Громоотвод (история изобретения). Бенджамин Франклин

По статистике, на Земле в среднем ежедневно выпадает до 45 тыс. грозовых дождей, сопровождаемых 8 млн. молний. Несложно подсчитать, что каждую секунду в атмосфере происходит примерно 100 электрических разрядов. Тит Лукреций Кар, поэт и философ I в. до и. а, так описывал это явление в своей поэме «О природе вещей»:

Прежде всего небеса лазурные гром сотрясает

В силу того, что, летая высоко в пространстве эфира,

Тучи сшибаются там под натиском ветров противных...

Однако как формируются грозовые тучи? Почему раскат грома следует за разрядом молнии, а не наоборот? Каким образом молния может вызвать пожар либо убить человека или животное? Ответы на многочисленные вопросы о «небесном огне» люди смогли получить без малого два тысячелетия спустя.

В древние времена люди считали сходящее с небес и сопровождаемое страшным грохотом пламя проявлением божественного гнева. Большинство политеистических религий имели в своем пантеоне специального бога, заведовавшего громом и молниями. Иногда, как в Древней Греции и Риме, эта функция придавалась верховному божеству. Надеясь на милость богов-громовержцев, люди приносили им богатые жертвы и совершали особые ритуалы, но со временем сообразили, что кое-что для своей защиты от молний можно сделать и самим. И хотя сведения о первых защитных сооружениях почерпнуты из легенд, в основе большинства из них лежат, как правило, реальные факты.

Возможно, первые молниеотводы (в разговорной речи прижилось неправильное, но более благозвучное «громоотвод») были изобретены еще в Древнем Египте и использовались для защиты храмов и дворцов. Конечно, грозы в долине Нила явление нечастое, однако есть свидетельства о том, что египетские мореплаватели с этой же целью золотили верхушки самых высоких мачт.

В Средние века от молний пытались защититься по большей части магическими средствами. Считалось, что от небесного огня защищают змеиная кожа, сердолик, лавр, боярышник, омела, гнездо ласточки под стрехой, а император Карл Великий издал закон, предписывающий сажать на крышах зданий растение Iovis barba (молодило). Впрочем, деревянные дома гораздо сильнее защищало соседство высокого каменного здания с металлическим шпилем или церкви с крестом: было замечено, что молнии выбирают самое высокое сооружение. Однако, чтобы научиться по-настоящему давать отпор грозной гостье, надо было иметь представление о ее природе.

Электрические и электромагнитные явления люди наблюдали с древности, недаром само слово «электричество» происходит от греческого elektron «янтарь». Фалес Милетский еще в VI в. до н. э. заметил, что кусок янтаря, натертый шерстяной тканью, начинает притягивать мелкие предметы, а если приблизить к такому наэлектризованному куску янтаря иголку, можно увидеть мелкие искры. Исаак Ньютон в 1716 г. писал об этом явлении: «Искра напомнила мне молнию в малых размерах». В 1745 г. голландский ученый Питер ван Мушенбрук изобрел первый электрический конденсатор, названный по месту изобретения лейденской банкой. Оставалось совсем немного до осознания того, что искра между янтарем и металлом, разряд лейденской банки и молния явления одного порядка.

Идея, как говорится, витала в воздухе, поэтому нет ничего удивительного, что опыты с атмосферным электричеством проводились параллельно в разных странах разными учеными. Между 1721 и 1745 гг. в российском городе Невьянске по инициативе промышленника Акинфия Демидова была построена 57-метровая башня, к металлическому шпилю которой было подведено заземление. К сожалению, имя зодчего Невьянской башни осталось неизвестным. Французские ученые Жак Рома и Тома Франсуа Далибар независимо друг от друга в 1752 г. проводили опыты по выяснению электрической природы молнии с использованием воздушных змеев (металлическое острие змея с помощью проволоки соединялось с конденсатором).

Однако изобретателем молниеотвода общепризнанно считается американский ученый и общественный деятель Бенджамин Франклин. Выросший в бедной семье, Франклин по воле судьбы сменил не один вид деятельности. В 1727 г. он открыл в Филадельфии свою типографию и занялся издательской деятельностью, затем основал первую в Америке публичную библиотеку, философское общество, стал главным почтмейстером всех североамериканских колоний, побывал в должности посла и принял участие в создании американской конституции.

