第十章建筑物的保护神
避雷针的发明
雷雨中放飞冒险捉“天电”
避雷针的发明是以莱顿瓶的诞生为标志而开始形成的电学的首次实际应用。讲到避雷针，我
们不能忘记电学的先驱本杰明·富兰克林(1706年～1790年)。他是美国著名的社会活动家、
物理
学家，他的“费城实验”(风筝试验)对大气电学的研究做出了贡献，并发明了避雷针。在当
时，他几乎成了电的化身，这不仅因为他创造了正电、负电、电池、电击、电刷、导体等现
在仍然使用的电学专用词汇，更因为他“从天空夺得了闪电”而震动了世界，影响至今。
18世纪以来，物理学家们在获取静电的同时，发现静电互相作用能产生类似小雷那样的火花
和响声，但是却没有人考虑到雷与电之间有什么联系。后来，莱顿瓶能贮存静电，使电学实
验技术有了很大的进步，做大型电火花放电实验的人越来越多了。但泽市长克拉拉特用几个
菜顿瓶连接起来组成莱顿瓶组以搜集贮存大量的静电，并用这大量的静电产生出了在100米
之处都能看得到的大火花。经过大量的电火花放电实验，人们开始考虑雷是否也是一种放电
现象?
1749年，40多岁的富兰克林兴致勃勃地开始了这方面的研究。
1752年7月的一天傍晚，美国费城市郊乌云密布，雷电交加。富兰克林带着他的儿子，迎着
雷电去放一只他精心制作的用白色丝绸做成的风筝。风筝上安着一根尖细的金属棒。风筝用
麻绳系住，麻绳的头上分开两叉，一边系一片铜钥匙，另一边系着一段丝线。他放松绳子，
风筝便借着风势，扶摇着直上云天。富兰克林一手握着丝线，一边甩开大步奔跑着，追着被
大风吹得飞快的风筝。
目睹着这一幕，人们惊讶极了!这不是疯子吧?除了疯子，有谁会在这样的雷雨天带着孩子来
放风筝呢?他们怎么会知道，富兰克林正在冒险进行一项惊人的科学实验——引取“天电”
。开始，并没有什么异常的现象。富兰克林正在纳闷，突然，随着一个电闪，他顿时觉得握
丝线的手像被千万根细针刺扎一样，当他用手去靠近那钥匙时，他的手指尖上立刻像有魔法
似的迸出火花来。富兰克林感到一阵麻木，立刻被击倒在地上。但他心里非常明白，他的实
验成功了，他引取了“天电”。那火花就是电，这跟他在实验室里用实验方法产生的电火花
是一模一样的!
他让儿子立刻用事先准备好的莱顿瓶接上麻绳，像神话中的所罗门把魔鬼关进瓶子一样。莱
顿瓶立刻就开始充电了，富兰克林真的把“天电”“捉”进了他的瓶子里!全世界都震惊了
，一向被看做是天神施威的雷电不过是带正电的云和带负电的云相遇而形成的一种强烈
的放电现象。它跟摩擦产生的电是同样的东西。
这次“风筝试验”具有深远的历史意义。一方面，它证明了闪电确实是一种放电现象；另一
方面，它导致了避雷针的发明，这是电学的首次重要应用。
1752年，富兰克林最先发明了避雷针，不久即在美国推广使用。随后，英国、德国等也陆续
安装了避雷针。从此，富兰克林发明的避雷针成为千万座楼房、高塔和一切高大建筑物的保
护神。
尖端避雷针建筑保护神
避雷针是根据金属棒的尖端容易吸收电流的原理发明的。在高大的建筑物顶上竖一根金属棒
，棒的下端用一根绝缘材料包裹的金属导线连接起来，一直连通到地下。这样，当雷电朝建
筑物击来时，强大的电流就会被金属棒吸引，顺着导线直通到地下，使建筑物免遭雷击。
富兰克林的研究成果使静电研究进入动电研究的新领域，给电的应用奠定了基础。
在避雷针的形状问题上，曾出现了一次争论。1772年，为了保护火药仓库避免雷击，英国政
