雷电与避雷

范俊奇

一、雷电的产生

雷电多发于阴雨天气。人们通常把发生闪电的云称为雷雨云。其实有几种云都与闪电有关，如层积云、雨层云、积云、积雨云。最重要的则是积雨云，一般专业书中讲的雷雨云就是指积雨云。

在复杂的天气条件下，导致大气层中的正负电荷分别在云的不同部位积聚，当电荷积聚到一定程度，就会在云与云之间或云与地之间发生放电，也就是人们平常所说的闪电或雷。

二、雷电的危害

雷电以其巨大的破坏力给人类社会带来了许多的灾难，尤其是近几年来，雷电灾害频繁发生，对国民经济造成的危害日趋严重。不仅表现在摧毁建筑，引起森林大火，造成人身伤亡，更重要的是引起微电子设备的失控或损坏，造成更严重的经济损失。正是因为雷电这种自然灾害会给人类带来巨大的损失，自古至今人们都在想方设法控制雷电带来的灾害。

三、避雷针的发明

唐代《炙毂子》一书记载了这样一件事：汉朝时柏梁殿遭到火灾，一位巫师建议，将一块鱼尾形状的铜瓦放在层顶上，就可以防止雷电所引起的天火。屋顶上所设置的鱼尾开头的瓦饰，实际上兼作避雷之用，可认为是现代避雷针的雏形。而在更早以前，中国已经有了避雷针，一般以龙头为装饰，龙嘴里有避雷针头。

法国旅行家卡勃里欧别·戴马甘兰1688年所著的《中国新事》一书中记有：“中国屋脊两头，都有一个仰起的龙头，龙口吐出曲折的金属舌头，伸向天空，舌根连结一根细铁丝，直通地下。”这种奇妙的装置，在发生雷电的时刻就大显神通，若雷电击中了屋宇，电流就会从龙舌沿线行至地底，避免雷电击毁建筑物。这说明，中国古代建筑上的避雷装置，在大批量和结构上已和现代避雷针基本相似。

现代避雷针是美国科学家富兰克林发明的。富兰克林认为闪电是一种放电现象。为了证明这一点，他在1752年7月的一个雷雨天，冒着被雷击的危险，将一个系着长长金属导线的风筝放飞进雷雨云中，在金属线末端拴了一串银钥匙。当雷电发生时，富兰克林手接近钥匙，钥匙上迸出一串电火花。手上还有麻木感。幸亏这次传下来的闪电比较弱，富兰克林没有受伤。

在成功地进行了捕捉雷电的风筝实验之后，富兰克林在研究闪电与人工摩擦产生的电的一致性时，就从两者的类比中作出过这样的推测：既然人工产生的电能被尖端吸收，那么闪电也能被尖端吸收，而风筝实验的成功反过来又证实了他的推测。他由此设想，若能在高物上安置一种尖端装置，就有可能把雷电引入地下。富兰克林把一根数米长的细铁棒固定在高大建筑物的顶端，在铁棒与建筑物之间用绝缘体隔开，然后用一根导线与铁棒底端连接，再将导线引入地下。富兰克林把这种避雷装置称为避雷针。避雷针的发明是早期电学研究中的第一个有重大应用价值的技术成果。

四、避雷针的原理

避雷针有两种避雷情况。

1.在带电的雷雨云的作用下，避雷针的尖端因静电感应集中了异种电荷，电荷积聚到一定程度就会发生尖端放电，与云层所带的电相中和，避免发生激烈的雷电。在阴暗潮湿的天气，发生雷电前有时可以看到避雷针周围的电晕，并听到咝咝的放电声，那就是避雷针和云层之间的尖端放电所产生的。

2.如果云中积电很快，或一块带有大量电荷的云突然飞来，有时来不及放电中和，就会产生强烈的放电，发生雷电。但这时由于避雷针高过周围物体，它的尖端又集中了与云中电荷极性相反的电荷，如果雷电是在云和地面物体之间发生，放电电流主要通过避雷针流入大地。避雷针的尖端放电作用会减少地面物体与云之间直接放电的可能性，它自己就承担了雷的打击，而房屋与人则得到了安全。