Ж. Дюплесси. Бенджамин Франклин. 1778 г.

Физикой Франклин занимался всего в течение семи лет, однако за это время он успел столько, что академии наук многих стран (в том числе и России) сделали его своим почетным членом.

В середине 1740-х годов образованные люди массово проявляли интерес к опытам с электричеством, публичные демонстрации собирали множество зрителей. В 1747 г. Франклин посетил лекцию некоего доктора Спенса, который демонстрировал «электрическую машину». Будущий изобретатель, к тому времени уже имевший средства и досуг для хобби, пришел в такой восторг от изрыгающего треск и искры агрегата, что немедленно купил необходимое оборудование и начал производить подобные опыты.

Франклин обнаружил, что если на заряженном кондукторе электрической машины укрепить металлический прут, то разряд с кондуктора стекает постепенно, без искр и треска. Фактически это были так называемые огни святого Эльма коронные разряды, которые можно наблюдать во время или перед грозой на высоких тонких объектах вроде шпилей или мачт. Если при высоком потенциале электрического поля какой-либо предмет оттягивает на себя часть заряженных частиц, вместо искрового разряда (молнии) возникает коронный, не обжигающий и не вызывающий возгорания. Франклину это было не известно, однако его практичный ум увидел возможности применения этого эффекта. Если молния та же электрическая искра, то почему бы с помощью заостренного металлического шеста не разрядить облака и не отвести опасные заряды в землю?

Опыт с воздушным змеем, сходный с тем, что проводили французские физики, убедил Франклина в электрической природе молнии. Дело было за малым соорудить устройство, которое будет перетягивать заряд из облака на себя, не позволяя сформироваться полноценной молнии. Если же такая задача окажется молниеотводу не по зубам, он примет удар стихии и отведет разряд в землю без ущерба для зданий.

Опыт Франклина с воздушным змеем. Гравюра XIX в.

Огни святого Эльма на мачтах и реях корабля.

В 1752 г. Франклин написал о своих исследованиях в Лондонское королевское научное общество, однако реакция была, мягко говоря, сдержанной. Эти письма Франклин опубликовал в ежегодном «Альманахе бедного Ричарда», издателем которого он был на протяжении многих лет, а затем выпустил отдельной книгой под названием «Опыты и наблюдения над электричеством, проделанные в Филадельфии в Америке Бенджамином Франклином». Книга была переведена на немецкий и французский языки и разошлась по всему свету. По всей Америке и Европе, в том числе и в России, ученые и любители повторяли опыты Франклина, а металлические шесты, во время грозы рассыпающие искры, на время стали самой популярной забавой.

Через год Франклин предложил заострить верхний конец молниеотвода, поскольку заметил, что с острия разряд стекает без искр. Он установил на своем доме изолированный железный шест, соединил его проводником с землей и даже включил в цепь звонок, чтобы молния сама предупреждала хозяина дома о своем появлении. В 1754 г. чешский священник Прокоп Дивиш соорудил в своем саду «машину для погоды». Это был более усовершенствованный молниеотвод, который состоял из более чем 400 заземленных железных шпилей и был высотой около 42 м. Судьба этого сооружения печальна. Дивиш утверждал, что его детище способно менять погоду, и, когда сильные морозы погубили озимые, крестьяне, обвинив в этом священника, разрушили молниеотвод. Однако победное шествие «ловушек для молний» было уже не остановить.

Молниеотвод.

Интерес к изобретению Франклина породил множество оригинальных конструкций, таких как зонт с молниеотводом.

В современном молниеотводе можно выделить три части. Для приема разряда служит молниеприемник В зависимости от характеристик защищаемого объекта он изготовляется в виде металлического штыря, сети из проводящего материала или металлического троса, натянутого над объектом. Провод большого сечения заземляющий проводник, или токоотвод отводит заряд к проводнику, соприкасающемуся с землей, заземлителю. Вокруг молниеотвода находится защитная зона в форме конуса с радиусом основания, приблизительно равным высоте молниеотвода, поэтому молниеприемник должен быть расположен как можно выше.

