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雷電是人類最熟悉的自然現(xiàn)象之一,每年都有那么一些天會電閃雷鳴,我們就是這樣被它嚇大的……人們對雷電的恐懼也許不是與生俱來的,閃電的亮度比不上太陽,雷聲的音量比不上鞭炮,所以我覺得對雷電的恐懼應該是后天的。在雷電交加的夜晚,小孩往往并不會被嚇哭,只有當那些雷電足夠近,響聲太大的時候,小孩才會被嚇哭。
從小到大,我們聽了很多關于雷電傷人的故事,大人會不厭其煩地恫嚇我們,雷電有多么的可怕,我們就這樣被嚇大了……那么雷電真的很可怕嗎?真的——很——可——怕!
雷電中電是指閃電,雷是指閃電釋放能量時瞬間產生的高溫使周圍氣體發(fā)生急劇膨脹導致的沖擊波,所以其實真正恐怖的并不是嚇人的雷聲,而是一閃而過的漂亮閃電。那么閃電究竟有多可怕?我們首先來舉個例子,我國的民用交流電的電壓是220V,我們從小就知道家里的220V交流電能電死人,但其實220V電壓要電死人還有一個前提的,就是電流要足夠大,對于一般普通人體,220V電壓下,只需要100mA電流即可致命!
那么閃電有多大的電壓?又有多大的電流?一般規(guī)模的閃電電壓高達上億V,而電流則高達幾萬A,比能電死人的交流電分別高了幾十上百萬倍,整體功率高了上千億倍這一閃電劈下來還能活嗎?……還真有活下來的,但絕大部分被閃電擊中的人都掛了……
畢竟我們大概率不是那種雷都劈不死的人,所以怎樣避雷就成了一個重要課題,幸好人類歷史上出現(xiàn)過許多科學偉人,是他們推動著科學與科技的發(fā)展,其中一位就叫本杰明·富蘭克林,他是18世紀美國的一位物理學家。(他還有其他重要身份,不過作為一篇科普文,那些身份被我無情地無視了……)沒錯,就是那個在雷雨天放風箏把雷電引下來結果沒被電死的物理學家,據(jù)說后來有個重復他實驗的人被電死了……
富蘭克林最早發(fā)現(xiàn)閃電跟摩擦產生的靜電極其相似,并首先提出了雷雨時的積雨云中的電很可能也是摩擦產生的。由于摩擦產生的靜電是帶特定電荷的,當積雨云中的電荷堆積,就會使地面產生靜電感應,由于電荷的同性相斥異性相吸,將使地面相同的電荷遠離而相反的電荷靠近,導致地面靠近積雨方向堆積大量的相反電荷。兩種相反電荷將使積雨云與地面之間將形成一個電場,當電場達到一定強度,就會擊穿空氣使空氣成為導體產生強大電流向地面放電。而假如與地面接觸面上是個人的話那就悲劇了……
富蘭克林通過對靜電現(xiàn)象的研究發(fā)現(xiàn),尖端物體比較容易擊穿空氣產生放電現(xiàn)象,這是由于物體的尖端處會堆積更多的電荷,形成更大的電場,這樣就更容易擊穿空氣形成放電。富蘭克林以此想到一個辦法,何不造一根尖頭的金屬棒伸向天空把閃電招惹過來,然后用一根導線把閃電中的電荷引到地底下,在地底下放電,這樣就不用傷害到地面的人和建筑物了。事實證明富蘭克林的想法是可行的,按照了避雷針的建筑物附近被雷劈的幾率大大減少了。
從上面的介紹你可能已經發(fā)現(xiàn)了,這特么哪是避雷針,這明明是引雷針啊……沒錯,這設計本身就是引雷的,其實叫引雷針更貼切,只不過引雷針這名字比較嚇人,無法向人正確傳遞它的用途。
避雷針實際上就是我們沒辦法阻止云層對地放電,但與其讓它胡亂掃射,還不如我立一個靶讓你射,這樣就可以避免在胡亂掃射中產生更多的誤傷。而它每一次被閃電擊中,就消耗掉一部分云層里的電荷,這就相當于消耗了它的彈藥。所以,避雷針的實際作用就是消耗積雨云里的電。