Giải pháp chinh phục sét và tiềm năng ứng dụng

Trong một đơn vị thể tích bằng: Khi không có dòng điện qua chất khí thì sự cần bằng giữa ion hóa và sự kết hợp được thực hiện, khi đó số ion mới sinh ra n o bằng số ion mất đi n o', tứ

CẦN THƠ, 05/2013

LỜI CÁM ƠN



Để hoàn thành luận văn này tôi xin chân thành gửi lời cảm

ơn đến quí thầy, cô trong bộ môn vật lý, khoa sư phạm – đại học Cần Thơ đã quan tâm giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận văn

Em xin chân thành cảm ơn ThS Dương Quốc Chánh Tín, người thầy kính mến đã tận tình giúp đỡ tạo mọi điều kiện thuận lợi, mặc dù bận rộn nhiều công việc thầy vẫn dành thời gian và tâm huyết hướng dẫn cho em trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn lớp vật lý – tin học khóa 35 và các bạn trong bộ môn vật lý đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và làm luận văn

Do kiến thức cũng như thời gian có hạn nên luận văn tốt nghiệp không tránh khỏi những thiếu sót kính mong quí thầy, cô

và các bạn nhận xét và đóng góp ý kiến để luận văn được hoàn chỉnh hơn

Cuối lời, em kính chúc quí Thầy, Cô cùng các bạn dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp trồng người cao quý

