1根細長鋼管,竟能承受1億伏特電壓,它是開啟電力科技的金鑰匙

避雷針是我們生活中隨處科技的裝置。尤其是在一些較高樓層的房頂,總是能夠看到一根細細的金屬棍直立在房屋頂端。

記得小時候上科學課,當老師講到避雷針的時候,我就異常好奇,因為雷電那麼可怕,我們居然可以用避雷針“避”開,真的很神奇。

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之後的雨天,每當雷電交加,就再也不怕了,因為有了避雷針的知識,知道雷電是可以“躲避”的,這樣人就安全了。

長大之後,當家裡修繕房屋,才發現原來避雷針並不是“躲避”雷電。而要隱藏在避雷針中的秘密,還要從1752年7月的一個雷雨天說起。

1752年7月的一天,美國費城郊區,烏雲密佈,電閃雷鳴,在一塊寬闊的草地上,有一老一少兩個人正興致勃勃地在那裡放風箏。突然,一道閃電劈開雲層,在天空劃了一個“之”字,接著嘎嘣一聲脆雷,雨點就瓢灑盆潑般地傾下來了。

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只見老者大聲喊道:“威廉,站到那邊的草房裡去,拉緊風箏線。”這時,閃電一道亮過一道,雷鳴一聲高過一聲。突然威廉大叫:“爸爸,快看!”老者順著兒子指的方向一看,只見那拉緊的麻繩,本來是光溜溜的,突然怒髮衝冠,那些細纖維一根一根都直豎起來了。

他高興地喊道:“天電引來了!”他一邊囑咐兒子小心,一邊用手慢慢接近接在麻繩上的那把銀鑰匙。突然他象被誰推了一把似地,跌到在地上,渾身發麻。他顧不得疼痛,一骨碌從地上爬起來,將帶來的萊頓瓶接在銅鑰匙上。

這萊頓瓶裡果然有了電,而且還放出了電火花,原來天電和地電是一個樣子!他和兒子如獲至寶似地將萊頓瓶抱回了家。

這捕獲天電的人就是富蘭克林和他的兒子威廉。富蘭克林於1706年4月17日生在美國,小時候家裡很窮,無錢上學,就在哥哥開的印刷廠中當學徒。

然而,他憑藉他的聰明才智和不懈的努力,一生中具有許多發明,而且是

電學的開門鼻祖

。他不僅是一位偉大的科學家,還是一位傑出的政治家和外交家,他是《獨立宣言》的發起人之一,是美國第一任駐外大使。

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富蘭克林

風箏實驗之後,富蘭克林寫了一篇《論閃電和電氣的相同》的論文,闡述了雷電的本質,還提出了製造避雷針的設想,使建築物免遭雷擊。

然而,當他的論文在英國皇家學會上宣讀的時候,有人卻報之以輕蔑和嘲諷。但是,科學終究會戰勝愚昧和無知,1756年英國皇家學會授予富蘭克林皇家學會正式會員的稱號。

富蘭克林發明的避雷針,一下子風靡一時,傳到英國、法國、德國、傳遍歐洲和美洲。

從避雷針的發明歷程中,我們不難看出,避雷針的作用,並不是躲避雷電,而是吸引雷電,這對於很多人來說是一件不可思議的事情。

因為閃電的的平均電流是3萬安培,最大電流可達30萬安培。閃電的電壓很高,約為1億至10億伏特。一箇中等強度雷暴的功率可達一千萬瓦,相當於一座小型核電站的輸出功率。

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放電過程中,由於閃道中溫度驟增,使空氣體積急劇膨脹,從而產生衝擊波,導致強烈的雷鳴。帶有電荷的雷雲與地面的突起物接近時,它們之間就發生激烈的放電。在雷電放電地點會出現強烈的閃光和爆炸的轟鳴聲。

當我們對雷電有了解之後,我們回頭看富蘭克林這個實驗,只能感嘆他是多麼的幸運,因為在一年後的俄國,著名電學家利赫曼為了驗證富蘭克林的實驗,不幸被

雷電擊死

,這是做雷電實驗的第一個犧牲者。

那麼問題來了,這麼厲害的雷電,避雷針到底是如何將其“避”開的呢?原理其實很簡單。

在雷雨天氣,高樓上空出現帶電雲層時,避雷針和高樓頂部都被感應上大量電荷,由於避雷針針頭是尖的,所以靜電感應時,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雲層形成了一個電容器,由於它較尖,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。

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而它又聚集了大部分電荷,所以,當雲層上電荷較多時,避雷針與雲層之間的空氣就很容易被擊穿,成為導體。

這樣,帶電雲層與避雷針形成通路,而避雷針又是接地的,避雷針就可以把雲層上的電荷匯入大地,使其不對高層建築構成危險,保證了它的安全。

看到這個原理是不是覺得很簡單呢?事實確實很簡單,而且隨著科技的發展,現在民用避雷針的成本也越來越低,在有需要的情況下,民用高層自建住房,尤其是在雷電區域的住房,都可以安裝避雷針。

在避雷針的使用過程中,也會出現安裝避雷針依舊遭受過雷擊的事件。這種事件的發生,往往有兩個原因:一個是避雷針安裝的不夠合理,另外一個就是雷擊威力太大,避雷針無法承受。

避雷針歷經268年發展,現在廣泛用於電力、通訊、石油和建築等領域,就連萬里長城也配備了專用的避雷針。

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去過長城遊玩的人,可能都會注意到在長城邊上的幾顆顯眼大樹,其實那些不是真的植物,而是佯裝成樹的避雷針。

避雷針的出現,不僅讓人類免受雷電自然災害的侵擾,同時對於人類科技文明而言,也有非常重大的意義。

在當時,在宗教人士的宣教中,雷電就是神明,是非自然力量的象徵,強大的雷電,甚至被比作“諸神之怒”,避雷針的出現,讓科技戰勝了迷信,開啟了電力科技文明新篇章。

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