“歪打正着”的避雷针

陶诗秀

2020年的气候比较反常，世界多地频繁遭遇雷击。尤其是美国的加利福尼亚洲，创造了72小时内发生了11000次雷击的纪录。强烈的雷击引发山火，加州州长宣布加州进入紧急状态。雷电的危害如此巨大，人们不得不发明避雷针来避免其危害。但长久以来，人们关于避雷针的看法却截然不同。

多闪的世界

世界上几乎无时无刻不在发生雷电现象。有数据显示，全球同一时刻几乎发生着2000次左右的雷暴雨。我们都知道，雷电的威力是巨大的。根据科学家的研究，闪电内部的温度高达28000℃，大约为太阳表面温度的5倍。

频繁的闪电如果发生于云地之间，有时会形成“落雷”，其对动植物和建筑物会造成一定危害：1977年7月13日，纽约市变电站遭雷电袭击，引起全市断电。1982年，美国死于落雷的有77人，受伤者174人。此外，雷电还会引发火灾，给人们带来巨大的损失。

雷电如此频繁，对世界的破坏又如此巨大，人们急需有效的避雷工具。避雷针应运而生。

避雷实是招雷

避雷针是使建筑物免遭雷击的一种设备。1750年，富兰克林发现了尖端放电现象：球形导体上积累的大量电荷，会通过近旁的铁针，无声无息地溜掉。他据此发明了避雷针。

富兰克林发明的避雷针是接地的尖铁棒。在暖湿空气上升跟冷空气混合、形成并积累大量带电云层的过程中，大量电荷产生了强大的电场，并以梯级电压的形式朝下放电。这时，避雷针顶端因感应而产生的电荷也开始放电。上下相接，大量电荷被泄去，其通道就是接地的避雷针。由此，我们不难发现，避雷实是招雷。

英美避雷针之争

根据尖端放电的原理，尖形避雷针可以把带电云层从地面形成、积累起来的电荷泄放出去，使建筑物免遭雷击。因此，富兰克林认为避雷针应该做成尖的，而且越尖越好。由于他是当时电学界的无上权威，因此美国人一直沿用直立的尖头避雷针。

和富兰克林同时代的英国国王乔治三世对科学技术也很感兴趣，但他并不认同富兰克林对于避雷针尖头的观点。他认为，尖的避雷针会“招雷”，这种做法过于危险。因此，避雷针应该做成钝的，他还让人把宫廷建筑物的所有避雷针都做成钝头的。

一方是电学权威，另一方是一国之主，双方互不相让。于是，英美两国的避雷针就这样展开了长久的“对峙”。

“洁身自好”和“泽及毗邻”

美国物理学家莫尔对避雷针的形状进行了20年的实验和研究：他让气球在暴风雨中升空，分别用带尖头和钝头金属棒的小火箭触发闪电。他发现，钝头金属棒的“招雷”效果比尖头的好。

他还发现，尖头避雷针自身从不遭受雷击;但是，处在以它为顶点的锥形保护伞内的物体却一而再再而三地受到落雷的袭击。这就表明，尖头避雷针只能做到“洁身自好”，而未能起到保护邻近地区免遭雷击的作用。钝头的避雷针就不同了。它虽遭“雷击”，但因接地良好，不仅自身不受損害，还能以它为原点，有效地展开一顶锥形保护伞，使“伞下”的物体免遭落雷的伤害，可谓“泽及毗邻”。

钝头避雷针的招雷效果为什么比尖头的好？根据莫尔的实验，尖头金属棒的电场固然比钝头的强得多，但只是在贴近放电端点的地方才是这样的。只要再往上两英寸（1英寸约为2.54厘米），钝头金属棒的电场就要比尖头的强1.5～2倍;再往上去，还要明显。正因为这样，钝头避雷针更有利于形成闪电的通道，从而避免近旁物体遭受雷击。

那么，避雷针应该钝到什么程度呢？莫尔的结论是，直径一英寸就已经厂了。不过，他说：“我宁愿把它的端头做成球形。”这就是我们今天看到的避雷针。