Cần Thơ, ngày … tháng….năm 2013 Sinh viên thực hiện

Võ Ngọc Linh

MỤC LỤC



PHẦN MỞ ĐẦU 5

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 5

2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 5

3 PHƯƠNG PHÁP 5

4 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN 6

PHẦN NỘI DUNG 7

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ SÉT 7

1.1 Benjamin Franklin và ý niệm ban đầu về Sét 7

1.2 Lược sử nghiên cứu Sét 8

1.3 Dòng điện trong chất khí 10

1.3.1 Sơ lượt về tính dẫn điện trong chất khí 10

1.3.1.1 Chất khí ở trạng thái tự nhiên 10

1.3.1.2 Quãng đường tự do trung bình của eletron trong chất khí 10

1.3.1.3 Sự ion hóa chất khí 12

1.3.1.4 Năng lượng ion hóa 14

1.3.2 Sự phóng điện không tự lực 15

1.3.3 Sự phóng điện tự lực 18

1.3.3.1 Thác electron 18

1.3.3.2 Điều kiện phát sinh sự phóng điện tự lực 20

1.3.3.3 Định luật Pasen 20

1.3.3.4 Sự phóng điện hình tia trong chất khí 21

1.4 Sét là gì? 22

1.5 Sự hình thành dông, sét và cường độ hoạt động 22

1.5.1 Sự hình thành 22

1.5.2 Các giai đoạn phóng điện 24

1.5.3 Cường độ hoạt động của sét 26

1.6 Phân loại Sét 27

1.6.1 Sét hòn 27

1.6.2 Sét dương 29

1.6.3 Sét khô 30

1.6.4 Sét tên lửa 30

1.6.5 Sét giữa mây và mặt đất 30

1.6.6 Sét giữa hai đám mây 31

1.6.7 Sét ngoài trái đất 32

1.6.8 Sét thượng tầng khí quyển 32

1.6.8.1 Sét dị hình sprites 32

1.6.8.2 Sét dị hình xanh 33

1.6.8.3 Sét dị hình elves 33

1.6.9 Sét đen 33

1.7 Hậu quả do sét gây ra 34

1.7.1 Tác hại đến con người 34

1.7.2 Đối với các trang thiết bị điện tử và hệ thống thông tin liên lạc 36

1.7.3 Đối với công trình xây dựng 38

1.8 Một số khía cạnh kỹ thuật 39

1.8.1 Cường độ dòng điện của một tia sét 39

1.8.2 Điện Thế 39

1.8.3 Các hiệu ứng về điện 39

1.8.4 Hiệu ứng lan truyền 40

1.8.5 Hiệu ứng nhiệt 40

1.8.6 Hiệu ứng cơ 40

1.9 Kích hoạt sét 41

1.9.1 Tên lửa 41

1.9.2 Núi lửa 41

1.9.3 Lazer 41

Chương 2: CÁC BIỆN PHÁP PHÒNG TRÁNH 42

2.1 Các biện pháp 42

2.1.1 Phương pháp dùng lồng Faraday 42

2.1.2 Phương pháp chống sét truyền thống (Hệ Franklin) 43

2.1.3 Phương pháp chống sét không truyền thống 44

2.1.3.1 Hệ tán xạ sớm 44

2.1.3.2 Hệ ngăn chặn Sét 45

2.1.4 Hút sét bằng tia Laser 46

2.1.5 Chống sét lan truyền 46

2.1.6 Phương pháp phòng chống tích cực 47

2.1.6.1 Dự báo Sét sớm bằng trang thiết bị hiện đại 47

2.1.6.2 Quy tắc chống Sét bảo vệ con người 47

2.1.6.2.1 Chủ động phòng tránh 47

2.1.6.2.2 Quy tắc nhìn-nghe 48

2.1.6.2.3 Tránh Sét trong nhà 48

2.1.6.2.4 Tránh Sét ngoài trời 50

2.1.6.2.5 Cấp cứu người bị sét đánh 50

2.2 Giới thiệu một số thiết bị chống sét 51

2.2.1 Khái niệm thiết bị chống sét 51

2.2.2 Thiết bị chống sét ống PT 53

2.2.2.1 Cấu tạo 53

2.2.2.2 Nguyên lí 54

2.2.3 Chống sét van 55

2.2.3.1 Cấu tạo 55

2.2.3.2 Các tham số của chống sét van 56

2.2.4 Chống sét van từ 59

2.2.5 Van chống sét oxit kim loại 59

2.2.5.1 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động 60

2.2.5.2 Ứng dụng và cách lựa chọn 61

2.2.5.3 các trị số điển hình của van chống sét với các mức điện áp điều chỉnh 63 2.2.6 Chống sét VariSTAR UItraSIL 63

2.2.6.1 Giới thiệu chung 63

2.2.6.2 Cấu tạo 63

2.2.6.3 Hoạt động 65

2.2.6.4 Các lưu ý chung để lựa chọn chống sét 65

2.2.7 Kim thu sét phóng điện sớm STORMASTER 66

2.2.7.1 Giới thiệu 66

2.2.7.2 Cấu tạo 66

2.2.7.3 Nguyên lí hoạt động 67

2.2.7.4 Phân loại 67

2.2.7.5 Bán kính bảo vệ 67

2.2.7.6 Ưu điểm 68

2.2.7.7 Nhược điểm 68

2.2.8 Kim thu sét GUARDIAN 68

2.2.8.1 Giới thiệu 68

2.2.8.2 Bán kính bảo vệ của Guardian 69

2.2.8.3 Tại sao nên sử dụng kim Guardian 69

2.2.9 Hệ thống cảnh báo sét ATSORM v2 69

2.2.9.1 Giới thiệu 69

2.2.9.2 Ứng dụng 70

2.2.9.3 Thông số kỹ thuật 70

2.2.10 Phụ kiện chống sét 71

2.2.10.1 Cọc tiếp địa 71

2.2.10.2 Cáp thoát sét 71

2.2.10.3 Hóa chất giảm điện trở đất 73

Chương 3: BÍ ẨN VÀ TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG 76

3.1 Bí ẩn 76

3.2 Nguồn tia X 81

3.3 Tiềm năng ứng dụng 82

3.3.1 Năng lượng từ Sét 83

3.3.2 Dự báo tiến triển của bão 84

3.3.3 Tạo Ozon 84

3.3.4 Trong nông nghiệp 85

3.3.4.1 Tạo phân bón 85

3.3.4.2 Tăng năng suất nấm 85

PHẦN KẾT LUẬN 87

Tài liệu tham khảo 88

PHẦN MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

1752, Benjamin Franklin đã làm một thí nghiệm kinh điển với con diều của ông và

ông đã kết luận rằng sét chính là điện Từ đó đến nay các nhà khoa học đã nghiên cứu và

