“山雨欲来风满楼”“黑云压城城欲摧”，当雷暴云袭来的时候，常常伴随着电闪雷鸣，令人不寒而栗。中国在雷电防护领域的探索比西方早了两个世纪，如今更是以创新材料技术引领全球避雷技术。到底是谁给云朵充电的呢？从古至今，我们又是如何化险为夷的呢？跟着科小二一起探索避雷装置的演变过程吧！

雷电形成的原理

云朵带电的原因是水滴和冰晶在气流中碰撞摩擦，产生正负电荷，然后在气流和重力的作用下分布形成不同极性的电荷区，当这些电荷聚集到一定程度时，就会穿过空气产生放电现象，于是出现了闪电。

我们从小就被教育下雨天不要在树下躲雨，否则可能会被雷电击中。因为大树顶上的枝叶尖尖细细，容易引来雷电。而作为高压电的雷电以树木为导体向地下传播时，会击伤附近的东西。

古人的避雷智慧

唐代《炙毂子》记载，汉朝时柏梁殿遭雷火后，巫师将一块鱼尾形状的铜瓦放在屋顶上，就可以防止雷电引起的天火。屋顶上设计的鱼尾龙头的瓦饰，实际上还可以避雷，这便是现代避雷针的雏形了。

1688年，法国旅行家卡勃里欧别·戴马甘兰在他所写的《中国新事》中惊叹：中国建筑屋脊的龙头装饰内含玄机：龙口吐出曲折的金属舌头，伸向天空，舌根连结一根细的铁丝，直通地下。

按照这一记载可知，一旦雷电击中房屋，电流就会先接触金属舌头，然后沿着铁丝导入地下，从而避免雷电击毁建筑物。由此可见，我国利用金属针引雷比富兰克林做的雷电实验至少早两个世纪。

避雷针的“引雷”真相

避雷针利用了尖端放电原理。在雷雨天气，云层中的电荷聚集在避雷针上，因为避雷针的尖头会吸引更多电荷。一旦云层的电荷达到临界点，空气就会被击穿，形成导电通道。所以准确地说，避雷针不是在避雷，而是在“引雷上身”，通过引下线和接地装置，将雷电流引入地下，从而起到保护建筑物的作用。如今，避雷针已被更精准地称为“接闪杆”。

开启智能避雷时代

2024年1月，一项突破性实验引发关注。在一间实验室里，出现了一次上万伏电压的瞬间发电。按理说，如此高压的短路放电会产生巨大的火花和爆破声，但当两端电极接触的瞬间，只听到轻轻一响，伴随着细小的火花，模拟的雷电能量瞬间消弥于无形。

这是使用浙大温研院研发的“新型相变材料雷电能量吸收器”的结果。

相变材料的防雷原理基于一种叫“介质极化效应”的物理现象。这种材料受到雷电的高压冲击时会发生相变，将雷电的高频能量转化为冲击波。在这个过程中，电能被转化为机械能并安全释放，从而实现了很好的防雷效果。

自从这款防雷产品在浙江省安吉天荒坪抽水蓄能电站运行以来，效果非常显著。受它保护的设备再也没有因雷击受损。这项新技术的成功，消纳、吸收了几十次雷电的能量，防雷效果十分显著。

从古时的鱼尾铜瓦，到现代的避雷针，再到如今的智能避雷系统，避雷针的发展见证了从古代简单装置到现代高科技的演变过程。

避雷针不仅保护了无数建筑物免受雷击的损害，还推动了电学和建筑技术的发展。雷电虽然无法避免，但人们可以利用科学技术有效保护自己和家园。相信在未来，我国的科研团队还会继续深耕，为各个行业的安全生产保驾护航。

本文根据首届“沈括杯”科普短视频创作大赛获奖作品整理

来源: 科小二