تاریخچه رعد و برق

رعد و برق نیرویی است که باید با آن حساب کرد. می تواند با یک سوم سرعت نور و در دمای بیش از 50000 درجه فارنهایت برخورد کند. همه ما درخشش‌های زیبای نور را دیده‌ایم و امواج شوک خروشان رعد و برق را شنیده‌ایم، اما اکثر مردم تجربه شخصی در مورد آسیب‌هایی که صاعقه می‌تواند به ساختمان‌ها، کشتی‌ها و بسیاری از سازه‌های دیگر وارد کند، ندارند. چه برسد به صدمات و مرگ‌هایی که می‌تواند ایجاد کند. به مردم. به همین دلیل، می‌توانیم از اختراع مبتکرانه بنجامین فرانکلین میله صاعقه تشکر کنیم.

برای قرن ها، رعد و برق یک رمز و راز بود که اغلب اعتقاد بر این بود که عمل خداست. بسیاری از فیلسوفان و دانشمندان اواسط قرن هجدهم، اگرچه نتوانستند ثابت کنند که صاعقه الکتریسیته است، مشکوک بودند. اکنون می دانیم که رعد و برق زمانی ایجاد می شود که بار الکتریکی اضافی در ابرها ایجاد می شود. وقتی شارژ به اندازه کافی زیاد شد، می توان آن را رها کرد و در یک پیچ ناگهانی از ابرها به زمین پرید. زمانی که آزمایش‌هایی برای “کشیدن جرقه” از رعد و برق انجام شد، در نهایت ثابت شد که ابرهای رعد برق دار هستند و رعد و برق یک تخلیه الکتریکی است.

اولین آزمایش با دستور دانشمند توماس فرانسوا دالیبار انجام شد که برخی از کتاب های فرانکلین را از انگلیسی به فرانسوی ترجمه کرد. در 10 مه 1752، در روستای Marly-la-Ville در نزدیکی پاریس، آنها یک میله آهنی بلند را نصب کردند که با بطری های شراب از زمین عایق شده بود و موفق به کشیدن جرقه های رعد و برق شدند.

در آزمایش معروف بادبادک در فیلادلفیا، بنجامین فرانکلین موفق شد جرقه هایی را از ابرهای رعد و برق بکشد. تصور می‌شود که آزمایش فرانکلین در واقع در 15 ژوئن 1752 اتفاق افتاده است. بعد از آزمایشی که در مارلی-لا-ویل انجام شد، اما قبل از اینکه او خبر موفقیت آن را دریافت کند. فیلیپ درای در کتاب خود با عنوان Stealing God’s Thunder: Benjamin Franklin’s Lightning Rod and the Invention of America بحث می کند که چرا آزمایش فرانکلین بحث برانگیز است.

او اظهار می‌دارد که فرانکلین در مورد طرح و اجرای آزمایش‌ها بسیار مخفیانه بود و تنها شاهد عینی پسرش ویلیام بود که هرگز در مورد آن اظهار نظر نکرد. در نتیجه، هیچ مدرک مشخصی وجود ندارد که آزمایش واقعاً انجام شده باشد. با این حال، به طور کلی به عنوان درست پذیرفته شده است. رمز و رازی که آزمایش بادبادک را احاطه کرده است، آن را به یکی از محبوب ترین داستان های آمریکا تبدیل می کند.

در توصیف درای از آزمایش بادبادک، «فرانکلین بادبادکی را که از ابریشم و سدر ساخته بود با خود حمل کرد. به بالای چوب عمودی، یک سیم نوک تیز وصل کرده بود که یک پا یا بیشتر از چوب بالاتر می رفت. ریسمانی که از بادبادک پایین می‌آمد به نوار ابریشمی وصل بود و کلیدی روی نوار ابریشمی آویزان بود. مهم این بود که فرانکلین و ویلیام در داخل خانه بایستند، زیرا روبان ابریشم باید خشک بماند…» روبان باید خشک باشد تا به عنوان عایق الکتریکی عمل کند.