giải thích tương đối hoàn chỉnh về cơ chế hình thành của sét và tìm cách khai thác cũng

như hạn chế thiệt hại do Sét gây ra

Sét là một hiện tượng tự nhiên và là nỗi kinh hoàn của con người Chúng làm thiệt

hại về tài sản, về tính mạng của con người Vì vậy trong những năm gần đây các nước

trên thế giới đã thành lập các trung tâm nghiên cứu Sét Đặc biệt là năm 2003 NASA (cơ

quan quản lý hàng không và không gian Hoa Kỳ) đã phóng hai vệ tinh trên đó có gắn

thiết bị nghiên cứu Sét

Vật lý học là một ngành thuộc lĩnh vực tự nhiên và nhằm giải thích các vấn đề do tự

nhiên đặt ra một cách khoa học Mục tiêu của người học vật lý là đem kiến thức học được

ứng dụng vào cuộc sống Sét một hiện tượng tự nhiên mà vài thế kỷ trước con người đã

nghĩ rằng nó là một công cụ của một thế lực siêu nhiên nào đó Và khi tiếp cận, tìm hiểu

về sét chúng ta luôn đặt cho mình những câu hỏi: Có phải đấng siêu nhiên đã sinh ra sét

hay không, hay nó đến từ đâu? và cái gì sinh ra nó? bản chất của nó là gì? Làm gì để hạn

chế tác hại do sét và khai thác những lợi ích tiềm năng mà nó mang lại, Để hiểu rõ các

vấn đề trên và là một người giáo viên tương lai tôi muốn có thêm kiến thức về các hiện

tượng tự nhiên gần gũi, bổ sung cho bài giảng của mình để giúp học sinh thêm tin tưởng

và yêu thích học vật lý hơn, đó là lý do tôi chọn đề tài “Giải pháp chinh phục sét và tiềm

năng ứng dụng”

2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Giúp hiểu rõ hơn về bản chất của sét, cách phòng chống sét, tự bảo vệ bản thân và

người khác Thông qua bài học, tuyên truyền giúp cho học sinh có cái nhìn đúng đắn về

Trao đổi, lắng nghe những ý kiến của giảng viên hướng dẫn, phân tích và tổng hợp

tài liệu

4 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN

Xác định mục tiêu đề tài

Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến đề tài

Lập đề cương nghiên cứu đề tài

Tổng hợp tài liệu

Viết luận văn hoàn chỉnh

Báo cáo luận văn

PHẦN NỘI DUNG

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ SÉT

1.1 Benjamin Franklin và ý niệm ban đầu về Sét

Benjamin Franklin (1706 - 1790) là

một trong những người thành lập đất nước

Hoa Kỳ Ông sinh ngày 17 tháng 1 năm

1706 tại Boston, Massachusetts, Hoa Kỳ

Ông còn là một chính trị gia, một nhà khoa

học, một tác giả, một thợ in, một triết gia,

một nhà phát minh, nhà hoạt động xã hội,

một nhà ngoại giao hàng đầu Trong lĩnh

vực khoa học, ông là gương mặt điển hình

của lịch sử vật lý vì những khám phá của

ông và những lý thuyết về điện, ví dụ như

các khám phá về hiện tượng sấm, sét

Benjamin Franklin qua đời tại

Philadelphia vào đêm 17 tháng 4 năm 1790

Khi được tin Benjamin Franklin qua đời, Quốc Hội nước Pháp quyết định để tang ba

ngày, Còn Quốc Hội Hoa Kỳ chịu tang một tháng để tỏ lòng kính cẩn một Công Dân đã

có công lớn đối với Quốc Gia, với Khoa Học, với Tự Do và Nhân Loại

Benjamin Franklin đã cố gắng kiểm tra lý thuyết rằng các tia lửa tạo do sự phóng

điện của các quả cầu thủy tinh khi quay cũng giống như các tia sét bằng cách dựng lên

một cái tháp có hình nón tại Philadelphia Trong lúc chờ đợi cái tháp được dựng xong

