（第一节）雷电的本质
雷电是自然界中极为壮观的声、光、电现象。它那划破黑夜长空的耀眼闪光和震耳欲聋的巨大声响，往往增添了它的威严。但是，雷电给人类造成的深刻印象，不仅在于它的声势，更重要的还在于它给人类生活和生产活动带来的种种影响。首当其冲的是雷电击毙人、畜，威胁着户外来不及躲避的人、畜的生命安全，所以雷电现象常使人“心有余悸”。
在古代，由于人类对自然界缺乏认识，往往对雷电充满恐惧感，认为这是上帝在显示威力，因此把雷电当作神来顶礼膜拜。古希腊人认为主宰人类和诸神的宙斯掌管着雷电；我国古代亦有“雷公”“电母”的传说，认为雷电是雷公击动王鼓、电母晃动明镜而致。
雷电也给远古人类带来了好处，由于闪电引起的森林起火，很可能启发了人类对火的利用，从而促进了人类的发展。
关于雷电的记载，我国早在3500年以前的殷代甲骨文中就已有之。大约公元前120年西汉时期撰写的《淮南子》一书中，就提出“阴阳相薄为雷，激扬为电”的观点，把雷电看作是两种最基本的力量——阴和阳——互相冲突、互相渗透的结果，这种看法在当时是相当难能可贵的。
其后二百年，东汉时期的王充在他著名的《论衡》一书中，就雷电问题专门写了“龙灵”、“雷灵”、“雷虚”等篇，驳斥了雷电击死人是“上天”有意识地在惩罚罪人的说法。王充认为天是无知无识的自然，根本不会进行声讨与惩罚，空中也没有悬挂“天鼓”的地方，更没有“雷公”其人。他质问道：自古以来无道的君王多得很，上天为什么不用雷电来击毙他们？此外，王充还根据观测事实，归纳出不少有科学价值的看法。他指出雷电系起源于太阳的作用：“雷者，太阳之激气也。”他总结了雷电活动的季节性：“正月始雷”，“五月雷迅”，“秋冬雷潜”。王充也赞同雷电是阴阳之气相互作用的结果这一看法，他认为正是这种激化作用产生了破坏力，所以“中人辄死、中木木折、中屋屋坏，人在木下屋间，偶中而死矣”。
王充之后的漫长岁月里，越来越多的人怀疑雷电击人是上天惩罚人的迷信说法。值得一提的是宋朝沈括在他著名的《梦溪笔谈》一书中曾记载过一次雷电效应（约1708年），描写极为细致生动，堪称观测报告的典范。他写道：“内侍李舜举家曾为暴雷所震。其堂之西室，雷火自窗间出，赫然出檐。人以为堂屋已焚，皆出避之。及雷止，其舍宛然（房屋依然完好），墙壁窗纸皆黔（变黑）。有一木格（木架），其中杂贮诸器，其漆器银扣（镶着银口）者，银悉熔流（全部熔化而流淌）在地，漆器曾不焦灼（未烧焦）。有一宝刀极坚钢，就刀室中熔为汁（在刀鞘中熔化为铁水），而室亦俨然（刀鞘仍完好）。”今日看来，这些都是强大的闪电电流在瞬间通过金属导体时造成的现象。
尽管古希腊人早已知道琥珀和毛皮摩擦可以产生电，但真正证实闪电的本质即电的实验却迟至十八世纪中叶才得以进行，在这方面有卓越贡献的是美国科学家富兰克林。他在1750年提出了一个测试雷电的实验，他建议用一根长而尖的铁棒，支持在一个绝缘的玻璃底座上，并把它们装在高烟囱或高塔上。他预言：当有雷雨云经过时，站在底座上的人将会带电，因为长铁棒将从云中把电荷吸引到人的身上来。遗憾的是，当时富兰克林所在的费城并无高耸的烟囱或铁塔，因而他无法证实自己的预言。但是1752年6月，富兰克林冒着危险进行了著名的风筝探测实验。他把一个用丝手绢做成的风筝系在一根长线绳上，在线绳末端接一根绝缘丝带。当雷雨云移近时，他观测到线绳上有些纤维竖立了起来。他意识到这是线绳带电的现象，就把自己的手指伸向悬挂在线绳上的钥匙，立即在手指和钥匙间出现了火花，从而第一次证实了闪电的本质与摩擦所生的电是一回事。
城市上空的闪电
与富兰克林同一时期，也有不少其他的科学家在捕捉和研究雷电。例如在富兰克林风筝探测实验后的一年，前苏联的罗蒙诺索夫和李赫曼用自制的测雷器（类似于富兰克林建议的高塔实验）探测到雷雨云过境时所引起的电火花，但是李赫曼不幸被闪电击中而丧生，成为近代雷电研究中的第一个牺牲者。
