揭开雨伞“放电”的奥秘

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揭开雨伞“放电”的奥秘

六月的安徽逐渐进入梅雨季节。你知道吗，在下雨天里，如果我们打伞经过高压线下，很可能伞的顶端会冒出电火花，发出滋滋的响声。为什么会出现这种现象呢？对人体会不会造成危害？

其实这是一种“尖端放电”现象，也是我们日常生活中一种常见的物理现象。今天我们就来深入了解一下什么是“尖端放电”。

所谓“尖端放电”，简单的说，就是指在强电场作用下，物体尖锐部分发生的一种放电现象。雨伞铁质骨架的尖端部分出现电火花正是“尖端放电”的反映。为什么会出现这种现象呢？

这是因为导体上的电荷分布与其表面形状有关，表面越尖锐凸出的地方，电荷的分布就越密集，其周围的电场强度也就越大。当电荷密度达到一定强度时，就会将其周围的空气“击穿”，也就是将空气电离，产生正、负粒子。这就使导体的尖端部分在短时间内聚集大量带电粒子。根据电荷同性相斥异性相吸原理，与导体尖端部分带有相反电荷的粒子就会发生吸引、中和，而与导体尖端部分带有相同电荷的粒子会出现互相排斥，从而产生放电现象。

我们知道，晴天空气几乎是不导电的，所以经过高压线下，遮阳伞不会出现电火花。但是在下雨天，空气因为潮湿而会传导电流，高压线周围的强电场就会传导至雨伞的金属伞柄或伞骨上，而雨伞比较尖的金属部分就容易产生“尖端放电”现象，出现滋滋响的电火花。虽然这种放电现象通常不会对人体造成太大伤害，但为了安全，下雨天还是不要在高压电线下打伞。

其实“尖端放电”现象在日常生活中是很常见的，比如在干燥的冬天，你脱毛衣时可能会听到噼啪声，会看到静电火花，这其实也是一种微小的尖端放电现象。还有，当你用塑料梳子梳头时，头发可能会因为静电而竖起来，这也是电荷在头发尖端集中的结果。

在安徽省科技馆一楼“科学征程”展厅，一个外观像风扇一样的展品引起众多参观者的兴趣。摇动手轮，“风扇”就会快速地转动起来，而其背后紧邻的两个小金属球之间便产生滋滋响的电火花。这是一种能连续取得并可积累较多正、负电荷的实验装置，名字叫维氏起电机。两个小球之间产生的电火花便是“尖端放电”现象。此外，在展厅的“电磁大舞台”展区，也有一系列展品装置向观众展示着各种奇妙而有趣的放电现象。参观者可以通过不同的放电现象了解法拉第、特斯拉、富兰克林等著名科学家们的经典实验。比如富兰克林的“风筝实验”，就是利用“尖端放电”原理揭示雷电之谜，并制造出了世界上第一个避雷针。

雷电是一种大气放电现象，一般产生于对流强烈的积雨云中。积雨云上部有冰晶和水滴，它们在空气对流过程中会使云中带电。一般云的上部是正电荷，下部以负电荷为主。这样在中间就形成了电位差，当电荷积累到一定程度时，云层间的空气会被击穿，产生电离，从而产生放电现象，这就是雷电。与此同时，下方的带电云层会与地面产生静电感应，使地面和建筑物感应到异性电荷。一些很高的建筑物以及空旷地带的大树、旗杆、电线杆等就容易产生“尖端放电”现象，这就是我们为什么说雷雨天不要在大树下躲雨。

为了避免高大建筑物上方因积累大量电荷而被雷击的灾害发生，就需要在建筑物的顶部装上避雷针。避雷针又叫引雷针，它通过吸引上方积累的异性电荷达到中和的目的，并通过连接地面的导体将电流疏导至地面，最终被大地吸收。这个过程就像大型水库一样，先把上游洪水引流到水库中，然后通过有序疏导、分洪，避免洪水大量聚集而发生灾害。

利用“尖端放电”原理，人们还制造了各种除尘器。当粉尘颗粒经过高压电场时，它们会被带上电荷，并在电场力的作用下向收集板移动，最终被捕获并清除。

主办单位 | 安徽省科学技术馆

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