避雷针之所以设计成尖的,主要是 利用尖端放电原理。在雷雨天气中,云层带有大量电荷,当云层靠近建筑物时,地面会感应出相反电荷。避雷针一般安装在建筑物的高处,其针尖很尖,电荷密度大,容易使周围的空气电离,形成一条可以导电的通道。这样,云层和地面之间的强大电流就会通过避雷针这个通道导入大地,而不是破坏建筑物,从而起到保护建筑物和其中人员、设备安全的作用。
具体来说,避雷针的尖端在静电感应时会聚集最多的电荷,形成一个电容器。由于尖端面积很小,电容也就很小,因此它所能容纳的电荷很少。但是,尖端聚集了大部分电荷,使得尖端附近的电场强度非常高。当云层上电荷较多时,避雷针与云层之间的空气就很容易被击穿,成为导体,从而形成通路,将云层上的电荷导入大地。
此外,尖端的避雷针还能产生尖端放电现象,即当空气中的自由电子被尖端的高电场吸引并加速运动,碰撞中性分子释放更多自由电子,产生雪崩效应,形成正离子电荷柱。这个电荷柱可以在环境电场的作用下持续向上传播,并与下行负先导连接而形成回击。
综上所述,避雷针设计成尖的,是为了利用尖端放电原理,有效地将云层上的电荷导入大地,保护建筑物免受雷击。