電閃雷鳴的天氣中,，你是否曾經(jīng)思考過(guò)這樣一個(gè)問(wèn)題：為什么在雷暴天氣中,，各種樹(shù)木，尤其是處于空曠地的樹(shù)木總是容易遭到雷電擊中導(dǎo)致折斷或者起火,，而一些高層建筑物頻頻被雷電擊中卻能屹立不倒,、安然無(wú)恙？難道只是因?yàn)榻ㄖ锉葮?shù)木更結(jié)實(shí),？

要回答這一問(wèn)題,，就不得不提到我們生活中常見(jiàn)的一種“神器”——避雷針,。那么避雷針究竟是如何避雷的呢？是不是安裝了避雷針,，雷電就會(huì)避開(kāi)這棟建筑物呢,？我們接著往下看。

建筑物上的避雷針“引雷” | 圖源：https://

1

避雷針的工作原理

現(xiàn)在人們對(duì)避雷針作用原理有了清晰的認(rèn)識(shí),，避雷針通常由接地體,、接地引下線以及接閃器3部分組成。通常,，接閃器采用長(zhǎng)度為1-2米和直徑為15-20毫米的圓鋼或鋼管,，將其固定于支柱上端，經(jīng)接地引下線與接地體進(jìn)行連接,。

當(dāng)遇到雨雪天氣時(shí),，一些高層建筑可以感應(yīng)上帶電云層中的大量正電荷。當(dāng)雷云放電接近地面時(shí),，它就會(huì)使地面電場(chǎng)發(fā)生畸變,。在被雷電擊中的這一短暫的放電過(guò)程中, 巨大的電能瞬間轉(zhuǎn)化為光、熱等能量,，從而導(dǎo)致建筑物被破壞,。

避雷針工作原理 | 圖源：https://

由于避雷針頂部設(shè)計(jì)呈尖狀，當(dāng)靜電感應(yīng)避雷針針頭時(shí)就會(huì)聚集大量電荷,，避雷針與這些云層之間相當(dāng)于形成一個(gè)電容器,，與帶電云層形成通路，從而主動(dòng)吸引雷電向避雷針?lè)烹?/strong>,。

當(dāng)安裝比建筑物高的避雷針后,，在避雷針處由于尖端放電效應(yīng)導(dǎo)致場(chǎng)強(qiáng)特別大，僅僅會(huì)在帶電云層與避雷針間放電,，從而有效防止雷電對(duì)建筑物產(chǎn)生的破壞 ,。

2

避雷針的作用

通過(guò)以上簡(jiǎn)單的介紹，我們就可以知道避雷針真正的作用不是避雷,，而是引雷,。而建筑物安裝避雷針和相關(guān)防雷設(shè)施主要有以下兩個(gè)作用。

首先是防護(hù)直擊雷：它主要是避免雷電直接擊中建筑物,。比如一些高層建筑物,，必須安裝避雷針或者其他防雷設(shè)施，以減弱雷擊時(shí)產(chǎn)生巨大的電流沿建筑物泄入大地的過(guò)程,，減少對(duì)建筑物內(nèi)部空間造成的傷害,。

其次是防護(hù)感應(yīng)雷：感應(yīng)雷擊是雷擊產(chǎn)生的電磁感應(yīng)作用于建筑物的金屬物線，而發(fā)生破壞電子元器件的現(xiàn)象,，避雷針主要是保護(hù)家用電器及弱電設(shè)備,。此外,，安裝漏電保護(hù)器，也可起到保護(hù)家電作用,，同時(shí)務(wù)必做好防雷接地,。

假如雷擊發(fā)生在樓層的混凝土立柱上，電流有可能會(huì)沿著建筑物內(nèi)部金屬一直向大地傳導(dǎo),。

如果居住樓層沒(méi)有采取必要的防雷接地措施,，雷擊電流產(chǎn)生的能量就不能得到有效的釋放，那么它通過(guò)的樓層都會(huì)存在一定的危險(xiǎn)性,，直接或間接對(duì)建筑物或樓層的電氣系統(tǒng)造成一定程度的損害,。

因此，遇到雷雨天氣,，室內(nèi)家用電器一定要注意及時(shí)斷電,，這樣可以有效保護(hù)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

雷雨天家電注意斷電 | 圖源：搜狐

3

避雷針技術(shù)在古代早有應(yīng)用

值得一提的是中國(guó)古人在實(shí)踐中就已經(jīng)應(yīng)用到了避雷針技術(shù),。

唐代的《炙轂子》一書(shū)中曾記載：漢朝時(shí)柏梁殿遭到火災(zāi),，有人建議將一塊魚(yú)尾形狀的銅瓦放在屋頂，可以防止雷電所引起的天火,。這里提到的屋頂設(shè)置的魚(yú)尾形狀的金屬裝飾,，實(shí)際上就具有避雷的作用，可以認(rèn)為是現(xiàn)代避雷針的雛形,。

法國(guó)旅行家卡勃里歐別·戴馬甘蘭在1688年所著的《中國(guó)新事》一書(shū)中記載：中國(guó)屋脊頭尾兩端都有一個(gè)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)小的鐵絲直通地下,。

這種奇妙的裝置在發(fā)生雷電的時(shí)刻就能發(fā)揮避雷作用,，避免雷電擊毀建筑物；若雷電擊中了屋宇,，電流就會(huì)從龍的舌頭沿鐵絲導(dǎo)至地底下,，避免雷電直接擊毀建筑物。

這說(shuō)明,，中國(guó)古代建筑上的避雷裝置,，在原理上已經(jīng)和現(xiàn)代避雷針基本相似。

我國(guó)的很多古建筑歷經(jīng)滄桑卻屹立不倒,，很大一部分原因就在于這些古建筑上采用了避雷技術(shù),，比如古塔上的塔剎和古建筑上的飛檐。

古塔上的塔剎,，在雷電場(chǎng)中能夠產(chǎn)生較強(qiáng)的電暈電流，從而起到消雷避險(xiǎn)的作用,；而對(duì)于古代的普通建筑物,，在每一個(gè)檐角上都會(huì)放置銅制獸首飛檐或者銅瓦,，再通過(guò)銅線一直連接到地面，用來(lái)祈求平安,。

雖然古人不了解避雷針的原理,，但是仍不自覺(jué)地就利用了避雷針技術(shù)，這都是古人多年經(jīng)驗(yàn)的積累和智慧的結(jié)晶,。

中國(guó)古代建筑避雷措施：塔剎和飛檐

總之,，避雷針設(shè)計(jì)原理就是人為將雷云中的電荷引發(fā)到地面，從而避免雷云中的大規(guī)模放電對(duì)人身,、建筑物以及家電造成傷害與損失,。了解到避雷針的發(fā)明歷史、工作原理以及其防護(hù)作用后,，我們?cè)谏钪幸龊帽匾念A(yù)防舉措,，從而避免雷擊損失。

審核專家：占明錦

中國(guó)氣象科學(xué)研究院博士

來(lái)源：數(shù)字北京科學(xué)中心

編輯：Eric