線桿、桅桿等尖聳物體。這些“凸出物”可都是易遭雷擊的目標(biāo)。

9.在空曠場地不宜打傘，不宜把羽毛球拍、高爾夫球棍等工具物品扛在肩上。金屬物是良導(dǎo)體，曠野上易引雷上身。

10.不宜駕駛、騎行車輛趕路。車輛和騎車的人較為“凸出”，易遭雷擊。