有沒有想過，在雷電交加的天氣里，為什么雷雨天氣里各種樹，特別是空地上的樹，總是會被閃電折斷或著火？一些高層建筑經(jīng)常被閃電擊中，但能屹立不倒，安然無恙嗎？(威廉莎士比亞，歌劇，天堂)建筑物比木頭更堅(jiān)固嗎？

要回答這個問題，必須提到我們生活中常見的“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，雷電就會避開這棟建筑物呢？我們接著往下看。

建筑物上的避雷針“引雷” | 圖源：

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避雷針的工作原理

現(xiàn)在人們對避雷針作用原理有了清晰的認(rèn)識，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，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，它就會使地面電場發(fā)生畸變。在被雷電擊中的這一短暫的放電過程中, 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：

由于避雷針頂部設(shè)計呈尖狀，當(dāng)靜電感應(yīng)避雷針針頭時就會聚集大量電荷，避雷針與這些云層之間相當(dāng)于形成一個電容器，與帶電云層形成通路，從而主動吸引雷電向避雷針放電。

 

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)致場強(qiáng)特別大，僅僅會在帶電云層與避雷針間放電，從而有效防止雷電對建筑物產(chǎn)生的破壞 。

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避雷針的作用

通過以上簡單的介紹，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，以減弱雷擊時產(chǎn)生巨大的電流沿建筑物泄入大地的過程，減少對建筑物內(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，那么它通過的樓層都會存在一定的危險性，直接或間接對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斷電，這樣可以有效保護(hù)人們的生命財產(chǎn)安全。

雷雨天家電注意斷電 | 圖源：搜狐

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避雷針技術(shù)在古代早有應(yīng)用

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

唐代的《炙轂子》一書中曾記載：漢朝時柏梁殿遭到火災(zāi)，有人建議將一塊魚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。

法國旅行家卡勃里歐別·戴馬甘蘭在1688年所著的《中國新事》一書中記載：中國屋脊頭尾兩端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(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。

這說明，中國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，在雷電場中能夠產(chǎn)生較強(qiáng)的電暈電流，從而起到消雷避險的作用；而對于古代的普通建筑物，在每一個檐角上都會放置銅制獸首飛檐或者銅瓦，再通過銅線一直連接到地面，用來祈求平安。

雖然古人不了解避雷針的原理，但是仍不自覺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。

中國古代建筑避雷措施：塔剎和飛檐 | 圖源：視覺中國

總之，避雷針設(shè)計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，我們在生活中要做好必要的預(yù)防舉措，從而避免雷擊損失。

審核專家：占明錦

中國氣象科學(xué)研究院博士

來源：數(shù)字北京科學(xué)中心

編輯：Eric、yrLewis