ông nảy ra ý tưởng sử dụng một con diều Trong cơn dông tiếp theo đó vào tháng 6 năm

1752 ông đã cùng con trai của mình ra thử nghiệm Ông đã buộc một cái chìa khóa vào

đoạn cuối của dây diều và cắm nó xuống đất (ông đã buộc chìa khóa vào dây diều bằng

dây lụa loại vật liệu dẫn điện rất kém) Sau một hồi không có chuyện gì xảy ra ông thấy

sợi dây bị lỏng và đưa tay lại để buộc nó chặt hơn ngay lập tức một tia sét phan trúng con

diều (vì ông trở thành vật dẫn điện) Sống sót sau thí nghiệm này ông đã đưa ra kết luận

rằng sét chính là điện

Sau đó, ông tiếp tục tiến hành những thí nghiệm để tạo ra cột thu lôi Ông làm một

gậy sắt nhỏ dài hơn 3m, nhọn đầu, lắp đặt lên nóc ống khói Lại dùng dây kim loại để

một đầu gắn chặt vào gậy sắt, một đầu buộc vào một ống nước chạy ngầm dưới mặt đất

Sau này, có thời gian sét đánh vào nhà riêng của ông, nhưng cột thu lôi do ông phát minh

đã bảo vệ ngôi nhà và các thiết bị trong nhà không bị cháy và ảnh hưởng do Sét

Ngày nay, những chiếc cột thu lôi cũng được ra đời dựa trên nguyên lý hoạt động và phát

minh của Franklin Đa phần chúng được gắn trên nóc các tòa nhà cao tầng, có cấu tạo rất

đơn giản, chỉ bao gồm một thanh kim loại nhọn có đường kính khoảng 2 cm, nối với một

đường dây bằng đồng hoặc nhôm có độ dày tương đương, kéo xuống một bộ phận lưới

dẫn chôn dưới đất

1.2 Lược sử nghiên cứu Sét

1752 Benjamin Franklin đã làm thí nghiệm bằng cách thả con diều trong cơn dông

và kết luận Sét chính là điện

Franklin không phải là người duy nhất thí nghiệm với diều Thomas-François

Dalibard cùng De Lors đã thực hiện cuộc thí nghiệm tương tự ở Marly-la-Ville tại Pháp

chỉ vài tuần trước thí nghiệm của Franklin Trong cuốn tự truyện của mình (viết những

năm 1771-1788 xuất bản năm 1790) Franklin đã tự nhận rằng ông đã thực hiện cuộc thí

nghiệm của mình sau những người Pháp chỉ vài tuần mà không hề biết về điều này trong

năm 1752

Tin tức về cuộc thí nghiệm này lan rộng ra và những người khác bắt đầu thực hiện

lại nó Tuy nhiên các cuộc thí nghiệm về sét rất nguy hiểm và đôi khi gây chết người

Một trong những cái chết nổi tiếng nhất do bắt chước Franklin là của giáo sư Georg

Richmann tại Saint Petersburg, Nga Ông đã tạo ra một hệ thống thu sét giống như của

Franklin, ông đã chạy về nhà khi nghe tiếng sấm lúc đang giảng bài tại học viện khoa

học Ông chạy về với người thợ điêu khắc để có thể ghi lại sự kiện này Ông đã đặt một

quả bóng thủy tinh lên một vòng kim loại gần như hoàn hảo cho một hệ thống thu lôi thời

đó nhưng lại quên gắn dây nối đất, kết quả theo báo cáo là khi sét đánh và chạy vào vòng

kim loại và bao lấy quả cầu thủy tinh nó tạo ra một cục sét hòn (do không thể chạy xuống

