全球闪电现象几乎无所不在,数据显示,全球同一时刻几乎发生着约2000场雷暴雨。我们都知道,雷电威力巨大,据科学研究,闪电内部温度高达2700摄氏度,约为太阳表面温度的4倍。
雷电通常发生在不同的云块之间,或云的下部与地面物体之间。如果频繁的雷电发生于云地之间,则很有可能形成“落雷”,而地面上的“凸出物”如建筑物、人类和动植物就容易受到巨大危害。为了减轻雷电破坏,引雷针应运而生。
乍一听引雷针,人们可能会认为它的工作原理是让雷电远离建筑物,这确实是个误解。事实上,引雷针恰恰是要把雷电“招引过来”。
为什么这么说呢?我们这就一起去了解一下引雷针的工作原理。
雷雨天气,当高楼上空出现带电云层时,高楼顶部和引雷针因高度较高,会被感应上大量电荷。由于引雷针的针头是尖的,更容易感应电荷。大量电荷聚集在引雷针上。
恰恰是因为引雷针很尖,实际上它所能容纳的电荷很少。只能容纳很少电荷的物体上却聚集了大量电荷,这会发生什么?
大家应该都能想到,会发生的情况是:当云层上电荷较多时,云层和引雷针之间是一个相通的导体,而且引雷针又是接地的,它在瞬间就能把云层上的电荷直接泄入大地,从而达到防雷的效果。
由此,我们不难从引雷针的工作原理中发现:避雷并不是在避雷,恰恰相反,引雷针实则是在引雷、招雷。
在国家关于建筑物相关文件里,已经不用引雷针一词了,但我们普通百姓还是习惯称它为引雷针。
大家会发现,一些较高大的重要建筑物上的引雷针往往不是一个两个,而是多个。一根引雷针能够保护多大的范围呢?建筑师如何来计算一幢楼所需要安装的引雷针数量呢?
其实,这是有专业的方法进行测量的,这个方法叫做滚球法。
一般来说,我们日常生活中所看到的普通建筑物都是方形的。假设有一个巨大的圆形球体,它滚动着去接触建筑物的外表,但凡是它能够接触到的部分都是有可能会遭受到雷电袭击的,那么在这些能够被接触到的部分安装引雷针就完全足够了。
富兰克林制作了一个特殊的风筝:风筝顶端有一根尖头的顶针,系着一根麻绳,将一根丝带系在麻神的末端,最后再在麻绳与丝带的交界处挂上一把铜钥匙。
一个雷雨天气,富兰克林和他的儿子威廉带着风筝来到外面。他们借着风的力量,把风筝放上了高空。刹那间,雷电大作,他们拉着风筝退入建筑物内。这时,一道闪电掠过了风筝的上方,富兰克林的手顿时感到一阵麻木。然后,他将钥匙与风筝线接触,钥匙上立即出现了电火花,证明了他的实验成功。
风筝实验验证了富兰克林的猜测,表明他揭开了雷电的奥秘。随后,富兰克林根据实验结果研制了避雷装置,即最早的避雷针。从此,避雷针在世界各地广泛应用,成为保护建筑物免遭雷击的有效装置。
富兰克林是公认的第一个“捕捉到闪电”的人,他的科学探索和创新精神令人钦佩。我国古代也早在唐代就有类似避雷针的发明。
要算作避雷针,必须满足以下条件:①建造目的是为了防雷;②上部是金属制成的尖端状物;③尖端通过导体与大地相连。我国古代有符合这些条件的发明吗?答案是肯定的。
唐朝时期,为防雷,武则天在五台山的五个“台顶”上建造了铁质宝塔。日本僧人圆仁在其游记中记述了此事。
圆仁于唐文宗开成三年(公元838年)来中国,写有《入唐求法巡礼行记》,内有开成五年夏上五台山求法的见闻。他多次提及五台山以前多雷电,是因“毒龙”作怪。他也记录了武则天在山顶龙池附近所建镇龙铁塔:“顶上南有三铁塔,中间一塔四角,高一丈许;其余二塔在南边,高八尺许。塔为武婆天子镇五台所建也。”
唐朝之后,南宋与金对峙期间,金章宗每年夏天都会去琼华岛万寿山顶的太宁宫中的广寒殿避暑。由于夏天多雷雨,为防止宫殿被雷击,金章宗在这里设置了“防雷装置”。
他立的铁杆,上端的“金葫芦”呈尖端状,且铁杆使“金葫芦”与大地相通,这不就是真正的避雷针吗!
值得注意的是,许多中国古塔的顶端都有由铜铁铸造的包括“金葫芦”在内的尖端附件。
例如,保圣寺塔建于江苏高淳县固城湖西北,历史悠久,可追溯至三国时期。塔高30多米,塔顶有4米高的铁制古刹,由覆钵、相轮、宝葫芦等组成。该塔虽多次损坏,但未遭受过雷击,表明塔顶铁刹具备一定避雷作用,是古人安装的防雷装置。
除了“金葫芦”,中式宫殿屋脊上高翘的“鸱吻”(即“鸱尾”)也是古代的避雷装置。
中国古代便已出现避雷针,其发明远早于西方数百年。对此,不禁钦佩先贤的智慧。作为一项杰出的发明,避雷针有效保护了建筑物及其中人员的安全。