Если молниеотвод установлен правильно, он способен перехватить около 99% молний. Вероятность того, что разряд попадет внутрь защитной зоны, даже в сельской местности очень мала, а тем более в городе, где внешняя защита дополнена шинами выравнивания потенциалов, которыми соединены с контуром заземления все металлоконструкции здания. Однако если задача спасения от молний людей и зданий в целом решена, перед исследователями природного электричества все равно еще стоит немало вопросов, например защита особо чувствительной электроники и использования грозовой энергии на благо человека.

Молнии над Эйфелевой башней.

Различные виды молниеотводов и их креплений конца XVIII в.

К 1782 г. в Филадельфии было установлено 400 громоотводов. Крыши всех общественных зданий были увенчаны металлическими штырями за исключением гостиницы французского посольства, поскольку Франция громоотвод официально не признавала. Во время сильной грозы 27 марта 1782 г. именно в этот дом ударила молния. Гостиница была частично разрушена, а живший в ней французский офицер убит. После этого случая, имевшего широкий общественный резонанс, громоотводы были установлены уже на всех филадельфийских зданиях.

Сегодня молниеотвод – это продуманная система, состоящая из молниеприемника, токоотвода и заземлителей. Молниеприемник представляет собой длинный штырь из металла, который устанавливается над защищаемым объектом. Токоотвод в виде металлического кабеля соединяет молниеприемник с заземляющим устройством – по нему продвигается разряд молнии. Заземлители находятся в земле и отдают опасный ток в почву.

Громоотводами в обязательном порядке оснащают все строения и жилые дома. У нас вы можете , который будет надежно защищать вас, вашу семью, дом и имущество в нем.

Кто изобрел молниеотвод

Изобретению молниеотвода, без которого сложно представить нынешнюю жизнь, мы обязаны Бенджамину Франклину. Во время опытов с электрической машиной ученый заметил, что по прикрепленному к кондуктору машины металлическому штырю разряд тока как бы плавно стекает, без треска и искр. Тогда Франклин предположил, что штырь из металла сможет уберечь людей и здания от молнии, ведь молния по сути является электрической искрой.

Первый громоотвод и его распространение

Первый громоотвод появился в 1760 году. Бенджамин Франклин установил его в Филадельфии на доме купца.

Это был длинный заостренный шпиль, на конце которого был позолоченный наконечник, защищающий металл от коррозии. Шпиль был закреплен на крыше, а от него спускалась проволока, заглубленная в почву другим концом.

После этого начался повальная мода на громоотводы. Если первое время их устанавливали лишь на церковные шпили, то вскоре даже женские шляпы и зонты оснащались молниеотводами.

В то же время англичане невзлюбили изобретение американцев и всячески стремились предотвратить распространение громоотводов.

Часть общественности скептически относилась к «улавливателям молнии» – известен случай судебного разбирательства между соседями, один из которых установил на своем участке громоотвод, а другие были категорически против этого. Дело, длившееся аж 4 года, завершилось оправданием соседа с молниеотводом.

Спустя время придумали молниеприемник в виде двух опор и натянутого между ними проводника. Так появился тросовый молниеотвод.

Изобретенный Франклином громоотвод совершенствовался и дорабатывался. Большую лепту в развитие системы молниезащиты внес российский ученый М. В. Ломоносов.

Существующие сегодня громоотводы – это эффективная защита от прямых ударов молнии. Если молниеотвод правильно установлен, он гарантирует 99%-ную защиту.

В XVIII веке пытливый человеческий ум добрался до исследования таких явлений как: электричество и магнетизм. Выдающийся американский исследователь и известный политик, один из авторов американской Конституции - Бенджамин Франклин, увлеченно изучавший заряженные частицы, первым обратил внимание на схожесть природы атмосферного электричества и электричества, получаемого в процессе трения. Следующим закономерным выводом, сделанным великим ученым, стала его теория об электрической природе возникновения молний. Параллельно, в ходе своих многочисленных экспериментов, Франклин одним из первых выявил электрические свойства проводников, имеющих остроконечную форму. Именно их он и предложил использовать для предотвращения прямого попадания молнии в высокие строения и уничтожения электрического заряда в грозовых тучах. Так Бенджамин Франклин придумал громоотвод – изобретение, которое человечество повсеместно использует и по сегодняшний день.

