雷電,是天氣中的一種放電現(xiàn)象。雷雨云里有冰雹、雪花、雨滴、冰晶等等,它們?cè)谶\(yùn)動(dòng)中發(fā)生著碰撞、摩擦、破碎、凍結(jié)等現(xiàn)象,這樣往往使雷雨云的上部帶上正電,下部帶上負(fù)電。這些電荷在一定條件下越聚越多,最后使云和云之間、云和地之間發(fā)生放電。這就是雷電。
閃電的通道只有幾厘米寬,強(qiáng)大的電流經(jīng)過這樣狹窄的通道,就像滔滔江水經(jīng)過很窄的河溝,那通道便被燒得灼熱,溫度達(dá)到幾萬(wàn)攝氏度,放出白光。空氣猛烈受熱,體積迅速膨脹,產(chǎn)生上百個(gè)大氣壓力,于是形成了爆炸,發(fā)出了震耳欲聾的雷聲。電當(dāng)然喜歡走電阻小的“捷徑”,就像人喜歡走平坦的直路一樣。金屬是最容易導(dǎo)電的,雷電當(dāng)然愿意通過金屬,這就是“雷公偏愛金屬”的原因。常見的雷電,大多是云和云之間的放電,這時(shí)的閃電是橫閃。大約有1/6的雷電是云和地之間的放電,這時(shí)的閃電是豎閃。豎閃會(huì)形成落地雷,造成對(duì)人類生命財(cái)產(chǎn)的危害。
大家知道,電荷的特點(diǎn)是同性相斥,異性相吸。當(dāng)帶有大量負(fù)電荷的雷雨云壓來的時(shí)候,地表面上便會(huì)聚集起正電荷來,這些電荷都向最高的地方集中:塔尖、煙囪、樹木、空曠地方豎起的鐵鍬都要聚集很多電荷,在強(qiáng)大的電壓作用下,電荷從尖端逸出,就會(huì)發(fā)生落地雷。
保林寺“電火燒塔下佛面,而窗戶不異也”是個(gè)真實(shí)的記錄。落雷時(shí),地面和云層之間放電,佛面上涂的是金粉,那是良導(dǎo)體,正是強(qiáng)大電流的通過,大量發(fā)熱,金粉熔化了。窗木是絕緣體,沒有在電流的通路上,因而保存完好“不異也”。
至于“神火”,也是一種放電現(xiàn)象。
電荷有一種愛“鉆牛角尖”的脾氣,無(wú)論什么導(dǎo)體上,電荷總是大量地集中在尖尖棱棱上,什么地方最細(xì)、最尖,它們?cè)绞峭抢飻D,直到那里擠滿了,其余電荷才不得不在一邊“排隊(duì)”等候,一旦棱角上有位置空下來,它們立刻往尖端擁。
當(dāng)帶電的烏云向船舶壓來的時(shí)候,這一帶水面上的感生電荷就會(huì)通過浪花濺濕的船舷集中到最突出的桅尖,這些電荷你擠我,我擠你,爭(zhēng)著向上與云中的異性電荷會(huì)合。到一定程度,尖端的電荷跳出去了,下邊排隊(duì)的電荷又不斷地?fù)砩蟻?,跳出去,發(fā)生了尖端放電,這就是“埃爾摩火”。
我國(guó)古代建筑上“避邪”的龍舌,也是可以集中電荷的尖端,“龍舌吐火”就是一種尖端放電,由于電荷從龍舌沿金屬線直通地下,不再?gòu)钠渌胤酵ㄟ^,雷電也就不會(huì)損壞屋宇了。因此我國(guó)古代“避邪”的龍舌、鴟尾等等,實(shí)際上都是一種利用尖端放電的避雷裝置。
富蘭克林捕捉到雷電以后,立即提出了避免雷擊的辦法。他指出,只要在建筑物上安裝一根尖的金屬桿,桿的末端通過導(dǎo)線和大地相連接,建筑物就可以免遭雷擊。避雷針就像一個(gè)梯子,閃電從容地滑下來,就不再傷害別人了。
1760年,富蘭克林在費(fèi)城一座大樓上立起了一根避雷針;1762年,英國(guó)出現(xiàn)了第一根避雷針。
1772年,為了保護(hù)火藥倉(cāng)庫(kù)避免雷擊,英國(guó)政府組織了一個(gè)研究對(duì)策委員會(huì),富蘭克林被任命為委員。誰(shuí)知,在這個(gè)委員會(huì)里,竟有人反對(duì)尖尖的避雷針,要把避雷針的頂端做成圓球形。
富蘭克林據(jù)理力爭(zhēng):“安裝避雷針的目的是避雷,只有做成尖頭,才易于放電,電荷在導(dǎo)體中總要集中到尖端……”
最終,他的主張被采納。
1776年,美國(guó)爆發(fā)了獨(dú)立戰(zhàn)爭(zhēng),要求跟英國(guó)殖民者脫離關(guān)系。富蘭克林積極參加了獨(dú)立運(yùn)動(dòng),成了著名活動(dòng)家。這樣一來,他便受到了英國(guó)官僚們的憎惡,連他發(fā)明的避雷針也遭到了無(wú)理的攻擊。
喬治三世把英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)約翰·普林格爾召來,命令道:“為了大英帝國(guó)的利益,你必須公開宣布:圓頭避雷針要比富蘭克林的尖頭避雷針安全可靠!”
73歲的普林格爾沉默了片刻,他用堅(jiān)定的聲音答道:“陛下,許多事情我都可以按照您的意志去辦,唯有此事,違背自然規(guī)律,無(wú)法遵旨!”
“混蛋!”國(guó)王咆哮了,“你給我滾出去!我撤你的職!”
不久,普林格爾便去世了。但是,避雷針始終沒有變成避雷球。
編輯/李章