避雷针的作用(避雷线的作用是什么)

电闪雷鸣的天气中,你是否曾经思考过这样一个问题:为什么在雷暴天气中,各种树木,尤其是处于空旷地的树木总是容易遭到雷电击中导致折断或者起火,而一些高层建筑物频频被雷电击中却能屹立不倒、安然无恙?难道只是因为建筑物比树木更结实?

要回答这一问题,就不得不提到我们生活中常见的一种“神器”——避雷针。那么避雷针究竟是如何避雷的呢?是不是安装了避雷针,雷电就会避开这栋建筑物呢?我们接着往下看。

避雷针有什么用?古代居然就有避雷装置了吗

建筑物上的避雷针“引雷” | 图源:

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避雷针的工作原理

现在人们对避雷针作用原理有了清晰的认识,避雷针通常由接地体、接地引下线以及接闪器3部分组成。通常,接闪器采用长度为1-2米和直径为15-20毫米的圆钢或钢管,将其固定于支柱上端,经接地引下线与接地体进行连接。

当遇到雨雪天气时,一些高层建筑可以感应上带电云层中的大量正电荷。当雷云放电接近地面时,它就会使地面电场发生畸变。在被雷电击中的这一短暂的放电过程中, 巨大的电能瞬间转化为光、热等能量,从而导致建筑物被破坏。

避雷针有什么用?古代居然就有避雷装置了吗

避雷针工作原理 | 图源:

由于避雷针顶部设计呈尖状,当静电感应避雷针针头时就会聚集大量电荷,避雷针与这些云层之间相当于形成一个电容器,与带电云层形成通路,从而主动吸引雷电向避雷针放电

当安装比建筑物高的避雷针后,在避雷针处由于尖端放电效应导致场强特别大,仅仅会在带电云层与避雷针间放电,从而有效防止雷电对建筑物产生的破坏 。

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避雷针的作用

通过以上简单的介绍,我们就可以知道避雷针真正的作用不是避雷,而是引雷而建筑物安装避雷针和相关防雷设施主要有以下两个作用

首先是防护直击雷:它主要是避免雷电直接击中建筑物。比如一些高层建筑物,必须安装避雷针或者其他防雷设施,以减弱雷击时产生巨大的电流沿建筑物泄入大地的过程,减少对建筑物内部空间造成的伤害。

其次是防护感应雷:感应雷击是雷击产生的电磁感应作用于建筑物的金属物线,而发生破坏电子元器件的现象,避雷针主要是保护家用电器及弱电设备。此外,安装漏电保护器,也可起到保护家电作用,同时务必做好防雷接地。

假如雷击发生在楼层的混凝土立柱上,电流有可能会沿着建筑物内部金属一直向大地传导。

如果居住楼层没有采取必要的防雷接地措施,雷击电流产生的能量就不能得到有效的释放,那么它通过的楼层都会存在一定的危险性,直接或间接对建筑物或楼层的电气系统造成一定程度的损害。

因此,遇到雷雨天气,室内家用电器一定要注意及时断电,这样可以有效保护人们的生命财产安全。

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雷雨天家电注意断电 | 图源:搜狐

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避雷针技术在古代早有应用

值得一提的是中国古人在实践中就已经应用到了避雷针技术。

唐代的《炙毂子》一书中曾记载:汉朝时柏梁殿遭到火灾,有人建议将一块鱼尾形状的铜瓦放在屋顶,可以防止雷电所引起的天火。这里提到的屋顶设置的鱼尾形状的金属装饰,实际上就具有避雷的作用,可以认为是现代避雷针的雏形。

法国旅行家卡勃里欧别·戴马甘兰在1688年所著的《中国新事》一书中记载:中国屋脊头尾两端都有一个仰起的龙头,龙口吐出曲折的金属舌头伸向天空,舌根连结一根细小的铁丝直通地下。

这种奇妙的装置在发生雷电的时刻就能发挥避雷作用,避免雷电击毁建筑物;若雷电击中了屋宇,电流就会从龙的舌头沿铁丝导至地底下,避免雷电直接击毁建筑物。

这说明,中国古代建筑上的避雷装置,在原理上已经和现代避雷针基本相似。

我国的很多古建筑历经沧桑却屹立不倒,很大一部分原因就在于这些古建筑上采用了避雷技术,比如古塔上的塔刹和古建筑上的飞檐。

古塔上的塔刹,在雷电场中能够产生较强的电晕电流,从而起到消雷避险的作用;而对于古代的普通建筑物,在每一个檐角上都会放置铜制兽首飞檐或者铜瓦,再通过铜线一直连接到地面,用来祈求平安。

虽然古人不了解避雷针的原理,但是仍不自觉地就利用了避雷针技术,这都是古人多年经验的积累和智慧的结晶。

避雷针有什么用?古代居然就有避雷装置了吗

避雷针有什么用?古代居然就有避雷装置了吗

中国古代建筑避雷措施:塔刹和飞檐 | 图源:视觉中国

总之,避雷针设计原理就是人为将雷云中的电荷引发到地面,从而避免雷云中的大规模放电对人身、建筑物以及家电造成伤害与损失。了解到避雷针的发明历史、工作原理以及其防护作用后,我们在生活中要做好必要的预防举措,从而避免雷击损失。

审核专家:占明锦

中国气象科学研究院博士

来源:数字北京科学中心

编辑:Eric、yrLewis

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