从富兰克林开始才真正进入在现代电学基础上的雷电研究。现在大多数人都知道，闪电就是空气中的火花放电，我们可以在实验室内用人工的方法产生它。日常生活中大家也有这种经验，当化纤衣服摩擦时会有悉悉的声音，这表示衣服上积累了大量电荷。如果这时用手指去接近它，在暗处就会看到有电火花跳过。闪电放电从本质上说就是这种电火花。
（第二节）雷电的危害
前面说过，闪电放电是一种在极短瞬间内释放能量的过程，它罕见的强大功率使得闪电通道内产生高温、高压、高电流等物理效应，这些都是闪电造成危害的原因。
闪电造成的危害非常严重，每年都有因避雷针（带）的局限性导致建筑物、构筑物、军事设施、易燃易爆场所、通讯系统、卫星电视系统、计算机和其他弱电设备等遭受雷击的恶性事故发生。例如：1945年7月美国在新墨西哥州的发射场，用普通炸弹代替原子弹进行第一颗原子弹的预发射时，当炸弹刚刚吊装完毕就被雷电击毁；1972年1月日本横滨A石油公司因雷击导致1万立方米的拱顶钢罐起火爆炸；1981年4月新加坡S石油公司因雷击导致5．8万立方米的钢罐起火爆炸；1987年美国某导弹基地因雷击造成两枚导弹爆炸；1988年美国某火箭发射基地因雷击导致三枚火箭误动，飞出发射架；1989年8月中国黄岛油库因雷击起火爆炸，造成上亿元的经济损失；1993年4月中国重庆双山变电站因雷击造成停电十几天，其直接经济损失高达250万元，间接经济损失无法估算……
雷击常对建筑物造成破坏，它能把烟囱削平、使墙垣倒塌。如遇建筑物内有易燃易爆物（如油库、火药库）则会造成更大的损失。在地下隧道作业中，雷击还会引起爆破作业雷管的提前引爆，从而造成重大伤亡。
自有电力工业以来，线路和设备上的雷击事故就是引起停电的主要原因。近代一起严重的雷击停电事故发生在1977年7月13日晚8时30分左右，使得人口近一千万的纽约市停电达26小时之久，损失惨重。雷电同样也破坏低压输电线路、有线通讯线路等，雷击电流或它在导线中感应的过电压常常沿电灯线、电话线窜入室内，造成设备损坏和人身伤亡事故。
自从民航实行全天候飞行班次以来，飞机被闪电击中、甚至于击坏的事也时有发生。特别是1970年阿波罗12号宇宙飞船发射到数公里高度时受到闪电袭击一事，更引起了人们对雷击的重视。研究发现，高速运动的物体有利于诱发闪电。
2005年8月2日法航客机在加拿大机场着陆时遭雷击起火闪电还是森林火灾的重要原因。据统计，在全球范围内闪电引起的森林大火每年大约达5万次之多。在加拿大的不列颠哥伦比亚省，雷击森林火灾占全部森林火灾的40％，而在美国西部则为60％。我国的大兴安岭林区，雷击森林火灾的比例也与上述数字相近。
闪电的电磁波辐射还会干扰无线电通讯，严重的甚至使通讯中断。许多遥控系统，如铁道上使用的自动讯号装置及导弹的遥控设备等，均会因闪电影响而失灵。此外，有些警戒系统也会因闪电干扰而造成虚报。
由于闪电发生得频繁而广泛，所以实际上它造成的累计伤亡数相当可观。据美国1940-1973年三十多年的统计，雷击造成的死亡人数平均每年为204人，远远超过龙卷风、飓风和洪水等自然灾害分别造成的死亡人数。一般而言，在雷击中受伤的人更多，约为死亡人数的3—4倍。值得注意的是，近年来随着旅游事业的发展，雷击伤亡人数有增高的趋势。
1967年8月在日本一座海拔约3000米的山峰上，一次雷击使登山远足的高中师生11名死亡、13人受伤。
2004年6月26日，浙江省台州市发生一起雷击事故，造成15人死亡，15人受伤。
（第三节）防雷方法
雷电威胁着人生的生活，它给各行各业带来巨大损失，因此，国内外无数专家致力于防雷研究，防雷方法不断发展，人类已从被动防雷发展到主动消雷，现将不同的防雷方法介绍如下。
一、避雷针防雷法
用避雷针防雷的方法，亦称富兰克林法，他通过著名的风筝实验知道雷电实际是天空雷云电场对地放电。基于此富兰克林提出避雷针原理，即利用避雷针高出被保护物的高度使雷云下的电场发生畸变，从而将雷电流吸引到避雷针上，通过引下线和接地装置导入大地，使被保护对象免遭雷电直击。
