避雷針效應
雷擊現象如何產生？
目的
瞭解尖端放電現象，認識避雷針的原理。
實驗
實驗裝置：將兩鋁板平行而立，其中一片固定於底座並將鐵球固定於其上，另一片裝置於軌道上使其可平行移動，兩鋁板分別接上約6000V高壓電源的兩極，並罩上透明壓克力罩以作保護。
原理思考
- 為什麼會有放電現象？
- 為什麼細鐵棒加入後，放電現象會自鐵球轉移至鐵棒？
×原理探究
- 以本實驗來說，兩片鋁板分別接上高壓電源，使其表面皆帶有大量電荷。當兩板漸漸靠近時，因為兩板電位固定，板間電場便逐漸增強。由於鐵球上帶有大量電荷，其與另一板距離小於2.5mm時，板間電場達2.4M N/C (E．d=V)，致使它附近的空氣分子被電離，造成這些分子也具有導電能力。因此鐵球上的電荷就獲得了一條「通路」，穿過空氣到達鋁板，這就是放電現象。
- 導體表面的電荷密度與其形狀有關：表面曲率半徑大者(如鐵球)，電荷密度小；表面曲率半徑小者(如鐵棒尖端)，電荷密度大。而導體附近的電場與其電荷密度成正比，因此鐵棒尖端附近，要比鐵球有更較強的電場，鐵棒的靠近，改變了附近的電(荷)場分布，更容易形成放電，這就是所謂的尖端放電。
回到上一題的鐵球放電道理亦相同：鐵球比起鐵板，曲率半徑小，電荷密度大，因此自然是從鐵球產生放電現象。
討論
- 能否應用本實驗原理，解釋避雷針的運作方式？
( 在雷雨天，雲層帶有大量電荷，因此在高大的建築物上加裝避雷針，誘使雲層的電荷從避雷針「放電」，以保護閃電不會擊中其他建築物，因此避雷針必需接地，才能將電荷引導至地吸收。)
關於實驗
本實驗使用高電壓，操作上應小心，實驗結束後請將鐵板短路或接地，使其完全放電，以策安全。
參考資料
- D. K. Cheng,” Fundamentals of engineering electromagnetics.”.
- Halliday & Resnick, “Fundamentals of physics”
- EdGroup Productions, Inc.,“ The Video Encyclopedia of Physics Demonstrations,”
製作
V.1 戴嘉言、黃瀧毅，2009年5月
操作示範
戴嘉言
指導老師
陳泰利
撰稿
戴嘉言
