技術常識
避雷針的故事

 

       1749年,波爾多科學院懸賞征求這樣一個問題的答案:“在電和雷之間有什么類似之處?”一個叫巴巴雷特的醫生在論文中宣稱:電跟雷是一回事。他的論文因此而中獎。

        然而,真正以科學實驗尋求答案的,卻是美國的富蘭克林。富蘭克林出生于北美東海岸的海港市波士頓。在他出生時,他的父親已經51歲了。在他前面已有了11個哥哥和姐姐。富蘭克林的父親原是英國的一個染匠,為逃避斯圖亞特王朝復辟時期的宗教迫害而遠涉重洋,來到北美,在波士頓開了一家小作坊,以制蠟燭和肥皂為業。

         富蘭克林自幼勤奮好學,他的父親曾極想讓他上大學,以便成為一個新教神學家。無奈家境太苦,所以富蘭克林只上了兩年公立小學和一年私立小學之后便停學了。停學后,富蘭克林曾先后在自家和他家的作坊學徒。后來又進了他大哥開的印刷所,一邊做工,一邊自學。

        富蘭克林17歲時離開波士頓,先后在紐約、費城等地流浪,后來又到了英國,不久又返回北美。在社會這所大學中,他把自己培養成了一名出色的社會活動家。

        1746年,40歲的富蘭克林開始全力投入電學研究。1749年,他進行了一些新的電學實驗。在一次實驗中,為了增大電容量,他把幾個萊頓瓶連接在一起。當時,他的妻子麗達正在一旁觀看他的實驗。她無意中碰到了萊頓瓶上的金屬桿,只見一團電火花一冒,并隨之傳出一聲怪響,麗達已應聲倒地。原來麗達受到了電擊。幸好當時的電容量不大,麗達躺了一個星期才慢慢好轉。

          這次使麗達差點送命的電擊實驗給富蘭克林很大啟示。他聯想到人們對雷電的兩種不同的觀念,決定從理論上探討雷電的實質。富蘭克林通過實驗,證明正負電荷在短路時發生的火花、響聲和雷電非常相似,他確信:雷電就是自然界的電。富蘭克林弄清了雷電的性質之后,就開始研究控制雷電、避免雷擊的辦法。當時,荷蘭萊頓大學一位叫馬森布洛克的教授做過一個試驗:在一個玻璃瓶里裝上水,用來儲存磨擦起電產生的電荷。試驗成功后,經過改進,在瓶的內外貼上金屬箔,正式叫做萊頓瓶。富蘭克林認為,既然萊頓瓶里的電可以引進引出,自然界的電也應該能通過導線從天上引下來。

          那么,怎樣才能把雷電從天上引下來呢?細心的富蘭克林觀察到,閃電和電火花都是瞬時發生的,而且光和聲都集中在物體的尖端。他由此想到,如果將帶尖的金屬桿裝在屋頂上,再用電線把金屬桿和地面相連,不就可以把空中的電引到地下來嗎?這樣就能避免高大建筑遭受雷擊。

         1752年6月,富蘭克林冒著生命危險,進行了著名的費城風箏試驗。這一天,狂風漫卷,陰云密布,一場暴風雨就要來臨了。富蘭克林和他的兒子威廉一道,帶著上面裝有一個金屬桿的風箏來到一個空曠地帶。富蘭克林高舉起風箏,他的兒子則拉著風箏線飛跑。由于風大,風箏很快就被放入高空。剎那,雷電交加,大雨傾盆。富蘭克林和他的兒子一道拉著風箏線躲進一個建筑物內。此時,剛好一道閃電從風箏上空掠過,富蘭克林的手上立即掠過一種恐怖的麻木感。他抑制不住內心的激動,大聲呼喊:“我被電擊了!我被電擊了!”隨即他用一串銅鑰匙與風箏線接觸,鑰匙上立即放射出一串電火花。隨后,他又將風箏線上的電引入萊頓瓶中。