避雷针可提供一个雷电只能击在避雷针上，但不能破坏以它为中心的伞形保护区，同样的原理，避雷带提供的是一个屋脊形的保护区，这个保护伞或区所张开的角度受针或带的设置高度、雷电强度以及其他参数的影响，有的采用30°，有的采用45°或60°。尽管关于保护角计算公式很多，但保护角如何确定一直是富兰克林防雷理论的最大困扰所在。这个困扰在于理论的不完善性和实践中的不完全性。
避雷针，实质是引雷针，它使雷电触击其上而使建筑物得以保护，当雷击避雷针或避雷带时，由于引下线的阻抗，强大的雷电流可能会造成避雷系统带上高电位，对地电压可达相当高的数值，以至于可能造成接闪器及引下线向周围设备（设施）跳火反击，从而造成火灾或人身伤亡事故。另外强大的雷电流泄入大地，在接地极周围形成跨步电压的危险也是不容忽视的。因此为了避免接触电压和跨步电压的危害，国家防雷规程中要求引下线，接地装置应离开人行道3—5米，接地装置埋地深度不小于0.5米。但在现实生活中，由于种种原因，有些公共场所、办公楼、宿舍等很难满足这一要求。
避雷针有一定的保护范围，它保护了一个圆锥形的空间不受雷击损坏。这个圆锥的高度与避雷针的高度（h）相等，但对于保护圆锥在地面上的圆地半径（r），却没有一致的结论。r与h之比叫做保护比，保护比一般在1与2之间变化。
根据长期经验，建筑物最易遭受雷击的地方是塔和山墙的尖顶、屋脊、烟囱、通风管道屋顶边缘等处，因此为了重点保护这些地方，接闪器可制成避雷带或避雷网的形式。有些建筑物由于造型要求，不允许耸立避雷针，也可采用这种避雷装置。
因为避雷针起的是引电作用，所以当闪电先导与它相隔一定距离时，它能吸引先导，使云中电荷通过它而释放。为了有效地保护建筑物，避雷针系统的经常检查和维修是自不待言的。一个有关的问题是：装上有毛病的避雷针系统是否比不装还要危险？理论研究和观测事实表明：即使装上有毛病的避雷针系统，建筑物的雷击损坏程度也比不装避雷针系统所带来的后果要小得多。
在高压输电线路中，往往采用避雷线（也叫架空地线）预防雷击，即在高压线上空平行悬挂一根接地良好的钢导线。避雷线的保护空间则像一个以它作屋脊的人形帐篷，帐篷的张角约5°。
在电力和通讯等部门，为了使设备不受雷电流感应场在其内部引起强大的脉冲电流所造成的损坏，往往装有各种各样的避雷器进行保护。当雷电感应产生的过电压超过安全值时，避雷器就会被击穿，让强大的感应电流通过避雷器流入地里，借短路保护了设备的安全。
二、法拉第笼式防雷法
法拉第笼式保护法是利用钢筋或铜带把建筑物包围起来。
此法的出发点是建筑物被垂直与水平的导体密密麻麻地包围起来，形成一个法拉第保护笼。但建筑物有通道，有对外的空隙，不能做到天衣无缝。且法拉第网只能屏蔽静电场，而对雷电流引起的空间变化电磁场无法屏蔽，并且法拉第保护笼不能使建筑物的拐角处避免雷击。近年来，用得较多的是采用避雷针防雷法和法拉第笼式保护法混合使用。
三、滚球防雷保护法
滚球保护法是假设一个半径为45米的球，滚越建筑物整体，球体所能接触到建筑物的各个部分，是能遭到雷击的地方，球体不能接触到建筑物的部分，则认为已由建筑物其他部分给予保护。
球体半径R是理论上假设的雷电触击距离，它的取值与建筑物外形和雷电强弱有关，一般常取R＝45米。由于滚球防雷理论是以不肯定的推论作基础的，因此滚球防雷原理的应用仍有局限性。
四、E．F．避雷保护系统
E．F．避雷装置即放射性避雷系统是由E．F．Australasia公司创造的避雷装置，它由一个发射离子的电极和以高压同轴屏蔽的特殊电缆作为引下线以及普通的接地装置组成。
在中心电极四周，排列着4—12个同位素支架，里面放置同位素镅-241（半衰期450年），所用同位素有E．F．1及E．F．3型。电极装置能发射电子，吸引雷电能击其上，从而使建筑物受到保护。同轴电缆采取屏蔽且与建筑物绝缘，不但建筑物不带电，同时也可避免向周围物体跳击的危险。
