1752关于弗兰克林提出避雷针的初衷
1. 富兰克林的原始设想:消雷(中和电荷)
富兰克林基于他对“尖端放电”现象的观察,提出了一个理论:
设想: 他认为云层带电时,如果在地面安装一个高耸且尖锐的金属针,这根针可以缓慢而连续地向大气释放电荷。
目的: 他希望通过这种方式中和云层中的电荷,从而预防闪电的发生。也就是说,他最初想让雷电“胎死腹中”。
2. 实际的物理效果:引雷(泄导电流)
随着科学的发展,人们发现避雷针的电荷中和能力非常有限,根本无法排空庞大雷雨云中积累的电量。
现实: 当云层电荷积累到足以击穿空气时,避雷针由于其高度和尖端效应,会成为闪电首选的击中点。
作用: 避雷针实际上是“主动求雷劈”。它将雷电吸引到自己身上,然后通过加粗的导线安全地将巨大的电流引入大地,从而保护建筑物不被损毁。
3. 名称的误区
中文名称: “避雷针”这个译名其实带有一定的误导性,听起来像是“躲避”雷电。目前规范中的名称为“接闪器”,更加科学的给出了功能定义。
英文名称: 英文原名是 Lightning Rod(雷电棒),更符合其物理本质——一个接地的金属棒。
总结对比
维度 | 富兰克林的初衷(消雷) | 现代科学的共识 (引雷) |
核心机制 | 尖端放电中和电荷 | 改变局部电场,诱导雷击 |
最终结果 | 试图让闪电不发生 | 让闪电发生并导向大地 |
保护方式 | 预防性保护 | 泄流式保护 |
弗兰克林提出的避雷针无法消除闪电的原因在于:
电荷的释放需要外在高电场,这种自然界种的电场无法人为控制,避雷针针尖在电晕放电和接闪雷电之间随时切换,即很容易把闪电引下来。
众多测试证明,即便在高电场下,避雷针针尖产生的电晕放电电流也是极其微小的,不超过1mA,因此如此小的电量根本不足矣中和雷云电荷。
电荷在大气中的寿命很短,大概2分钟,而电荷在阴天电场中的移动速度仅为3m/s,因此,在电荷消失前,这个速度无法抵达云层中和电荷。另外电荷受风速等天气因素影响,更增加了不确定性。
综上,靠尖端避雷针,无论是单根还是多根都无法到达中和电荷的目的。
关于CMCE多电场补偿技术
CMCE多电场补偿技术,基于无源的主动吸收电荷技术,因此CMCE工作不依赖于强电场环境,而是在极低的晴天中就可以工作(晴天大气电场100v/m左右)。在晴天时吸收的大气电荷就可以产生10mA以上的电流,且动态实时感知大气电场的变化,随时调整吸收电荷的效率,达到稳定电场降低电场的目的,避免强电场击穿空气形成闪电。