بدون ابریشم که کلید را از زمین عایق می کرد، هر جریان الکتریکی به جای جمع شدن در کلید مستقیماً به زمین می رفت. فرانکلین گزارش داد که در حین انتظار تک تک رشته‌های کنف را دید که سرپا ایستاده بودند و بند انگشت خود را به کلید نزدیک کرد و شوک خفیفی دریافت کرد. وقتی باران شروع شد و ریسمان را خیس کرد.

فرانکلین با اثبات اینکه صاعقه واقعاً الکتریسیته است و با علم به اینکه می توان از میله آهنی برای جذب آن استفاده کرد، اولین میله صاعقه را بر روی سقف خانه خود نصب کرد تا آزمایشات را ادامه دهد. او در کتاب آزمایش‌ها و مشاهدات در مورد الکتریسیته می‌گوید: «میله‌ای آهنی که در قسمت بیرونی ساختمان قرار می‌گیرد، از بالاترین قسمت به سمت زمین مرطوب ادامه می‌یابد.

صاعقه را در انتهای بالایی خود دریافت می‌کند و آن را جذب می‌کند تا جلوگیری از برخورد آن به هر قسمت دیگر؛ و با انتقال خوب آن به زمین، از آسیب رساندن آن به هر قسمت از ساختمان جلوگیری می کند.» این کتاب که در سال 1751 در لندن منتشر شد، ترجمه و در سراسر اروپا توزیع شد و تأثیر زیادی بر دنیای علم گذاشت. در پاییز 1752، او قطعه ای را در سالنامه سال 1753 ریچارد فقیر منتشر کرد. توضیح اینکه چگونه می توان از خانه یا کشتی خود در برابر صاعقه محافظت کرد:

نحوه ایمن سازی خانه ها و غیره از رعد و برق.

خداوند را در نیکی خود نسبت به بشر خشنود کرده است تا درازا راههای ایمن ساختن سکونتگاهها و دیگر ساختمانهای خود را از شر رعد و برق و صاعقه برای آنها کشف کند. روش این است: یک میله آهنی کوچک تهیه کنید (ممکن است از میله آهنی که میخکوبان استفاده می کنند ساخته شده باشد) اما به اندازه ای که یک انتهای آن سه یا چهار فوت در زمین مرطوب باشد، دیگری ممکن است شش یا شش فوت باشد.

هشت فوت بالاتر از بالاترین قسمت ساختمان. به انتهای بالای میله حدود یک فوت سیم برنجی، به اندازه یک سوزن بافندگی معمولی، که تا یک نقطه ریز تیز شده است، ببندید. میله را ممکن است با چند منگنه کوچک به خانه محکم کنید. اگر خانه یا انبار طولانی باشد، ممکن است یک میله و نقطه در هر انتها، و یک سیم میانی در امتداد خط الراس از یکی به دیگری وجود داشته باشد.

خانه ای که به این ترتیب مبله شده باشد توسط رعد و برق آسیب نمی بیند، زیرا توسط نقاط جذب می شود. و عبور از فلز به داخل زمین بدون آسیب رساندن به چیزی. همچنین کشتی‌ها، با داشتن یک میله نوک تیز در بالای دکل‌های خود، با سیمی از پای میله که به سمت پایین، دور یکی از کفن‌ها، به سمت آب می‌رسد، از صاعقه آسیبی نخواهند دید.

امانوئل کانت، فیلسوف آلمانی مشهور جهان، بنجامین فرانکلین را «یک پرومتئوس مدرن» نامید، همانطور که در کتاب مورخ HW برندز به نام اولین آمریکایی: زندگی و زمانه بنجامین فرانکلین ثبت شده است. در اساطیر یونانی، پرومتئوس به عنوان خدای باهوش و انسان دوستانه شناخته می شد که آتش را از آسمان ها به زمین به نفع بشر آورد، که قطعاً نشان دهنده کمک های فرانکلین در ایمن کردن «آتش بهشت» است.

