“山雨欲來風滿樓”“黑云壓城城欲摧”，當雷暴云襲來的時候，常常伴隨著電閃雷鳴，令人不寒而栗。中國在雷電防護領域的探索比西方早了兩個世紀，如今更是以創新材料技術引領全球避雷技術。到底是誰給云朵充電的呢？從古至今，我們又是如何化險為夷的呢？跟著科小二一起探索避雷裝置的演變過程吧！

雷電形成的原理

云朵帶電的原因是水滴和冰晶在氣流中碰撞摩擦，產生正負電荷，然后在氣流和重力的作用下分布形成不同極性的電荷區，當這些電荷聚集到一定程度時，就會穿過空氣產生放電現象，于是出現了閃電。

我們從小就被教育下雨天不要在樹下躲雨，否則可能會被雷電擊中。因為大樹頂上的枝葉尖尖細細，容易引來雷電。而作為高壓電的雷電以樹木為導體向地下傳播時，會擊傷附近的東西。

古人的避雷智慧

唐代《炙轂子》記載，漢朝時柏梁殿遭雷火后，巫師將一塊魚尾形狀的銅瓦放在屋頂上，就可以防止雷電引起的天火。屋頂上設計的魚尾龍頭的瓦飾，實際上還可以避雷，這便是現代避雷針的雛形了。

1688年，法國旅行家卡勃里歐別·戴馬甘蘭在他所寫的《中國新事》中驚嘆：中國建筑屋脊的龍頭裝飾內含玄機：龍口吐出曲折的金屬舌頭，伸向天空，舌根連結一根細的鐵絲，直通地下。

按照這一記載可知，一旦雷電擊中房屋，電流就會先接觸金屬舌頭，然后沿著鐵絲導入地下，從而避免雷電擊毀建筑物。由此可見，我國利用金屬針引雷比富蘭克林做的雷電實驗至少早兩個世紀。

避雷針的“引雷”真相

避雷針利用了尖端放電原理。在雷雨天氣，云層中的電荷聚集在避雷針上，因為避雷針的尖頭會吸引更多電荷。一旦云層的電荷達到臨界點，空氣就會被擊穿，形成導電通道。所以準確地說，避雷針不是在避雷，而是在“引雷上身”，通過引下線和接地裝置，將雷電流引入地下，從而起到保護建筑物的作用。如今，避雷針已被更精準地稱為“接閃桿”。

開啟智能避雷時代

2024年1月，一項突破性實驗引發關注。在一間實驗室里，出現了一次上萬伏電壓的瞬間發電。按理說，如此高壓的短路放電會產生巨大的火花和爆破聲，但當兩端電極接觸的瞬間，只聽到輕輕一響，伴隨著細小的火花，模擬的雷電能量瞬間消彌于無形。

這是使用浙大溫研院研發的“新型相變材料雷電能量吸收器”的結果。

相變材料的防雷原理基于一種叫“介質極化效應”的物理現象。這種材料受到雷電的高壓沖擊時會發生相變，將雷電的高頻能量轉化為沖擊波。在這個過程中，電能被轉化為機械能并安全釋放，從而實現了很好的防雷效果。

自從這款防雷產品在浙江省安吉天荒坪抽水蓄能電站運行以來，效果非常顯著。受它保護的設備再也沒有因雷擊受損。這項新技術的成功，消納、吸收了幾十次雷電的能量，防雷效果十分顯著。

從古時的魚尾銅瓦，到現代的避雷針，再到如今的智能避雷系統，避雷針的發展見證了從古代簡單裝置到現代高科技的演變過程。

避雷針不僅保護了無數建筑物免受雷擊的損害，還推動了電學和建筑技術的發展。雷電雖然無法避免，但人們可以利用科學技術有效保護自己和家園。相信在未來，我國的科研團隊還會繼續深耕，為各個行業的安全生產保駕護航。

本文根據首屆“沈括杯”科普短視頻創作大賽獲獎作品整理

來源: 科小二