避雷針漫談

潘傳盛

前不久，家住農(nóng)村的一位朋友打電話給我，他準(zhǔn)備將正在建設(shè)的三層小別墅墻體內(nèi)的鋼筋頭向上伸出一兩米，當(dāng)作避雷針使用，問這樣做是否合適。聽到這里，我真是喜憂參半。喜的是，當(dāng)今人們已經(jīng)提高了防雷認(rèn)識，能主動地防止雷電帶來的損失。憂的是，對雷電的認(rèn)識還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，以為只需要有導(dǎo)體伸出來，另一部分接地就行了。朋友還算是精明人，知道先打電話向我咨詢。如果有人莽撞地像他那樣，將墻體內(nèi)的鋼筋做避雷針的引線使用，豈不“引火燒身”？這也難怪，中學(xué)物理課本上，提到的避雷針就是一根高于被保護(hù)物的尖頭金屬棒，通過導(dǎo)線連入大地。這就有可能導(dǎo)致人們產(chǎn)生誤解。那么，實際使用的避雷針應(yīng)該是怎樣的呢？本文進(jìn)行簡單的探討。

一、雷電產(chǎn)生的原因

我們知道，一到夏季，空氣中的水蒸氣含量增多，有利于生成云團(tuán)。此時的云團(tuán)非常不穩(wěn)定，經(jīng)常會產(chǎn)生垂直方向的強(qiáng)對流。當(dāng)攜帶有大量水蒸氣的云團(tuán)在做上下劇烈運動時，就會相互摩擦而使云團(tuán)帶電，一般云團(tuán)中較小較輕的冰晶容易帶正電而升到云團(tuán)的上方，較大較重的雨滴帶負(fù)電而處于云團(tuán)的下方。于是云團(tuán)就成為一個電荷分布不均勻的帶電體，當(dāng)電荷在云層的不同部位積聚到一定程度時，不同部位強(qiáng)大的電壓就會將云層間空氣擊穿電離，產(chǎn)生放電現(xiàn)象。這時流經(jīng)被電離的空氣的電流達(dá)到幾萬到幾十萬安培，由焦耳定律可知，強(qiáng)大的電流使空氣的溫度達(dá)到20000℃以上。同時，“閃電”的高溫使附近的空氣急劇膨脹，產(chǎn)生振動，發(fā)出人耳能聽到的“雷聲”。這就是我們觀察到的“雷電現(xiàn)象”。如果帶電云團(tuán)離地面較近，靠近地面強(qiáng)大的負(fù)電荷會在地面凸出物、金屬的表面上感應(yīng)出大量的正電荷，一旦強(qiáng)度足夠大，立即產(chǎn)生放電現(xiàn)象，形成對地的“落地雷”。這種雷電對建筑物、電氣設(shè)備的破壞性極大，甚至?xí)θ诵蟮纳?/p>

二、避雷針的工作原理

在雷雨天氣，地面上空出現(xiàn)帶電的云團(tuán)時，地面物體的表面都會感應(yīng)出大量的電荷。由靜電感應(yīng)的原理，凸出物體的表面或尖狀物體的表面總會分布更多的電荷，就會與云層之間形成更高的電壓，更容易使其間的空氣擊穿而放電。這就是物理學(xué)中的“尖端放電”現(xiàn)象。假定我們在樓房頂部，人為地安裝一根頂部尖端，底部又接地的金屬棒，帶電云團(tuán)就會在其尖端感應(yīng)出大量的負(fù)電荷，云團(tuán)與金屬棒尖端的空氣就容易被擊穿，成為電荷泄放到大地的通道。當(dāng)云團(tuán)中的電荷減少后，就對建筑物失去了威脅，從而保護(hù)了建筑物的安全，避免了雷電造成的危害。這就是人們常說的“避雷針”。從原理上看，“避雷針”準(zhǔn)確地說，應(yīng)該叫做“引雷針”。因為它能將云團(tuán)中的電荷引向自己，流向大地。不難發(fā)現(xiàn)，萬一避雷針接觸不良，就會產(chǎn)生不堪設(shè)想的嚴(yán)重后果。也就是說，避雷針要達(dá)到“避雷”效果，必須滿足的兩個條件：一是自身的導(dǎo)電性能良好，二是必須接地良好。

三、避雷針的發(fā)展

一提到避雷針，人們馬上就會想到偉大的富蘭克林。1752年6月，富蘭克林冒著生命危險，在雷雨中做實驗，弄清了雷電的電學(xué)本質(zhì)，于1760年，在費城安裝了第一根避雷針。從此，避雷針在全世界廣為流傳。其實，在我國古代，早就有關(guān)于使用避雷針的記載。唐文宗開成三年（公元838年），日本和尚園仁來華學(xué)佛時，在《入唐求法巡禮行記》中記載，武則天為了鎮(zhèn)五臺山上的毒龍（古時認(rèn)為雷電為龍所為），在山頂龍池附近建鎮(zhèn)龍鐵塔。這大概就是中國古代有記載的最早的避雷針。近年來防雷技術(shù)飛速發(fā)展，各種專業(yè)廠家生產(chǎn)的避雷器層出不窮，使移動通訊的基站，電視發(fā)射塔，無線通訊裝置等，得到保護(hù)的效果越來越好。

四、簡易避雷針的制作與安裝

簡易避雷針一定要用直徑大于20mm的鍍鋅鋼管做。安裝在屋面時，至少要高于屋面1-2m，并垂直固定在屋面上。引線可用直徑8mm的鋼筋焊接在鋼管上，焊接長度不能低于100 mm，這樣才能保證有效的通電面積，減小電阻。引線沿墻引至地下時，離墻面的距離應(yīng)在50mm以上，不能直接固定在墻上。埋在地下部分以厚度不低于5mm，長度不低于1m的扁鋼為好，并且與引線的焊接長度也應(yīng)在100mm以上，要求處理好焊點，并在焊點處涂上防銹漆，埋入土中的深度也應(yīng)在1 m以上。如果土中太干燥，或砂石多，還要加上一定量的食用鹽，（一般1—2Kg），以增大土壤的導(dǎo)電能力。倘若樓頂面積太大，針尖的高度也要加長。有時需在屋頂?shù)闹車@上一圈鋼筋，做防雷帶使用，再接到避雷針的引線上，效果更好。這種裝置只能防止“直擊雷”，對于那種使家用電器破壞較大的“感應(yīng)雷”，必須在線路的入線口角鐵上，加裝接地線。

總之，在提高認(rèn)識的基礎(chǔ)上，采取有效的措施，就能使我們的生活更加和諧和美好。