За статистикою, на Землі в середньому щодня випадає до 45 тис. Грозових дощів, що супроводжуються 8 млн. Блискавок. Нескладно підрахувати, що кожну секунду в атмосфері відбувається приблизно 100 електричних розрядів. Тіт Лукрецій Кар, поет і філософ I в. до н. а, так описував це явище в своїй поемі «Про природу речей»:
Перш за все небеса блакитні грім стрясає
В силу того, що, літаючи високо в просторі ефіру,
Хмари збивають там під натиском вітрів противних.
Однак як формуються грозові хмари? Чому гуркіт грому слід за розрядом блискавки, а не навпаки? Яким чином блискавка може викликати пожежу або вбити людину або тварину? Відповіді на численні запитання про «небесному вогні» люди змогли отримати без малого два тисячоліття тому.
У стародавні часи люди вважали сходить з небес і супроводжується страшним гуркотом полум'я проявом божественного гніву. Більшість політеїстичних релігій мали в своєму пантеоні спеціального бога, завідуючого громом і блискавками. Іноді, як в Стародавній Греції і Римі, ця функція надавалася верховному божеству. Сподіваючись на милість богів-громовержець, люди приносили їм багаті жертви і здійснювали особливі ритуали, але з часом зрозуміли, що дещо для свого захисту від блискавок можна зробити і самим. І хоча відомості про перші захисних спорудах почерпнуті з легенд, в основі більшості з них лежать, як правило, реальні факти.
Можливо, перші громовідводи (в розмовній мові прижилося неправильне, але більш благозвучне «громовідвід») були винайдені ще в Стародавньому Єгипті і використовувалися для захисту храмів і палаців. Звичайно, грози в долині Нілу явище нечасте, проте є свідчення про те, що єгипетські мореплавці з цією ж метою золотили верхівки найвищих щогл.
В середні віки від блискавок намагалися захиститися здебільшого магічними засобами. Вважалося, що від небесного вогню захищають зміїна шкіра, сердолік, лавр, глід, омела, гніздо ластівки під стріхою, а імператор Карл Великий видав закон, який наказував би садити на дахах будівель рослина Iovis barba (молодило). Втім, дерев'яні будинки набагато сильніше захищало сусідство високого кам'яної будівлі з металевим шпилем або церкви з хрестом: було помічено, що блискавки вибирають найвища споруда. Однак, щоб навчитися по-справжньому давати відсіч грізної гості, треба було мати уявлення про її природі.
Електричні і електромагнітні явища люди спостерігали з давніх-давен, недарма саме слово «електрику» походить від грецького elektron «бурштин». Фалес ще в VI ст. до н. е. помітив, що шматок бурштину, натертий вовняною тканиною, починає притягувати дрібні предмети, а якщо наблизити до такого наелектризованої шматку бурштину голку, можна побачити дрібні іскри. Ісаак Ньютон в 1716 р писав про це явище: «Іскра нагадала мені блискавку в малих розмірах». У 1745 р голландський вчений Пітер ван Мушенбрук винайшов перший електричний конденсатор, названий за місцем винаходу лейденської банкою. Залишалося зовсім небагато до усвідомлення того, що іскра між бурштином і металом, розряд лейденської банки і блискавка явища одного порядку.
Ідея, як то кажуть, витала в повітрі, тому немає нічого дивного, що досліди з атмосферною електрикою проводилися паралельно в різних країнах різними вченими. Між 1721 і 1745 р. в українському місті Невьянська з ініціативи промисловця Акинфия Демидова була побудована 57-метрова вежа, до металевого шпиля якої було підведено заземлення. На жаль, ім'я зодчого Невьянском вежі залишилося невідомим. Французькі вчені Жак Рома і Тома Франсуа Далібар незалежно один від одного в 1752 р проводили досліди по з'ясуванню електричної природи блискавки з використанням повітряних зміїв (металеве вістря змія за допомогою дроту поєднувалося з конденсатором).
Однак винахідником громовідводу загальновизнано вважається американський вчений і громадський діяч Бенджамін Франклін. Виріс в бідній сім'ї, Франклін за волею долі змінив не один вид діяльності. У 1727 р він відкрив у Філадельфії власну друкарню і зайнявся видавничою діяльністю, потім заснував першу в Америці публічну бібліотеку, філософське товариство, став головним поштмейстером всіх північноамериканських колоній, побував на посаді посла і взяв участь в створенні американської конституції.