Устройство, смонтированное Далибаром, представляло собой заостренный вертикальный железный штырь, 40 футов в высоту, установленный на деревянной подставке, не являющейся проводником электричества. Вскоре, во время сильной грозы 10 марта 1752 года, на проводнике были зафиксированы первые россыпи искр длинной 4-5 сантиметров. Конструкция, возведенная Далибаром, еще не являлась громоотводом в современном понимании, но уже служила доказательством того, что существует возможность «поймать» и свести атмосферное электричество к земле. Повторив опыт при перед Людвигом XV, Томас-Франсуа Далибар получил пожизненную денежную пенсию.

Летом 1752 года Франклин проводит еще один свой знаменитый эксперимент с запуском воздушного змея под облака. Его попытка при помощи змея собрать электрический заряд и перевести атмосферное электричество по металлическому шнуру от змея к поверхности земли увенчалась успехом и окончательно утвердила ученого в мысли, что свойства атмосферного электричества сходны со свойствами электричества, полученного на земле.

В сентябре 1752 Франклин устанавливает на крыше своего дома в Филадельфии железный 9-футовый остроконечный стержень и соединяет его с колодцем 7-миллиметровой железной проволокой. Проволоку ученый провел через комнату, установив на нее электрический звонок, который должен был приходить в действие при попадании молнии в громоотвод. Этот прибор для исследования и стал первым прототипом современного заземленного . Вскоре молниеотводы получают широкое распространение в Америке, и уже к 1783 году в одной только Филадельфии их насчитывается более 400. К слову, в дом Франклина молния все же ударила много лет спустя (в 1786 году), не причинив зданию никакого вреда, что дало ученому возможность увидеть свой громоотвод в действии.

В Европе изобретение Франклина поначалу встретило яростное сопротивление со стороны ученых-консерваторов и религиозных деятелей, но с течением времени целесообразность установки громоотводов была доказана на практике.

Выдающиеся способности Франклина, как политического деятеля, дипломата, писателя, ученого, естествоиспытателя и исследователя общественных процессов были высоко оценены его современниками и признаются потомками. В знак уважения к его вкладу в развитие науки и общества, портрет Бенджамина Франклина с 1914 года неизменно наносится на 100$ купюры в США – это честь, которой, как правило, может быть удостоен только президент Соединенных Штатов.

Громоотвод: как это работает?

В наш век стремящихся ввысь городов, нет необходимости обсуждать вопрос «для чего нужен громоотвод». Каждый школьник знает, что возвышающиеся над землей объекты попадают во время грозы в повышенную зону риска. Интереснее выяснить: как работает громоотвод.

Принцип действия классического громоотвода основан на свойстве металлического заземленного предмета перехватывать молнию, направляющуюся к земле. Молниеотвод состоит из трех основных частей:

• Мониеприемника – металлический штырь или провод, предназначение которого принять на себя удар молнии;
• Токоотвода – металлического проводника (провода), призванного отправлять ток от молниеприемника в заземлитель;
• Заземлитель – металлические стержни, проволока, лента, сваи, арматура железобетонного фундамента здания и пр., чья задача распределить ток молнии в земле.

В настоящее время продолжается поиск способов защититься от молнии. Ученые ищут новые способы уберечь имущество и жизни людей. Разработаны и совершенствуются громоотводы на радиоактивных элементах, так называемые «активные молниеотводы», громоотводы с использованием лазерного луча и даже конструкции, предотвращающие развитие и, соответственно, удар молнии. Энтузиазм ученых заставляет верить, что вскоре мы забудем о пожарах после грозы.

Но каждое из этих новых устройств имеет проблему. Радиоактивные молниеотводы оказались слишком опасны для человека из-за выделяемой в процессе работы радиации. «Активные молниеотводы», как и молниеотводы, препятствующие возникновению разряда молнии, не имеют научного подтверждения, а значит, их применение под глубоким сомнением. Лазерные молниеотводы так и не смогли выйти из-за стен лабораторий и существуют только в виде экспериментальных установок.

