陶詩秀

2020年的氣候比較反常，世界多地頻繁遭遇雷擊。尤其是美國的加利福尼亞洲，創(chuàng)造了72小時(shí)內(nèi)發(fā)生了11000次雷擊的紀(jì)錄。強(qiáng)烈的雷擊引發(fā)山火，加州州長宣布加州進(jìn)入緊急狀態(tài)。雷電的危害如此巨大，人們不得不發(fā)明避雷針來避免其危害。但長久以來，人們關(guān)于避雷針的看法卻截然不同。

多閃的世界

世界上幾乎無時(shí)無刻不在發(fā)生雷電現(xiàn)象。有數(shù)據(jù)顯示，全球同一時(shí)刻幾乎發(fā)生著2000次左右的雷暴雨。我們都知道，雷電的威力是巨大的。根據(jù)科學(xué)家的研究，閃電內(nèi)部的溫度高達(dá)28000℃，大約為太陽表面溫度的5倍。

頻繁的閃電如果發(fā)生于云地之間，有時(shí)會(huì)形成“落雷”，其對動(dòng)植物和建筑物會(huì)造成一定危害：1977年7月13日，紐約市變電站遭雷電襲擊，引起全市斷電。1982年，美國死于落雷的有77人，受傷者174人。此外，雷電還會(huì)引發(fā)火災(zāi)，給人們帶來巨大的損失。

雷電如此頻繁，對世界的破壞又如此巨大，人們急需有效的避雷工具。避雷針應(yīng)運(yùn)而生。

避雷實(shí)是招雷

避雷針是使建筑物免遭雷擊的一種設(shè)備。1750年，富蘭克林發(fā)現(xiàn)了尖端放電現(xiàn)象：球形導(dǎo)體上積累的大量電荷，會(huì)通過近旁的鐵針，無聲無息地溜掉。他據(jù)此發(fā)明了避雷針。

富蘭克林發(fā)明的避雷針是接地的尖鐵棒。在暖濕空氣上升跟冷空氣混合、形成并積累大量帶電云層的過程中，大量電荷產(chǎn)生了強(qiáng)大的電場，并以梯級(jí)電壓的形式朝下放電。這時(shí)，避雷針頂端因感應(yīng)而產(chǎn)生的電荷也開始放電。上下相接，大量電荷被泄去，其通道就是接地的避雷針。由此，我們不難發(fā)現(xiàn)，避雷實(shí)是招雷。

英美避雷針之爭

根據(jù)尖端放電的原理，尖形避雷針可以把帶電云層從地面形成、積累起來的電荷泄放出去，使建筑物免遭雷擊。因此，富蘭克林認(rèn)為避雷針應(yīng)該做成尖的，而且越尖越好。由于他是當(dāng)時(shí)電學(xué)界的無上權(quán)威，因此美國人一直沿用直立的尖頭避雷針。

和富蘭克林同時(shí)代的英國國王喬治三世對科學(xué)技術(shù)也很感興趣，但他并不認(rèn)同富蘭克林對于避雷針尖頭的觀點(diǎn)。他認(rèn)為，尖的避雷針會(huì)“招雷”，這種做法過于危險(xiǎn)。因此，避雷針應(yīng)該做成鈍的，他還讓人把宮廷建筑物的所有避雷針都做成鈍頭的。

一方是電學(xué)權(quán)威，另一方是一國之主，雙方互不相讓。于是，英美兩國的避雷針就這樣展開了長久的“對峙”。

“潔身自好”和“澤及毗鄰”

美國物理學(xué)家莫爾對避雷針的形狀進(jìn)行了20年的實(shí)驗(yàn)和研究：他讓氣球在暴風(fēng)雨中升空，分別用帶尖頭和鈍頭金屬棒的小火箭觸發(fā)閃電。他發(fā)現(xiàn)，鈍頭金屬棒的“招雷”效果比尖頭的好。

他還發(fā)現(xiàn)，尖頭避雷針自身從不遭受雷擊;但是，處在以它為頂點(diǎn)的錐形保護(hù)傘內(nèi)的物體卻一而再再而三地受到落雷的襲擊。這就表明，尖頭避雷針只能做到“潔身自好”，而未能起到保護(hù)鄰近地區(qū)免遭雷擊的作用。鈍頭的避雷針就不同了。它雖遭“雷擊”，但因接地良好，不僅自身不受損害，還能以它為原點(diǎn)，有效地展開一頂錐形保護(hù)傘，使“傘下”的物體免遭落雷的傷害，可謂“澤及毗鄰”。

鈍頭避雷針的招雷效果為什么比尖頭的好？根據(jù)莫爾的實(shí)驗(yàn)，尖頭金屬棒的電場固然比鈍頭的強(qiáng)得多，但只是在貼近放電端點(diǎn)的地方才是這樣的。只要再往上兩英寸（1英寸約為2.54厘米），鈍頭金屬棒的電場就要比尖頭的強(qiáng)1.5～2倍;再往上去，還要明顯。正因?yàn)檫@樣，鈍頭避雷針更有利于形成閃電的通道，從而避免近旁物體遭受雷擊。

那么，避雷針應(yīng)該鈍到什么程度呢？莫爾的結(jié)論是，直徑一英寸就已經(jīng)廠了。不過，他說：“我寧愿把它的端頭做成球形?！边@就是我們今天看到的避雷針。