đất một cách trực tiếp) đã văng trúng đầu Georg Richmann và giết ông ngay lập tức

Mặt dù các thí nghiệm của từ thời của Benjamin Franklin đã chỉ ra rằng sét là một

sự phóng điện, các lý thuyết tìm hiểu về sét rất ít được cập nhật (cụ thể tại sao nó hình

thành) trong 150 năm Các nguồn động lực cho các nghiên cứu gần đây đến từ lĩnh vực

kỹ thuật điện: Các cột điện cao thế khi bắt đầu đưa vào phục vụ các kỹ sư cần biết sét

nguy hiểm đến mức nào để có thể bảo vệ các cột điện

Năm 1900, Nikola Tesla đã tạo ra sét nhân tạo bằng một cuộn Telstra cùng các máy

phát điện công xuất cao để tạo ra sét đủ lớn để xem

Trong số những nhà nghiên cứu sét nổi tiếng nhất vào thế kỷ 20 có Charles Proteus

Steinmetz Vào đầu những năm 1920, ông bắt đầu chế tạo các máy phát sét nhân tạo

nhằm nghiên cứu hiệu ứng của sét Ông sử dụng một tụ điện để trữ nguồn điện tích khổng

lồ, điện được phóng ra dưới dạng tia lửa khổng lồ Khi đó có thể quan sát hiệu ứng của

sét khi nó đánh vào các mô hình nhà và cây Sau cái chết của Steinmetz vào năm 1923,

những máy phát lớn hơn và mạnh hơn được chế tạo Chúng cho phép các nhà khoa học

phát hiện ra những sự thật có giá trị hơn về sét và về những điều cần thiết để đề phòng

nó

Những nghiên cứu về cột thu lôi Vào năm 1935, các kỹ sư đã thiết kế cột thu lôi

trên tòa nhà Empire State tại thành phố New York để nghiên cứu chuyện gì xảy ra khi sét

đánh vào một cấu trúc to lớn như vậy (lúc đó nó “chỉ” cao 380m) Sét đánh vào một cây

cột đặc biệt trên đỉnh của tòa nhà Cây cột này được nối với khung thép của cấu trúc, để

các chớp điện đánh vào nó trở nên vô hại khi tiếp đất Một tỷ lệ rất nhỏ của luồng sét bị

chuyển hướng từ cây cột đến các dụng cụ thu lại hình dạng và đặc điểm của chớp điện

Cùng lúc đó, camera đặt tại tòa nhà kế bên thu lại tia chớp Những nghiên cứu này đã bác

bỏ truyền thuyết rằng sét không bao giờ đánh hai lần vào cùng một nơi Tháp Empire

State đã bị sét đánh vào 42 lần trong một năm Nó bị sét đánh 12 lần chỉ trong một cơn

bão, và vào một lần đáng nhớ là 9 lần trong 20 phút Không có cú đánh nào làm hư hại

đến tòa nhà

Những năm 1970 các nhà khoa học đã cố gắng kích hoạt sét bằng laser hồng ngoại

hay tử ngoại, nó sẽ tạo ra một đường ion hóa dễ dẫn điện mà từ đó các điện tử sẽ đi theo

từ mây xuống đất Việc này để đảm bảo an toàn cho các bệ phóng tên lửa, các cơ sở điện

và những mục tiêu quan trọng khác

Từ những năm 1980 đã có nhiều nỗ lực để thu thập năng lượng từ sét Khi mà chỉ

cần một tia sét cũng chứa một lượng lớn năng lượng, lượng năng lượng này tập trung vào

một điểm nhỏ và tồn tại trong thời gian rất ngắn (mili giây) do vậy năng lượng điện này

cực cao Sức mạnh của sét được đề xuất là để tạo ra hydrogen từ nước rồi sử dụng lượng

hydrogen này trong khai thác nhiệt điện

Năm 2001 và 2002, các nhà nghiên cứu tại Học viện Công nghệ và Khai thác mỏ

New Mexico, Đại học Florida và Học viện công nghệ Florida đã khẳng định chắc chắn