Сложилась парадоксальная ситуация. В современном мире, несмотря на буйство технологий, самыми эффективными и оптимальными по сумме функциональных, потребительских и эксплуатационных качеств остаются громоотводы имеющие в своей основе принципы, выработанные Бенджамином Франклином. Это означает, что металлические стержни, установленные на крыше дома, проводники, проложенные по стенам и штыри в земле объединенные в единую систему – до сих пор являются лучшим выбором для грозозащиты!

Несмотря на пока что провальные попытки создать супер-громоотвод, в последние 30 лет появились возможности бороться не с прямым ударом молнии, а с его последствиями. Например, с шаговым напряжением с легкостью лишающим человека жизни, со скользящими по поверхности земли разрядами молнии, поджигающими склады с боеприпасами, с заносом тока молнии в здание по проводам, безжалостно выводящим из строя дорогие электроприборы и сложное производственное оборудование. Многолетняя работа научного сообщества не прошла даром. Были уточнены, проверены временем правила создания громоотводов. Сегодня проектировщики имеют в руках нормативные документы и компьютерные программы, позволяющие создать молниезащиту с высочайшей надежностью!

На сегодняшний день практически все общественные здания, которым потенциально угрожает попадание молнии, снабжены защитными средствами в виде . Находясь внутри здания во время грозы, мы можем не опасаться за свою жизнь.

Таким образом, величайшее изобретение Бенджамина Франклина, сделанное им в XVIII веке, стало основой для борьбы с одним из самых больших страхов – страхом перед мощной разрушительной силой небесной стихии.

Ваш отзыв очень важен для нас! Пожалуйста, оцените данную статью.

Хотя есть свидетельства о существовании конструкций c молниеотводами и до этой даты (например, Невьянская башня , бумажные змеи Жака Рома).

Описание первого способа защиты от молний появляется в ежегоднике «Альманах Бедного Ричарда». «Способ этот таков, - писал Франклин. - Возьмите тонкий железный стержень (каким, например, пользуются гвоздильщики) длиною достаточною для того, чтобы три-четыре фута одного конца опустить во влажную землю, а шесть-семь другого поднять над самой высокою частью здания. К верхнему концу стержня прикрепите медную проволоку длиной в фут и толщиной с вязальную спицу, заостренную как игла. Стержень можно прикрепить к стене дома бечевой (шнуром). На высоком доме или амбаре можно поставить два стержня, по одному на каждом конце, и соединить их протянутой под коньками крыши проволокой. Дому, защищенному таким устройством, молния не страшна, так как острие будет притягивать ее к себе и отводить по металлическому стержню в землю, и она уже никому не причинит вреда. Точно так же и суда, на верхушке мачты которых будет прикреплено острие с проволокой, спускающейся вниз на палубу, а затем по одному из вантов и обшивке в воду, будут предохранены от молнии».

Состоит из трёх связанных между собой частей:

• молниеприёмник - служит для приёма разряда молнии и располагается в зоне возможного контакта с каналом молнии; в зависимости от защищаемого объекта может представлять собой металлический штырь, сеть из проводящего материала или металлический трос, натянутый над защищаемым объектом
• заземляющий проводник или токоотвод - проводник , служащий для отвода заряда от молниеприёмника к заземлителю; обычно представляет собой провод достаточно большого сечения
• заземлитель - проводник или несколько соединённых между собой проводников, находящихся в соприкосновении с грунтом ; обычно представляет собой металлическую плиту, заглублённую в грунт

Элементы молниеотвода соединяются между собой и закрепляются на несущей конструкции. Поскольку вероятность поражения наземного объекта молнией растёт по мере увеличения его высоты, молниеприёмник располагается на возможно большей высоте либо прямо на защищаемом объекте, либо как отдельное сооружение рядом с объектом.

Заземляющий проводник или токоотвод не обязательно должен быть проводник. Например, молниеотвод по патенту на изобретение №2019002 (1994.08.30) представляет собой радиопрозрачную диэлектрическую трубу, снизу закрыт и заземлен. Понижение давления внутри трубы создается набегающим ветром. Развивающаяся молния создает в трубе газоразрядный градиент. Разряд молнии отводится в землю плазмой внутри трубы.

Иногда молниеотвод встраивается в декоративные элементы здания или сооружения (флюгеры , навершия колонн и т. д.).