五、避雷针的种类

避雷针根据需要有不同的类型，但总体都可分为截闪器、引下线和接地装置三部分。截闪器安装在构架上并高于被保护物，用于拦截雷击使之不落在避雷针保护范围内的物体上，通过引下线和接地装置将雷电流释放到地中。

1. 直击避雷针

直击避雷针是最普通的一种类型。其材质和外形和过去相比有一定改进。主要对设施和建筑物进行防雷保护。适用于石化仓库、广播电视、加油站、建筑大楼、信标台、通信基站、气象台、军事基地、雷达机房、银行大楼等。

2. 特殊避雷针

特殊避雷针是为特殊需要而设计的避雷针，如屏蔽式消磁避雷针可以消减电磁感应和地电位反击带来的破坏。特殊避雷针适用于较高的建筑大楼、微波通讯站、雷达基站、信标台、通信基站、军事基地、雷达机房、银行大楼、天文气象台等重要场所。

3. 提前预放电避雷针

提前预放电避雷针是直击雷避雷针的改进型。每当雷电发生前，激发器与避雷针针尖之间的电压迅速增加会造成尖端打火，并使尖端周围的空气离子化，形成尖端放电现象，从而产生一个早期的上升先导去引导，改变雷云的向下先导的走向，将落雷点精确地引到避雷针自身上来并迅速、安全地将雷电流泄放到大地。提前预放电避雷针避免了传统避雷针的“绕击”和“侧击”现象，有效地达到防雷害保安全的目的。

4. 塔式避雷针（避雷塔）

由于避雷针根据保护范围的要求，需要一定的安装高度，在高层建筑较少而需要保护面积又较大的地方就要建避雷针塔，也就是塔式避雷针（避雷塔）。如油库、车站、变电站等。

六、雷雨天气的自我保护

避雷针安装在建筑物和公共设施上，在生活中的自然人该怎样防雷呢？下面的个人防雷击十大“秘诀”，可都是从血的教训中总结出来的，要好好记住啊！

1. 应该留在室内，并关好门窗；在室外工作的人员应躲入建筑物内。 在室外，人有可能因成为“凸出物”而遭雷击。不关门窗有可能受侧击雷、球雷袭击。

2.不宜使用无防雷措施或防雷措施不足的电视、音响等电器，不宜使用水龙头。因为雷电波会沿架空电线、电话线侵入室内。

3.切勿接触天线、水管、铁丝网、金属门窗、建筑物外墙，远离电线等带电设备或其他类似金属装置。因为电视天线、电线等金属物可能成为雷击的对象而带来危害。

4.避免使用电话和无线电话。手机电磁波是雷电很好的导体，电磁波在潮湿大气中会形成一个导电性磁场，极易吸引刚形成的闪电雷击。在雷雨天气，在雷击区打手机，手机无疑充当了避雷针的角色。

5.切勿游泳或从事其他水上运动，不宜进行户外球类、攀爬、骑驾等运动，离开水面以及其他空旷场地，寻找有防雷设施的地方躲避 。在这些地方，人就成了“凸出物”，易遭雷击。

6.切勿站立于山顶、楼顶或其他凸出物体上，切勿近导电性高的物体。

7.切勿处理开口容器盛载的易燃物品，以防因雷电引起火灾。

8.在旷野无法躲入有防雷设施的建筑物内时，应远离树木、电线杆、桅杆等尖耸物体。这些“凸出物”可都是易遭雷击的目标。

9.在空旷场地不宜打伞，不宜把羽毛球拍、高尔夫球棍等工具物品扛在肩上。金属物是良导体，旷野上易引雷上身。

10.不宜驾驶、骑行车辆赶路。车辆和骑车的人较为“凸出”，易遭雷击。