In der Antike wurden Fischschwanz-Kupferfliesen zum Schutz vor Blitzen verwendet, und heute gibt es „blitzabsorbierende Artefakte“: Warum ist Chinas Blitzschutztechnologie weltweit führend?

„Ein Sturm zieht auf und der Wind bläst um das ganze Gebäude“ und „Dunkle Wolken drücken auf die Stadt und sie steht kurz vor der Zerstörung“. Wenn Gewitterwolken aufziehen, werden sie oft von Blitz und Donner begleitet, was für eine Gänsehaut sorgt. China begann mit der Erforschung des Blitzschutzes zwei Jahrhunderte früher als der Westen und ist heute mit innovativen Materialien und Technologien weltweit führend in der Blitzschutztechnologie. Wer lädt die Wolken auf? Wie ist es uns von der Antike bis heute gelungen, Gefahren zu überwinden? Folgen Sie Ke Xiaoer, um die Entwicklung von Blitzschutzgeräten zu erkunden!

Das Prinzip der Blitzbildung

Der Grund für die Ladung von Wolken liegt darin, dass Wassertropfen und Eiskristalle im Luftstrom aufeinanderprallen und reiben, wodurch positive und negative Ladungen entstehen, die sich dann unter der Einwirkung von Luftstrom und Schwerkraft verteilen und Ladungsbereiche unterschiedlicher Polarität bilden. Wenn sich diese Ladungen auf ein bestimmtes Niveau ansammeln, werden sie durch die Luft geleitet und erzeugen eine Entladung, die einen Blitz verursacht.

Seit unserer Kindheit wird uns beigebracht, uns an regnerischen Tagen nicht unter Bäumen zu verstecken, da wir sonst vom Blitz getroffen werden könnten. Da die Äste und Blätter an der Spitze des großen Baumes scharf und dünn sind, können sie leicht Blitze anziehen. Wenn sich Blitze, also Hochspannungselektrizität, unter der Erde ausbreiten und dabei Bäume als Leiter nutzen, können sie in der Nähe befindliche Objekte beschädigen.

Das Wissen der alten Völker zur Blitzvermeidung

Laut „Zhiguzi“ aus der Tang-Dynastie brachte der Zauberer, nachdem der Bailiang-Palast während der Han-Dynastie vom Blitz getroffen worden war, einen fischschwanzförmigen Kupferziegel auf dem Dach an, um den durch den Blitz verursachten Brand zu verhindern. Die fischschwanzförmigen, drachenkopfförmigen Ziegel auf dem Dach können tatsächlich vor Blitzen schützen. Dies ist der Prototyp des modernen Blitzableiters.

Im Jahr 1688 staunte der französische Reisende Cabriolet de Magalhães in seinem Buch „Was gibt es Neues in China?“ darüber, dass die Drachenkopfdekoration auf den Dächern chinesischer Gebäude ein Geheimnis birgt: Aus dem Maul des Drachen spuckt eine gewundene Metallzunge, die sich gen Himmel streckt, und die Zungenwurzel ist mit einem dünnen Eisendraht verbunden, der geradewegs in den Boden reicht.

Diesem Bericht zufolge kommt der Strom bei einem Blitzeinschlag in ein Haus zunächst mit der Metallzunge in Kontakt und fließt dann entlang des Eisendrahts in den Boden. Dadurch wird verhindert, dass der Blitz das Gebäude zerstört. Daraus können wir ersehen, dass in meinem Land Metallnadeln zur Erzeugung von Blitzen mindestens zwei Jahrhunderte vor Franklins Blitzexperiment verwendet wurden.

Die Wahrheit über Blitzableiter

Blitzableiter nutzen das Prinzip der Spitzenentladung. Bei Gewittern sammeln sich Ladungen in den Wolken am Blitzableiter, da die spitze Spitze des Blitzableiters weitere Ladungen anzieht. Sobald die Ladung der Wolke einen kritischen Punkt erreicht, bricht die Luft zusammen und bildet einen leitfähigen Pfad. Genau genommen dienen Blitzableiter also nicht dazu, Blitzen auszuweichen, sondern um sie „anzuziehen“. Über Ableitungen und Erdungsvorrichtungen leiten sie Blitzströme in den Untergrund und schützen so Gebäude. Heute werden Blitzableiter treffender als „Blitzableiter“ bezeichnet.

Beginn der Ära des intelligenten Blitzschutzes

Im Januar 2024 erregte ein bahnbrechendes Experiment Aufmerksamkeit. In einem Labor wurden kurzzeitig mehrere zehntausend Volt erzeugt. Logischerweise würde eine solche Hochspannungs-Kurzschlussentladung gewaltige Funken und Explosionen erzeugen, doch als die Elektroden an beiden Enden in Kontakt kamen, war nur ein leises Geräusch zu hören, begleitet von winzigen Funken, und die simulierte Blitzenergie löste sich augenblicklich in Luft auf.

Dies ist das Ergebnis der Verwendung des „neuen Phasenwechselmaterials zur Absorption von Blitzenergie“, das vom Wenzhou-Forschungsinstitut der Zhejiang-Universität entwickelt wurde.

Das Blitzschutzprinzip von Phasenwechselmaterialien basiert auf einem physikalischen Phänomen namens „dielektrischer Polarisationseffekt“. Wenn dieses Material der Hochspannung eines Blitzes ausgesetzt wird, erfährt es einen Phasenwechsel, wodurch die Hochfrequenzenergie des Blitzes in Stoßwellen umgewandelt wird. Dabei wird elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt und sicher abgegeben, wodurch eine gute Blitzschutzwirkung erreicht wird.

Seit der Inbetriebnahme dieses Blitzschutzprodukts im Pumpspeicherkraftwerk Tianhuangping in Anji in der Provinz Zhejiang ist die Wirkung sehr deutlich. Die dadurch geschützte Ausrüstung wurde nie wieder durch Blitzeinschläge beschädigt. Der Erfolg dieser neuen Technologie hat zur Ableitung und Absorption der Energie von Dutzenden Blitzeinschlägen geführt und die Blitzschutzwirkung ist sehr signifikant.

Von den antiken Fischschwanz-Kupferfliesen über die modernen Blitzableiter bis hin zu den heutigen intelligenten Blitzschutzsystemen war die Entwicklung der Blitzableiter Zeuge der Evolution von einfachen antiken Geräten hin zu moderner Hochtechnologie.

Blitzableiter schützen nicht nur unzählige Gebäude vor Schäden durch Blitzeinschläge, sondern fördern auch die Entwicklung der Elektro- und Bautechnik. Obwohl Blitze nicht vermieden werden können, können die Menschen Wissenschaft und Technologie nutzen, um sich und ihr Zuhause wirksam zu schützen. Ich bin überzeugt, dass die wissenschaftlichen Forschungsteams unseres Landes auch in Zukunft hart daran arbeiten werden, eine sichere Produktion in verschiedenen Branchen zu gewährleisten.

Dieser Artikel basiert auf den Gewinnerarbeiten des ersten populärwissenschaftlichen Kurzvideo-Wettbewerbs „Shen Kuo Cup“.