فرانکلین هرگز اختراع خود را ثبت نکرد. درای می گوید که فرانکلین «بر این باور بود که محصولات تخیل انسان متعلق به هیچ فردی نیست و باید توسط همه به اشتراک گذاشته شود.» اگرچه فرانکلین به دلایل اخلاقی از ثبت اختراع خودداری کرد، اما کسب حق ثبت اختراع در آمریکای مستعمره کار آسانی نبود. از آنجایی که هیچ فرآیند استاندارد و ملی ثبت اختراع وجود نداشت باید از هر مستعمره یک حق اختراع جداگانه دریافت کرد.

مطالب پیشنهادی: صاعقه گیر ساختمان

در حالی که امروزه به طور گسترده پذیرفته شده است که میله های صاعقه به طور موثر آسیب به سازه ها را کاهش می دهند، بحث هایی در مورد اینکه دقیقا چگونه باید کار کنند و بهترین شکل است وجود دارد. فرانکلین معتقد بود که بهترین شکل یک میله تیز و نوک تیز است. به نظر می رسید او معتقد بود که در حالی که صاعقه گیر به عنوان کانالی برای رعد و برق عمل می کند، می تواند با دور کردن مقداری از بار از ابرها و روی زمین به جلوگیری از برخورد صاعقه کمک کند. به قول خودش، «میله نوک تیز یا از سکته ابر جلوگیری می‌کند، یا اگر ضربه‌ای ایجاد شود، آن را با ایمنی به سمت زمین به ساختمان هدایت می‌کند».

همانطور که آزمایش ها ادامه یافت و توسعه یافت، اکنون اعتقاد بر این است که یک میله نوک تیز از ضربه جلوگیری نمی کند. CB Moore ،GD Aulich و William Rison در مجله هواشناسی کاربردی به این نتیجه رسیدند که «هیچ مدرک معتبری ارائه نشده است که نشان دهد صاعقه‌گیرها ابرهای رعد و برق را تخلیه می‌کنند یا از شروع حملات در ابرهای رعد و برق جلوگیری می‌کنند.» به طور کلی پذیرفته شده است که یک میله نوک تیز در واقع رعد و برق را با ایجاد بار زیاد در هوای اطراف جذب می کند. از این جهت، میله فرانکلین در ایجاد یک نقطه تماس برای برخورد صاعقه و همچنین یک مسیر امن برای رسیدن آن به زمین موفق بود.

بحث در مورد اینکه چه شکلی از میله کارآمدتر است امروزه ادامه دارد. از آنجایی که صاعقه گیر صرفاً به عنوان گیرنده صاعقه استفاده می شود، مطالعاتی برای آزمایش اینکه آیا میله با نوک گرد بهتر از نوک نوک تیز است یا خیر، انجام شده است. چارلز بی مور از آزمایشگاه لانگمویر برای تحقیقات جوی در موسسه معدن و فناوری نیومکزیکو مطالعات میدانی را برای مقایسه اثربخشی میله های نوک تیز و نوک گرد انجام داد.

 میله های نوک تیز و گرد در یک محیط مزرعه قرار داده شدند، جایی که اندازه های مختلف از هر دو نوع برای برخورد صاعقه “رقابت” می کردند. میله های گرد سیزده ضربه خوردند در حالی که میله های نوک تیز هیچ ضربه ای دریافت نکردند. این با نتایج آزمایش‌های آزمایشگاهی مطابقت داشت و گروهی که روی پروژه کار می‌کردند به این نتیجه رسیدند که برای جذب صاعقه، یک میله گرد انتخاب بهتری است.

