在雷雨天,雷雨雲上的靜電會與地面產生「感應電荷」,造成雲底為負電、地表為正電的情況。根據導體表面電荷分佈的特性,電荷的密度以及電場的強度都跟導體表面的曲率半徑有關,半徑越小(也就是越尖銳),電荷密度跟電場強度就越高(見右圖),因此,地表上高聳尖銳的物體就成為電荷集中所在,該處產生的電場相較四周強,也是最容易引起閃電之處。於是大雷雨時,高聳的物體如旗杆、樹木、高塔、煙囪、電線桿等,都會成為閃電的通道,這也是為什麼下雷雨時,我們總是被告誡千萬不要站在寬廣的平地上,因為相對於空氣,人是良好的導體,容易引導電荷而受雷擊。

 高大的建築物為了避免遭到雷擊,通常都會安裝避雷針。避雷針是一支頂部高出建築物、底部與地面相接的金屬桿(見下圖),能夠吸引附近的雷電到自己身上來,使雷電通過自身而排到地面上,也就是「接地」。因此,避雷針的原理並不是阻擋雷電,而是引導雲層裡的電荷沿著安全路徑和地面的電荷中和,藉此保護建築物免受雷電傷害。

lightning%20ii-3.jpg 高空放電,降低雷擊傷害

 
虛線內細長的尖銳物體即裝置在機翼尾端的靜電刷,它們會集中電荷並藉由與空氣摩擦的方式釋放,可降低雷擊強度。(影像來源:http://www.sxc.hu)
 
圖為裝置於汽車後保險桿的靜電刷,透過行進時與地面摩擦,將車身的靜電荷釋放到地面。(影像來源:盧衍良)

 飛機在飛行中也有可能遭到雷擊,但是飛機沒有辦法裝接地的避雷針,該如何是好?其實飛機上的乘客不必擔心這個問題,因為由金屬構成的飛機外殼遭受雷擊時,電荷會均勻移動到互斥力最小的金屬外殼表面,而機身內部則不會有電荷,因此內部電場必定為零(見註)。 儘管如此,遭遇雷擊的飛機仍可能因強大電流使機身過熱而局部變形或熔毀;電流所形成的磁場,也會影響機上的電子裝置,對飛航安全還是會有一定的風險。為了降低雷擊的危害,飛機的機翼尾端會裝置靜電刷(見右圖),機身尾部通常也會安裝,藉由尖端放電原理,釋放機殼上因空氣摩擦而產生的電荷。金屬的尖端容易吸引電荷,也容易釋放電荷,當機殼上的電荷因釋放而減少時,就能夠大大降低雷擊強度,也就能減緩飛機遭受雷擊時所造成的傷害。換言之,靜電刷與避雷針不同,它主要目的在釋放電荷以降低雷擊強度。另外有些汽車會在後端保險桿裝置一根可拖行在地面上的靜電刷,也是為了排除多餘的靜電荷,如此一來,在乾燥的天氣中開車門,可減少觸電的可能性(見右圖)。 每次雷擊都會伴隨巨大能量產生,雖然我們對雷電的認識還非常有限,然而目前開發出的各種避免雷擊或降低雷擊強度的科技,已經足以保障大部份的民眾生活,雷擊已經不再那麼具有威脅了。註:金屬殼內部電場必定為零,可由金屬殼外施一外加電場的簡單例子了解。當金屬殼外加一電場(如下圖藍色箭頭所示),金屬殼會被感應而帶有正負電荷,正電荷往與電場同向的方向移動,負電荷則相反;移動的電荷會在金屬殼內部建立與外部電場抵消的新電場(如下圖紅色箭頭所示),因此金屬殼內部的電場為零。金屬殼內部電場必定為零,可由金屬殼外施一外加電場的簡單例子了解。當金屬殼外加一電場(如下圖藍色箭頭所示),金屬殼會被感應而帶有正負電荷,正電荷往與電場同向的方向移動,負電荷則相反;移動的電荷會在金屬殼內部建立與外部電場抵消的新電場(如下圖紅色箭頭所示),因此金屬殼內部的電場為零。

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