برقگیر: محافظ ساختمان در برابر رعد و برق
آذرخش چیست و چرا خطرناک است؟
برای درک اهمیت برقگیر، اول باید بدانیم آذرخش یا رعد و برق چه چیزی است. در طوفانهای شدید، ابرهای بزرگی به نام کومولونیمبوس3 تشکیل میشوند. درون این ابرها، بلورهای یخ و قطرات آب با هم برخورد میکنند و باعث ایجاد بارهای الکتریکی میشوند. معمولاً قسمت بالای ابر بار مثبت و قسمت پایین آن بار منفی پیدا میکند.
زمین زیر این ابرها، به طور طبیعی بار مخالف (معمولاً مثبت) را جذب میکند. وقتی اختلاف بار بین ابر و زمین خیلی زیاد شود، هوا دیگر نمیتواند به عنوان عایق عمل کند و یک مسیر تخلیهی ناگهانی و غولآسا ایجاد میشود: آذرخش. این جرقهی عظیم میتواند دمایی بیش از 30000 درجه سانتیگراد داشته باشد (که تقریباً پنج برابر دمای سطح خورشید است!) و جریان الکتریکی آن به دهها هزار آمپر میرسد.
اگر این انرژی عظیم به ساختمانها برخورد کند، میتواند باعث آتشسوزی، انفجار، آسیب به وسایل الکترونیکی (مانند تلویزیون و کامپیوتر) و حتی مرگ افراد شود. پس نیاز به یک راهحل ایمن برای هدایت این انرژی به زمین داریم.
برقگیر چگونه کار میکند؟
کار اصلی برقگیر این نیست که از برخورد صاعقه جلوگیری کند، بلکه مسیری کممقاومت، مستقیم و ایمن برای هدایت جریان فوقالعاده قوی صاعقه به زمین فراهم میکند تا انرژی آن در زمین پخش شود. این کار شبیه ساخت یک بزرگراه اختصاصی برای صاعقه است تا به جای عبور از وسط شهر (ساختمان)، از مسیری مشخص و بیخطر رد شود.
یک سیستم برقگیر معمولی از سه قسمت اصلی تشکیل شده است:
| نام جزء | جنس و محل نصب | وظیفه |
|---|---|---|
| میلهی گیرنده (نوک برقگیر) | مس یا آلومینیوم. بلندترین نقطهی ساختمان. | اولین نقطهای است که صاعقه به آن برخورد میکند. بار الکتریکی را میگیرد. |
| هادی (سیم)های پایینرونده | مس ضخیم. از دیوارههای خارجی ساختمان میگذرد. | جریان صاعقه را از میلهی گیرنده به سمت زمین هدایت میکند. |
| الکترود زمین (چاه ارت) | صفحات یا میلههای مسی. در عمق زمین و مرطوب دفن میشود. | انرژی صاعقه را در خاک مرطوب زمین پخش و خنثی میکند. |
به زبان ساده، صاعقه ترجیح میدهد به بلندترین و نوکتیزترین نقطهی یک ناحیه برخورد کند. برقگیر با ایجاد یک نقطهی بلند و هادی (مانند میله)، صاعقه را به سمت خود جذب میکند و سپس مانند یک تونل امن، آن را مستقیم به زمین میفرستد.
انواع مختلف برقگیر کداماند؟
برقگیرها در شکلها و برای مکانهای مختلفی طراحی شدهاند. در جدول زیر مهمترین انواع آنها را میبینید:
| نوع | تصویر ذهنی | کاربرد اصلی | مزیت |
|---|---|---|---|
| میلهی فرانکلین (متداول) | یک میلهی فلزی نوکتیز روی پشتبام | خانههای ویلایی، مدارس، ساختمانهای کوتاه | ساده، ارزان و قابل اعتماد |
| برقگیر با قفس فارادی | شبکهای از هادیها که کل ساختمان را مانند قفس میپوشاند | ساختمانهای حساس مانند موزهها، مراکز داده | محافظت کامل از تمام سطح ساختمان |
| برقگیر فعال (ESE) | میلهای با سر خاص که به طور فعال صاعقه را جذب میکند | آسمانخراشها، دکلهای مخابراتی، مناطق وسیع | محدودهی حفاظتی وسیعتر |
| برقگیر میانی (برای خطوط برق) | وسیلهای کوچک روی دکلهای برق فشار قوی | خطوط انتقال نیرو و پستهای برق | محافظت از شبکهی برق در برابر صاعقه |
برقگیرها در کجای زندگی ما هستند؟
شاید فکر کنید برقگیر فقط برای ساختمانهای خاص است، اما شما هر روز آنها را میبینید. به گنبدها و منارههای بلند مساجد دقت کنید. اغلب یک میلهی فلزی نوکتیز در بالاترین نقطهی آنها وجود دارد. این همان برقگیر است. روی سقف بسیاری از خانههای ویلایی جدید نیز میلهی کوچکی میبینید که با یک سیم به زمین متصل است.
در مقیاس بزرگتر، تمام آسمانخراشهای شهر مانند برجهای مخابراتی و بیمارستانهای بزرگ، مجهز به سیستمهای پیشرفته برقگیر هستند. حتی روی دکلهای بلند برق در جادهها نیز برقگیرهای خاصی نصب شده تا از قطعی برق شهر هنگام رعد و برق جلوگیری کنند.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: خیر. برقگیر نمیتواند از تشکیل صاعقه در ابرها جلوگیری کند. کار آن فقط هدایت ایمن صاعقه به زمین در صورت برخورد است. مانند این است که ما نمیتوانیم از بارش باران جلوگیری کنیم، اما میتوانیم با چتر از خیس شدن جلوگیری کنیم.
پاسخ: اولاً، از وسایل برقی مانند تلویزیون و کامپیوتر برق بکشید. ثانیاً، به وسط خانه (دور از دیوارهای خارجی، پنجرهها و لوازم فلکی) بروید. ثالثاً، از تلفن ثابت استفاده نکنید و به حمام نروید زیرا لولههای آب ممکن است هادی جریان باشند.
پاسخ: بله، یک قانون سرانگشتی ساده وجود دارد. فرض کنید ارتفاع میله برقگیر از سطح بام $h$ متر است. محدودهی حفاظتی آن روی سطح زمین تقریباً یک دایره به شعاع $1.5h$ متر است. یعنی اگر میله 2 متر بلندا داشته باشد، میتواند از ساختمانی با عرض 6 متر (قطر دایره) محافظت کند: $2 \times 1.5 = 3$ متر شعاع، پس قطر میشود $2 \times 3 = 6$ متر.
پاورقی
1 برقگیر (Lightning Rod / Lightning Conductor): وسیلهای که با فراهم کردن مسیری با مقاومت الکتریکی کم، صاعقه را به طور ایمن به زمین هدایت میکند.
2 آذرخش یا صاعقه (Lightning): تخلیهی ناگهانی و با شدت جریان بسیار بالا بین ابر و زمین یا بین دو ابر.
3 ابر کومولونیمبوس (Cumulonimbus Cloud): نوعی ابر بلند و متراکم که معمولاً همراه با رعد و برق، باران شدید و توفان است.
