古代には雷を防ぐために魚尾形の銅瓦が使われ、現代には「雷を吸収する工芸品」がある。なぜ中国の雷防御技術は世界をリードしているのか？

「嵐が近づいており、風が建物全体に吹きつけている」、そして「暗い雲が街を圧迫しており、街は破壊されようとしている」。雷雲が発生すると、雷鳴や稲妻が伴うことが多く、身が凍るような感覚になります。中国は西洋よりも2世紀早く避雷の研究を始め、革新的な材料と技術により現在では避雷技術で世界をリードしています。雲に充電するのは誰ですか?古代から現代まで、私たちはどのように危険を乗り越えてきたのでしょうか？ Ke Xiaoer さんと一緒に避雷装置の進化を探ってみましょう!

雷の発生原理

雲が帯電する理由は、水滴や氷の結晶が空気の流れの中で衝突したり擦れたりして正と負の電荷が発生し、それが空気の流れと重力の作用によって分散され、異なる極性の帯電領域が形成されるためです。これらの電荷が一定レベルに達すると、空気中を通過して放電が発生し、雷が発生します。

私たちは子供の頃から、雨の日は木の下に隠れてはいけない、そうしないと雷に打たれるかもしれない、と教えられてきました。大きな木のてっぺんの枝や葉は鋭く細いので、簡単に雷を引き寄せてしまいます。高電圧の電気である雷が木々を導体として地下を伝わると、近くの物体に損傷を与える可能性があります。

雷を避ける古代人の知恵

唐代の『志古子』によれば、漢代に百良宮に落雷があった後、魔術師が雷による火災を防ぐために魚の尾の形をした銅瓦を屋根に置いたという。屋根の上の魚の尾のような龍の頭の形をした瓦は、実際に雷を防ぐことができます。これが現代の避雷針の原型です。

1688年、フランス人旅行家カブリオレ・ド・マガリャエスは著書『中国の新事情』の中で、中国の建物の屋根にある龍の頭飾りに秘密があることに驚嘆した。龍の口からは曲がりくねった金属の舌が吐き出され、それが空に向かって伸び、その舌の根元はまっすぐ地面に伸びる細い鉄線につながっているのである。

この記録によると、雷が家屋に落ちると、電流はまず金属の舌に接触し、次に鉄線に沿って地面に流れ込み、雷が建物を破壊するのを防ぐという。このことから、我が国で金属針を使って雷を発生させるようになったのは、フランクリンの雷実験よりも少なくとも 2 世紀前だったことがわかります。

避雷針についての真実

避雷針は先端放電の原理を利用しています。雷雨の際には、避雷針の尖った先端がより多くの電荷を引き付けるため、雲の中の電荷が避雷針に集まります。雲の電荷が臨界点に達すると、空気が分解され、導電経路が形成されます。つまり、正確に言うと、避雷針は雷を避けるためではなく、「雷を引き寄せる」ために使われます。引き下げ導体と接地装置を通じて雷電流を地下に導き、建物を保護します。現在では避雷針はより正確には「避雷針」と呼ばれています。

インテリジェントな雷保護の時代を切り開く

2024年1月、画期的な実験が注目を集めた。実験室で、瞬間的に数万ボルトの電流が発生しました。論理的に言えば、このような高電圧の短絡放電は巨大な火花と爆発を引き起こすはずですが、両端の電極が接触すると、小さな火花を伴ってわずかな音が聞こえるだけで、模擬雷エネルギーは一瞬にして跡形もなく消え去りました。

これは浙江大学温州研究所が開発した「新型相変化材料雷エネルギー吸収体」を使用した成果です。

相変化材料の雷保護原理は、「誘電分極効果」と呼ばれる物理現象に基づいています。この物質は雷の高電圧衝撃を受けると相変化を起こし、雷の高周波エネルギーを衝撃波に変換します。このプロセスでは、電気エネルギーが機械エネルギーに変換され、安全に放出されるため、優れた避雷効果が得られます。

この避雷製品は浙江省安吉市の天皇坪揚水発電所で運用されて以来、その効果は非常に顕著です。この装置が保護する機器は、落雷によって再び損傷を受けることはありませんでした。この新技術の成功により、数十回の落雷のエネルギーが消散・吸収され、避雷効果は極めて顕著です。

古代の魚尾型銅瓦から現代の避雷針、そして今日のインテリジェントな避雷システムに至るまで、避雷針の発展は、単純な古代の装置から現代のハイテクへの進化を目の当たりにしてきました。

避雷針は、数え切れないほどの建物を落雷による被害から守るだけでなく、電気技術や建築技術の発展を促進します。雷は避けられませんが、科学技術を活用すれば、自分自身や家を効果的に守ることができます。今後も我が国の科学研究チームは、様々な産業における安全な生産の確保に向け、引き続き努力を重ねていくものと信じております。

この記事は、第1回「神郭杯」科学普及短編動画コンテストの受賞作品に基づいて編集されています。