避雷针漫谈

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  前不久,家住农村的一位朋友打电话给我,他准备将正在建设的三层小别墅墙体内的钢筋头向上伸出一两米,当作避雷针使用,问这样做是否合适。听到这里,我真是喜忧参半。喜的是,当今人们已经提高了防雷认识,能主动地防止雷电带来的损失。忧的是,对雷电的认识还远远不够,以为只需要有导体伸出来,另一部分接地就行了。朋友还算是精明人,知道先打电话向我咨询。如果有人莽撞地像他那样,将墙体内的钢筋做避雷针的引线使用,岂不“引火烧身”?这也难怪,中学物理课本上,提到的避雷针就是一根高于被保护物的尖头金属棒,通过导线连入大地。这就有可能导致人们产生误解。那么,实际使用的避雷针应该是怎样的呢?本文进行简单的探讨。
  一、雷电产生的原因
  我们知道,一到夏季,空气中的水蒸气含量增多,有利于生成云团。此时的云团非常不稳定,经常会产生垂直方向的强对流。当携带有大量水蒸气的云团在做上下剧烈运动时,就会相互摩擦而使云团带电,一般云团中较小较轻的冰晶容易带正电而升到云团的上方,较大较重的雨滴带负电而处于云团的下方。于是云团就成为一个电荷分布不均匀的带电体,当电荷在云层的不同部位积聚到一定程度时,不同部位强大的电压就会将云层间空气击穿电离,产生放电现象。这时流经被电离的空气的电流达到几万到几十万安培,由焦耳定律可知,强大的电流使空气的温度达到20000℃以上。同时,“闪电”的高温使附近的空气急剧膨胀,产生振动,发出人耳能听到的“雷声”。这就是我们观察到的“雷电现象”。如果带电云团离地面较近,靠近地面强大的负电荷会在地面凸出物、金属的表面上感应出大量的正电荷,一旦强度足够大,立即产生放电现象,形成对地的“落地雷”。这种雷电对建筑物、电气设备的破坏性极大,甚至会伤害人畜的生命。
  二、避雷针的工作原理
  在雷雨天气,地面上空出现带电的云团时,地面物体的表面都会感应出大量的电荷。由静电感应的原理,凸出物体的表面或尖状物体的表面总会分布更多的电荷,就会与云层之间形成更高的电压,更容易使其间的空气击穿而放电。这就是物理学中的“尖端放电”现象。假定我们在楼房顶部,人为地安装一根顶部尖端,底部又接地的金属棒,带电云团就会在其尖端感应出大量的负电荷,云团与金属棒尖端的空气就容易被击穿,成为电荷泄放到大地的通道。当云团中的电荷减少后,就对建筑物失去了威胁,从而保护了建筑物的安全,避免了雷电造成的危害。这就是人们常说的“避雷针”。从原理上看,“避雷针”准确地说,应该叫做“引雷针”。因为它能将云团中的电荷引向自己,流向大地。不难发现,万一避雷针接触不良,就会产生不堪设想的严重后果。也就是说,避雷针要达到“避雷”效果,必须满足的两个条件:一是自身的导电性能良好,二是必须接地良好。
  三、避雷针的发展
  一提到避雷针,人们马上就会想到伟大的富兰克林。1752年6月,富兰克林冒着生命危险,在雷雨中做实验,弄清了雷电的电学本质,于1760年,在费城安装了第一根避雷针。从此,避雷针在全世界广为流传。其实,在我国古代,早就有关于使用避雷针的记载。唐文宗开成三年(公元838年),日本和尚园仁来华学佛时,在《入唐求法巡礼行记》中记载,武则天为了镇五台山上的毒龙(古时认为雷电为龙所为),在山顶龙池附近建镇龙铁塔。这大概就是中国古代有记载的最早的避雷针。近年来防雷技术飞速发展,各种专业厂家生产的避雷器层出不穷,使移动通讯的基站,电视发射塔,无线通讯装置等,得到保护的效果越来越好。
  四、简易避雷针的制作与安装
  简易避雷针一定要用直径大于20mm的镀锌钢管做。安装在屋面时,至少要高于屋面1-2m,并垂直固定在屋面上。引线可用直径8mm的钢筋焊接在钢管上,焊接长度不能低于100 mm,这样才能保证有效的通电面积,减小电阻。引线沿墙引至地下时,离墙面的距离应在50mm以上,不能直接固定在墙上。埋在地下部分以厚度不低于5mm,长度不低于1m的扁钢为好,并且与引线的焊接长度也应在100mm以上,要求处理好焊点,并在焊点处涂上防锈漆,埋入土中的深度也应在1 m以上。如果土中太干燥,或砂石多,还要加上一定量的食用盐,(一般1—2Kg),以增大土壤的导电能力。倘若楼顶面积太大,针尖的高度也要加长。有时需在屋顶的周围绕上一圈钢筋,做防雷带使用,再接到避雷针的引线上,效果更好。这种装置只能防止“直击雷”,对于那种使家用电器破坏较大的“感应雷”,必须在线路的入线口角铁上,加装接地线。
  总之,在提高认识的基础上,采取有效的措施,就能使我们的生活更加和谐和美好。
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