【避雷針爲什麼能避雷的科學故事】避雷針的原理
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所謂雷電現象,就是空中雲層積累的電荷達到頗大數量時,它與附近的帶電雲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雲塊之間,或雲的下部與地面物之間。我們要避免的只是雲和地或地上物之間的雷電。如果這塊雲的上部帶正電,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)就有可能與雲中電荷發生放電現象,遭到雷擊的災禍。
裝置避雷針是避免雷擊的有效方法。在房屋最高處豎一金屬棒,棒下端連一條足夠粗的銅線,銅線下端連一塊金屬板埋入地下深處潮溼處。金屬棒的上端須是一個尖頭或分叉爲幾個尖頭。有了這樣的裝置,當空中有帶電的雲時。避雷針的尖端因靜電感應就集中了異種電荷,發生尖端放電,與雲內的電相中和,避免發生激烈的雷電、這就是避雷針能避雷的一方面。但這種作用頗慢,如果雲中積電很快,或一塊帶有大量電荷的雲突然飛來,有時來不及按上述方式中和,於是有強烈的放電,加雷電仍會發生。但這時由於避雷針高過周圍物體,它的尖端又集中了與雲中電異號的電荷,如果雷電是在雲和地面物之間發生,放電電流主要通過避雷針流入大地,因此,不會打在房屋或附近人的身上,只會打在避雷針上了。由此可見,避雷針的尖端放電作用會減少地面物與雲之間打雷的可能性;到了不可避免時,它自己就負擔了雷的打擊,房屋與人得到了安全。
由於避雷針的構造和作用,我們要特別注意保持避雷針的良好導電性。一旦有一處聯接不好,或斷了,斷口以上的一段就成爲一個隔離的導電系統。當雲中有電荷時,這隔出的部分上部感應出與雲中電異號的電荷,而下部感應出與雲中電同號的電荷,如果上部和雲中電起放電作用時,強大的放電電流只能通過建築物放出大量熱量,於是引起雷擊。這樣不但不能避雷,反而還招來雷禍。爲防意外,高大建築物最好豎起幾條避雷針。另外,每一又避雷針只能保護一定的建築面積。對於較大的建築物也需要豎起幾條避雷針。
避雷針爲什麼能避雷的科學故事點評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,成爲導體。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導人大地,使其不對高層建築構成危險,保證了它的安全。
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