از زمان اختراع فرانکلین، مردم سعی در بهبود میله صاعقه دارند. نیکولا تسلا، مخترع معروف و مشارکت کننده بزرگ در مهندسی برق، ثبت اختراع شماره 1266175 را در سال 1916 برای یک میله صاعقه ارائه کرد. در این حق اختراع، او یک میله به شکل عجیب و غریب متشکل از میله های فلزی زیادی را که از یک قطب مرکزی به بیرون تابش می کند، توضیح داد. او ادعا کرد که این شکل برای رهگیری موثر صاعقه بدون ایجاد بار در ناحیه اطراف است که می تواند رعد و برق بیشتری را جذب کند و باعث ایجاد خطر شود.

امروزه ما سیستم های الکتریکی ظریفی داریم که در زمان فرانکلین وجود نداشتند. میله های صاعقه به جلوگیری از آتش سوزی و آسیب به سازه ها کمک می کنند، اما از “اثرات ثانویه” آسیب صاعقه، از جمله آسیب به رایانه ها و سایر تجهیزات الکتریکی جلوگیری نمی کنند. در نتیجه، مردم روش‌های دیگری را برای محافظت در برابر صاعقه ابداع کرده‌اند. محافظ های برق می توانند با خنثی کردن موج برق ناشی از برخورد صاعقه، آسیب به سیستم های الکتریکی را کاهش دهند. همانطور که از نامش پیداست، “ردیاب رعد و برق” می تواند خطر برخورد صاعقه را تشخیص دهد، که به کاربر اجازه می دهد اقداماتی مانند جدا کردن تجهیزات برقی محترم را انجام دهد.

در حالی که تحقیقات ادامه دارد، هیچ بحثی در مورد اهمیت و ضرورت حفاظت در برابر صاعقه وجود ندارد. موسسه ملی ایمنی صاعقه تخمین می زند که “سالانه در ایالات متحده صاعقه باعث بیش از 26000 آتش سوزی با خسارت بیش از 5 تا 6 میلیارد دلار به اموال می شود.” تصور اینکه این اعداد بدون سیستم های حفاظت و پیشگیری در برابر صاعقه چه مقدار خواهند بود غیرممکن است. در حالی که سیستم های پیشگیری از رعد و برق بهتر در حال توسعه هستند، ریشه آنها را می توان در بنجامین فرانکلین و اختراع او جستجو کرد.

صاعقه گیر

صاعقه گیر یا صاعقه گیر یک میله یا هادی فلزی است که در بالای ساختمان نصب می شود و از طریق سیم به زمین متصل می شود تا در صورت صاعقه از ساختمان محافظت کند. هرگاه رعد و برق به ساختمان برخورد کند، به جای عبور از ساختمان، به میله برخورد می کند و از طریق سیم به زمین هدایت می شود، جایی که می تواند باعث آتش سوزی یا برق گرفتگی شود. صاعقه گیر یک جزء منفرد در سیستم حفاظت در برابر صاعقه است. صاعقه گیر یک میله فلزی نوک تیز است که به سقف ساختمان متصل می شود.

قطر میله ممکن است یک اینچ (2 سانتی متر) باشد. به یک تکه بزرگ سیم مسی یا آلومینیومی متصل می شود که قطر آن نیز یک اینچ یا بیشتر است. سیم به یک شبکه رسانا دفن شده در زمین نزدیک است. هدف از صاعقه گیرها اغلب اشتباه گرفته می شود. بسیاری از مردم بر این باورند که صاعقه گیرها رعد و برق را جذب می کنند اما در صورت صاعقه یک اقدام ایمنی است. ارتباط صاعقه گیرها تنها زمانی نیست که یک ضربه اتفاق بیفتد یا بلافاصله پس از آن برخورد شود، بلکه صرف نظر از اینکه صاعقه گیر وجود داشته باشد یا نه، ضربه همچنان اتفاق می افتد.

نقش اختراع برقگیر در بهبود زندگی انسان

• استفاده از صاعقه گیرهای فرانکلین برای محافظت از بسیاری از ساختمان ها و خانه ها آغاز شد.
• میله های صاعقه به درک بهتر صاعقه و برق کمک کردند.
• این اختراع راه را برای بهبود و سایر اشکال سیستم حفاظت در برابر صاعقه هموار کرد.