Ж. Дюплессі. Бенджамін Франклін. 1778 р
Фізикою Франклін займався всього протягом семи років, проте за цей час він встиг стільки, що академії наук багатьох країн (в тому числі іУкаіни) зробили його своїм почесним членом.
В середині 1740-х років освічені люди масово виявляли інтерес до дослідів з електрикою, публічні демонстрації збирали безліч глядачів. У 1747 р Франклін відвідав лекцію якогось доктора Спенс, який демонстрував «електричну машину». Майбутній винахідник, на той час вже мав кошти і дозвілля для хобі, так зрадів від вивергав тріск і іскри агрегату, що негайно купив необхідне обладнання і почав виробляти подібні досліди.
Франклін виявив, що якщо на зарядженому кондуктора електричної машини зміцнити металевий прут, то розряд з кондуктора стікає поступово, без іскор і тріску. Фактично це були так звані вогні святого Ельма коронні розряди, які можна спостерігати під час або перед грозою на високих тонких об'єктах начебто шпилів або щогл. Якщо при високому потенціалі електричного поля будь-якої предмет відтягує на себе частину заряджених частинок, замість іскрового розряду (блискавки) виникає коронний, не обпалює і не викликає загоряння. Франкліну це було невідомо, проте його практичний розум побачив можливості застосування цього ефекту. Якщо блискавка та ж електрична іскра, то чому б за допомогою загостреного металевого жердини не розрядиться хмари і не відвести небезпечні заряди в землю?
Досвід з повітряним змієм, подібний до того, що проводили французькі фізики, переконав Франкліна в електричну природу блискавки. Справа була за малим спорудити пристрій, який буде перетягувати заряд з хмари на себе, не дозволяючи сформуватися повноцінної блискавки. Якщо ж таке завдання виявиться блискавковідводу не по зубах, він прийме удар стихії і відведе розряд в землю без шкоди для будівель.
Досвід Франкліна з повітряним змієм. Гравюра XIX в.
Вогні святого Ельма на щоглах і реях корабля.
Через рік Франклін запропонував загострити верхній кінець громовідводу, оскільки помітив, що з вістря розряд стікає без іскор. Він встановив на своєму будинку ізольований залізний засув, з'єднав його провідником з землею і навіть включив в ланцюг дзвінок, щоб блискавка сама попереджала господаря будинку про свою появу. У 1754 р чеський священик Прокоп Дівіш спорудив в своєму саду «машину для погоди». Це був більш вдосконалений блискавковідвід, який складався з більш ніж 400 заземлених залізних шпилів і був заввишки близько 42 м. Доля цієї споруди сумна. Дівіш стверджував, що його дітище здатне змінювати погоду, і, коли сильні морози знищили озимі, селяни, звинувативши в цьому священика, зруйнували блискавковідвід. Однак переможний хід «пасток для блискавок» було вже не зупинити.
Інтерес до винаходу Франкліна породив безліч оригінальних конструкцій, таких як парасольку з громовідводом.
У сучасному громовідводи можна виділити три частини. Для прийому розряду служить молниеприемник Залежно від характеристик об'єкта, що захищається він виготовляється у вигляді металевого штиря, мережі з провідного матеріалу або металевого троса, натягнутого над об'єктом. Провід великого перерізу заземлювальний провідник, або токоотвод відводить заряд до провідника, дотичному з землею, заземлителю. Навколо громовідводу знаходиться захисна зона в формі конуса з радіусом підстави, приблизно рівним висоті блискавковідводу, тому молниеприемник повинен бути розташований як можна вище.
Якщо блискавковідвід встановлений правильно, він здатний перехопити близько 99% блискавок. Імовірність того, що розряд потрапить всередину захисної зони, навіть в сільській місцевості дуже мала, а тим більше в місті, де зовнішня захист доповнена шинами вирівнювання потенціалів, якими з'єднані з контуром заземлення все металоконструкції будівлі. Однак якщо завдання порятунку від блискавок людей і будівель в цілому вирішена, перед дослідниками природного електрики все одно ще коштує чимало питань, наприклад захист особливо чутливої електроніки та використання грозовий енергії на благо людини.
Блискавки над Ейфелевою вежею.
Різні види блискавковідводів і їх кріплень кінця XVIII в.