Примечания

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Громоотвод" в других словарях:

Громоотвод … Орфографический словарь-справочник

Молниеотвод Словарь русских синонимов. громоотвод сущ., кол во синонимов: 1 молниеотвод (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин … Словарь синонимов

громоотвод - ГРОМООТВОД, молниеотвод … Словарь-тезаурус синонимов русской речи

ГРОМООТВОД, распространенное в быту неправильное название молниеотвода … Современная энциклопедия

Большой Энциклопедический словарь

ГРОМООТВОД, громоотвода, муж. Прибор, устанавливаемый на зданиях и сооружениях для предохранения от удара молнии, обычно в виде металлического стержня, укрепленного наверху и соединенного проводом с землей. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков.… … Толковый словарь Ушакова

ГРОМООТВОД, а, муж. Старое название молниеотвода. | прил. громоотводный, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

Устройство для отвода в землю токов высокого напряжения (атмосферного электричества) при попадании их в линию связи. Простейший Г. для защиты линии состоит из металл. проволоки, облуженный конец которой возвышается над верхушкой линейного столба… … Технический железнодорожный словарь

громоотвод - ГРОМООТВОД, а, м. Тот, кто берет всю вину за какой л. проступок или преступление на себя … Словарь русского арго

Громоотвод - неправильное название молниеотвода … Российская энциклопедия по охране труда

ГРОМООТВОД - то же, что молниеотвод. См. Грозозащита … Краткая энциклопедия домашнего хозяйства

Книги

• Подвиги человеческого ума. Общепонятное изложение изобретений и технических производств. В 3 томах (комплект из 3 книг) , . Санкт-Петербург - Москва, 1870-1871 гг. Издание книгопродавца-типографа М. О. Вольфа. Богато иллюстрированное издание. Первый том с 223 рисунками в тексте, второй том с 250 рисунками, третий…

Во время грозы большинство людей вздрагивают при раскатах грома. На самом же деле опасность несет в себе не этот звук, а разряд молнии. Он представляет собой чрезвычайно сильную искру, которая за очень короткий промежуток времени проходит в небе по несколько километров. Поскольку скорость света значительно превышает скорость распространения звука, человек вначале видит яркую вспышку, а только потом до него доходят раскаты грома.

Техническое приспособление, которое предназначено для защиты от ударов молнии, правильнее называть не громоотводом, а молниеотводом, но первое название благозвучней. По сути своей громоотвод представляет длинный и заостренный металлический стержень, который устанавливают на крышах строений. Нижний конец стержня соединяют с поверхностью земли. Принцип действия такого устройства основан на том, что разряд молнии стремится отыскать путь. Молния бьет в стержень и без всякого вреда для других предметов по проводу уходит в землю.

Молния представляет особую опасность для тех, кто во время грозы стоит на открытом и ровном месте. Большой ошибкой будет прятаться от грозы под одиноко стоящим высоким деревом. Оно как раз и может сыграть роль того самого молниеотвода, в который непременно постарается ударить молния. Опасно во время грозы также пользоваться на открытой местности мобильным телефоном, поскольку это электротехническое устройство вполне способно принять на себя разряд молнии.

Как работает громоотвод

Принято считать, что громоотвод был изобретен в 1752 году Бенджамином Франклином. Но имеются также свидетельства того, что сходные по виду и назначению конструкции для отвода молнии существовали задолго до этого. Вероятнее всего, идея такого приспособления была найдена случайно, как это часто бывает со многими полезными изобретениями.

Принцип действия молниеотвода уяснить довольно просто. Нужно только понимать, что при грозе на поверхности планеты возникают большие электрические заряды, ведущие к образованию сильного электрического поля. Его напряженность наиболее велика у заостренных проводников, где способен возникать так называемый коронный разряд.

Если на строении установлен металлический штырь, заряды не имеют возможности накапливаться, а потому разряд молнии обычно здесь не возникает. В тех редких случаях, когда молния все же развивается, она бьет в металлический стержень, а заряд при этом уходит в землю. Чтобы молниеотвод был наиболее эффективен, его стараются расположить как можно выше. Вероятность поражения объекта молнией увеличивается с подъемом вверх. Поднятый на достаточно большую высоту стержень увеличивает зону, находящуюся под его защитой.