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避雷針是什么原理?

2018-10-13 20:16:32 來源:國外網站推薦 - 由[國外網站大全]整理

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。

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,舌根連結一根細的鐵絲,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,電流就會從龍舌沿眼睛行至地底,避免雷電擊毀建筑物。這說明,中國古代建筑上的如雷裝置,在大批量和結構上已和現代避雷針基本相似。

避雷針是什么原理?

現代避雷針是富蘭克林發明的

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銅鑰匙。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,他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。他由此設計了風箏實驗,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。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。經過試用,果然能起避雷的作用。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。

避雷針曾被教會視為不祥之物

避雷針在最初發明與推廣應用時,教會曾把它視為不祥之物,說是裝上了富蘭克林的這種東西,不但不能避雷,反而會引起上帝的震怒而遭到雷擊,但是,在費城等地,拒絕安置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已裝上避雷針,在大雷雨中卻安然無恙。

由于避雷針已在費城等地初顯神威,它立即傳到北美各地,隨后又傳入歐洲。

避雷針傳入法國后,法國皇家科學院院長諾雷等人開始反對使用避雷針,后來又認為圓頭避雷針比富蘭克林的尖頭避雷針好。但法國人仍然選用富蘭克林的尖頭避雷針。據說當時的法國人把富蘭克林看作是蘇格拉底的化身。富蘭克林成了人們崇拜的偶像。他的肖像被人們珍藏在枕頭下面,而仿照避雷針式樣的尖頂帽成了1778年巴黎最摩登的帽子。

避雷針傳入英國后,英國人也曾廣泛采用了富蘭克林的尖頭避雷針。但美國獨立戰爭爆發后,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。據說英國當時的國王喬治二世出于反對美國革命的盛怒,曾下令把英國全部后家建筑物上的避雷針的尖頭統統換成圓頭,以示與作為美國象征的尖頭避雷針勢不兩立,這真是避雷針應用史上一件有趣的事情。

雷電現象的產生

雷電現象,就是空中云層積累的電荷達到頗大數量時,它與附近的帶電云層或物體間產生很大的電勢差,形成很強的電場,兩部分異性電荷突破周圍空氣的阻礙去中和,發生強烈放電,這時在電通過的路徑上發出聲和光,就是雷電。

雷電通常發生在不同的云塊之間,或云的下部與地面物之間。我們要避免的只是云和地或地上物之間的雷電。如果這塊云的上部帶正電,下部帶負電,則地面上感應出來的電是正電,此時地面上的凸出物(房屋、樹或人體)就有可能與云中電荷發生放電現象,遭到雷擊的災禍。

避雷針的工作原理

在雷雨天氣,高樓上空出現帶電云層時,避雷針和高樓頂部都被感應上大量電荷。由于避雷針針頭是尖的,而靜電感應時,導體尖端總是聚集了最多的電荷。

這樣,避雷針就聚集了大部分電荷.避雷針又與這些帶電云層形成了一個電容器,由于它較尖,即這個電容器的兩極板正對面積很小,電容也就很小,也就是說它所能容納的電荷很少,而它又聚集了大部分電荷。所以,當云層上電荷較多時,避雷針與云層之間的空氣就很容易被擊穿,成為導體。這樣帶電云層與避雷針形成通路,而避雷針又是接地的。避雷針就可以把云層上的電荷導入大地,使其不對高層建筑構成危險,保證了它的安全。


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