雷電與避雷

范俊奇

一、雷電的產生

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

在復雜的天氣條件下，導致大氣層中的正負電荷分別在云的不同部位積聚，當電荷積聚到一定程度，就會在云與云之間或云與地之間發生放電，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難，尤其是近幾年來，雷電災害頻繁發生，對國民經濟造成的危害日趨嚴重。不僅表現在摧毀建筑，引起森林大火，造成人身傷亡，更重要的是引起微電子設備的失控或損壞，造成更嚴重的經濟損失。正是因為雷電這種自然災害會給人類帶來巨大的損失，自古至今人們都在想方設法控制雷電帶來的災害。

三、避雷針的發明

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，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。屋頂上所設置的魚尾開頭的瓦飾，實際上兼作避雷之用，可認為是現代避雷針的雛形。而在更早以前，中國已經有了避雷針，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，舌根連結一根細鐵絲，直通地下。”這種奇妙的裝置，在發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，在大批量和結構上已和現代避雷針基本相似。

現代避雷針是美國科學家富蘭克林發明的。富蘭克林認為閃電是一種放電現象。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線的風箏放飛進雷雨云中，在金屬線末端拴了一串銀鑰匙。當雷電發生時，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。

在成功地進行了捕捉雷電的風箏實驗之后，富蘭克林在研究閃電與人工摩擦產生的電的一致性時，就從兩者的類比中作出過這樣的推測：既然人工產生的電能被尖端吸收，那么閃電也能被尖端吸收，而風箏實驗的成功反過來又證實了他的推測。他由此設想，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。富蘭克林把一根數米長的細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，然后用一根導線與鐵棒底端連接，再將導線引入地下。富蘭克林把這種避雷裝置稱為避雷針。避雷針的發明是早期電學研究中的第一個有重大應用價值的技術成果。

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集中了異種電荷，電荷積聚到一定程度就會發生尖端放電，與云層所帶的電相中和，避免發生激烈的雷電。在陰暗潮濕的天氣，發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，就會產生強烈的放電，發生雷電。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。截閃器安裝在構架上并高于被保護物，用于攔截雷擊使之不落在避雷針保護范圍內的物體上，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。其材質和外形和過去相比有一定改進。主要對設施和建筑物進行防雷保護。適用于石化倉庫、廣播電視、加油站、建筑大樓、信標臺、通信基站、氣象臺、軍事基地、雷達機房、銀行大樓等。

2. 特殊避雷針

特殊避雷針是為特殊需要而設計的避雷針，如屏蔽式消磁避雷針可以消減電磁感應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、雷達基站、信標臺、通信基站、軍事基地、雷達機房、銀行大樓、天文氣象臺等重要場所。

3. 提前預放電避雷針

提前預放電避雷針是直擊雷避雷針的改進型。每當雷電發生前，激發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，形成尖端放電現象，從而產生一個早期的上升先導去引導，改變雷云的向下先導的走向，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。提前預放電避雷針避免了傳統避雷針的“繞擊”和“側擊”現象，有效地達到防雷害保安全的目的。

4. 塔式避雷針（避雷塔）

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

六、雷雨天氣的自我保護

避雷針安裝在建筑物和公共設施上，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”，可都是從血的教訓中總結出來的，要好好記住啊！

1. 應該留在室內，并關好門窗；在室外工作的人員應躲入建筑物內。 在室外，人有可能因成為“凸出物”而遭雷擊。不關門窗有可能受側擊雷、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。

3.切勿接觸天線、水管、鐵絲網、金屬門窗、建筑物外墻，遠離電線等帶電設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。手機電磁波是雷電很好的導體，電磁波在潮濕大氣中會形成一個導電性磁場，極易吸引剛形成的閃電雷擊。在雷雨天氣，在雷擊區打手機，手機無疑充當了避雷針的角色。

5.切勿游泳或從事其他水上運動，不宜進行戶外球類、攀爬、騎駕等運動，離開水面以及其他空曠場地，尋找有防雷設施的地方躲避 。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。

8.在曠野無法躲入有防雷設施的建筑物內時，應遠離樹木、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。

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。