         在進行風箏實驗之后的當年,富蘭克林就發明了避雷針。其辦法是:在建筑物的最高處立上一根2米至3米高的金屬桿,用金屬線使它和地面相連接,等到雷雨天氣,雷電馴服地沿著金屬線流向地下,建筑物就不會遭雷電了。

         富蘭克林為了推廣避雷針的使用,專門寫了《怎樣使房屋等免遭雷電的襲擊》的文章。文章發表后,美國的各個城市馬上就開始安裝避雷針。但這卻遭到教士們的反對,他們說雷電是上帝的震怒。也有人因缺乏電的知識對避雷針的使用持懷疑態度。有個叫普林斯的醫生發表看法說:“如果把雷電導入地里,那兒帶的電就會增加,就很可能發生地震。”“啊!”他叫道:“我們無法逃脫上帝的懲罰!如果我們逃脫了來自空中的懲罰,卻不能逃脫來自地上的懲罰……”避雷針在法國也受到了強烈反對。圣奧梅爾的居民對當地安裝了避雷裝置的人提出控告,他們害怕懲罰這種褻瀆行為。

        盡管有人反對,但避雷針還是普及開來了,因為事實證明,拒絕安裝避雷針的一些高大教堂在大雷雨中相繼遭受雷擊,而比教堂更高的建筑物由于裝上了避雷針而安然無恙。

        避雷針傳入英國后,英國人開始時廣泛采用了富蘭克林的尖頭避雷針。但美國的獨立戰爭爆發后,富蘭克林的尖頭避雷針在英國人眼中似乎成了將要誕生的美國的象征。據說當時英國的國王喬治三世出于反對美國革命的盛怒,曾下令把英國全部皇家建筑物上的避雷針的尖頭上統統裝上圓頭,以示與作為美國象征的尖頭避雷針勢不兩立。

        避雷針是早期電學研究中的第一項具有重大應用價值的技術成果,它不僅使人類免受“雷公”肆虐之苦,而且也使雷電和上帝脫離了關系。

 

 

安裝避雷針是否還會被雷擊

 

        “轟隆!”2009年3月21日,北京第一聲春雷炸響,東南部某小區高樓里的居民家中一片漆黑。正在看電視的張家老兩口嚇得驚惶失措,事后才得知,由于雷擊,家用電器損壞,導致停電。小區里的樓房都安裝了避雷針,為什么還會被雷擊呢?北京市避雷裝置安全檢測中心負責人宋海巖說,安裝避雷針的建筑物也不是百分之百的安全。大家應科學認識雷電,增強防護意識。

        避雷針不能百分百保護建筑物。中國科學院大氣物理研究所研究員、雷電專家郄秀書解釋說,“避雷針本身就是一個引雷針,它是由接閃器、引下線和接地體組成的。由于它比建筑物本身高一些,所以雷電一般先打到避雷針上,通過引下線跟地相連的導體,把雷電的大電流引到大地中去。但雷電繞過避雷針而打到建筑物上的繞擊現象還是會發生的。”此外,避雷針的保護作用是有選擇性的,只能對直擊雷起防范作用,對感應雷卻無能為力。

        北京市避雷裝置安全檢測中心宋海巖說,防雷系統包括外部防雷和內部防雷兩部分,外部防雷主要防護的是直接雷擊,它由避雷針、避雷帶、引下線、接地裝置等組成,主要為了保護建筑物免受直接雷擊或引起火災及人身安全事故。而內部防雷系統主要防護的是間接雷擊,它是通過屏蔽、等電位連接、安裝電涌保護器、合理布線來防止雷電感應和雷電波侵入,重點是保護設備和人身安全。不管哪個環節出現問題,都會有安全隱患。

        因此,雖然城市里建筑物頂端都有各式各樣的避雷針等避雷設備,但不應完全迷信它們的作用,因為目前人類還沒有完全掌握雷電的規律,不能確定雷電的行蹤。

 

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