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。
建筑物上的避雷针“引雷” | 图源：https://metro.co.uk
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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。
避雷针工作原理 | 图源：https://qsstudy.com
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。
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。
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