府组织了一个研究对策委员会，避雷针的发明人富兰克林被任命为委员，在讨论中，对避雷
针的形状，展开了激烈的争论。有人说避雷针的顶端应该做成圆球形。有些人狂热地支持说
：“对!自古以来，圆就表示完美无缺!”“不对!”富兰克林反驳说安装避雷针的
目的是避雷，只有做成尖头，才易于放电，从而避免雷击……”。结果，富兰克林的主张被
采纳。
1776年，美国爆发了独立战争，要求跟英国脱离从属关系。富兰克林作为美国人，积极为独
立运动奔走呼号。这样一来，他受到了英国人的憎恶，连他发明的避雷针也一起遭到攻击。
出于政治需要，1780年，英王乔治三世亲自发布命令：“把克攸王宫以及其他地方的尖头避
雷针砸掉，统统换成圆球的。”并把当时的科学权威、英国皇家学会会长约翰·普林格尔叫
来：“教授，为了大英帝国的利益，请你公开宣布，圆头避雷针比尖头的更要安全可靠。”
为了维护科学的尊严，普林格尔坚定不移地答道：“陛下，许多事情可以按您的愿望去办，
但这件事违背自然规律，我不能照办!”“岂有此理!”国王咆哮了。第二年，普林格尔被迫
辞了职。但是富兰克林的避雷针却已深深扎在人们的心里。
风筝试验是富兰克林一生中最光彩的篇章。在其后的日子里，他继续进行各种科学研究。除
电学方面外，他在光学、化学、热学、植物学方面都建树颇丰。即使在晚年，他还信心百倍
地展望了科学的未来。他曾这样写道，“科学的迅速发展使我有时感到遗憾，我出生得太早
了。”
瓦饰早妙用更新又换代
事实上，我们聪明的祖先远在西方之前就发明了避雷装置，并一直沿用了几千年。据《后汉
书》记载，一次，当时的未央宫遭雷击起火后，有一位名叫“勇之”的方士向汉武帝建议，
在宫殿的屋脊上安装“鸱鱼”来防止灾难。从此后，我国古建筑的屋脊上大多安装了这一类
金属瓦饰，有的是龙，有的是飞鱼、雄鸡。虽然，它们形状各异却都是尖状物指向天空。尽
管没有引导线与地面连接，但大雨淋湿的屋檐和墙壁自然起到接地的作用。即使是猛烈的落
地雷也通常只是击毁了这些高于屋脊的瓦饰，而保全了建筑物的主体。
大约在三国时期，工匠们也意识到接地的重要，他们在筑造古塔时，顶部安上了钢铁制造的
“葫芦串”，自然着眼于避雷的目的。而且还把它与涂了金属粉末而容易导电的塔心柱连接
起来，柱下又设置了贮藏金属的龙窟，组成了一套十分完整的避雷装置。如江苏省高淳县的
保圣寺塔始建于公元229年的三国时期，塔高315米，远远高于周围的建筑群，由于塔顶安
装了4米高的铁制古刹，至今历经千年从未遭到雷击。1688年西方传教士马卡连来华在《中
国札记》上写道：“中国有些建筑物的屋顶上有一种叫做龙的装饰物，它头部仰向天空，
张着嘴，这些怪物向上伸出的舌头是根尖端的金属芯子，另一端和埋在地下的金属相接，能
让雷电跑到地面去而不伤害建筑物。”就按这位西方人的记载来算，也比富兰克林要早70年
。
当然从现在的眼光来看富氏的尖端避雷针并非尽善尽美。1977年美国纽约市遭到巨大雷击，
输电系统全被破坏，此后美国科技界对避雷针做了更新换代。
今天使用的新颖避雷针外形像鸡毛掸子，它的中心是一根管子，顶端引出2000根细细的导线
，导线呈辐射状，它可以驱散聚集在建筑物周围的静电荷，有很强的避免形成闪电的能力。
我国武汉水利学院解广润教授发明的半导体消雷器，当带电的乌云笼罩其上时，会冲出1米
高的电晕火花，直冲云层与天空里的电中和，从而避免了雷电的形成。