rằng sét thực sự tạo ra một lượng lớn tia X

Năm 2003 NASA (cơ quan quản lý hàng không và không gian Hoa Kỳ) đã phóng

hai vệ tinh trên đó có gắn thiết bị nghiên cứu Sét

Năm 2007, công ty Alternate Energy Holdings (AEH) chuyên tìm kiếm nguồn năng

lượng thay thế đã thử giữ năng lượng của một tia sét Thiết kế của hệ thống đã được mua

từ một nhà phát minh tại Illinois tên Steve Leroy người đã thắp sáng bóng đèn 60-watt

của mình trong vòng 20 phút với việc giữ năng lượng của sét nhân tạo

1.3 Dòng điện trong chất khí

1.3.1 Sơ lượt về tính dẫn điện trong chất khí

1.3.1.1 Chất khí ở trạng thái tự nhiên

chất khí ở trạng thái tự nhiên là chất cách điện tốt vì bản chất chúng là những phân

tử trung hòa, nhưng bằng cách nào đó ta làm cho các phân tử khí xuất hiện các hạt mang

điện tự do (tức là ion hóa chất khí) thì chúng trở thành chất dẫn điện Người ta gọi sự dẫn

điện trong chất khí là sự phóng điện trong chất khí Sự phóng điện trong chất khí bao giờ

cũng kèm theo sự xuất hiện hay mất đi các phần tử mang điện (các electron hay các ion)

Nếu quá trình ion hóa này xảy ra với những tác nhân bên ngoài như: nhiệt độ, tia tử

ngoại, tia rơnghen, đây là những tác nhân ion hóa, ta có sự phóng điện không tự lực

Ngược lại, nếu sự phóng điện xảy ra khi quá trình biến đổi bên trong chất khí dưới tác

dụng của điện trường ngoài, ta có sự phóng điện tự lực

Thực nghiệm cho thấy sự phóng điện trong chất khí phụ thuộc vào bản chất hóa học

của chất khí, vị trí tương đối của các cực, nhiêt độ, ánh sáng, Vì thế, sự phóng điện

trong chất khí là muôn hình, muôn vẻ, đặc biệt kèm theo sự phát quang và nổ

1.3.1.2 Quãng đường tự do trung bình của electron trong chất khí

Electron chuyển động trong chất khí sẽ va trạm với các nguyên tử và phân tử khí

Có thể xác định quãng đường tự do trung bình của electron nhờ cách lập luận như quãng

đường tự do trung bình của các phân tử khí

Quãng đường tự do trung bình của phân tử khí:

o n

Trong đó: no là số phân tử có trong một đơn vị thể tích

 = r + r' là đường kính hiệu dụng của 2 phân tử

Khi đó r và r' là bán kính hiệu dụng của mỗi phân tử

Từ công thức trên ta xét hai đặc điểm sau:

+ Do re << rpt nên có thể bỏ qua r' của electron so với r của phân tử   pt r

+ Do me<< mpt nên vận tốc phân tử không đáng kể so với vận tốc electron vì thế

trong công thức

o n

e 



Từ đó ta thấy rằng: quãng đường tự do trung bình của electron tỷ lệ nghịch với áp

suất chất khí ở nhiệt độ không đổi, nghĩa là áp suất càng nhỏ thì quãng đường tự do trung

bình của electron càng lớn

Đối với phân tử của một chất khí: r=r'  2r

Từ công thức tính quãng đường tự do trung bình của phân tử khí và công thức tính

quãng đường tự do trung bình của electron ta rút ra:  e  4 2  5 , 6

7,4.10-2 6,6.10-24,4.10-27,5.10-23,6.10-24,1.10-2

7,4 6,6 4,4 7,5 3,6 4,1 Quãng đường tự do trung bình của electron  e(tính ra mét) ở 0oC

1.3.1.3 Sự ion hóa chất khí

Sự ion hóa là quá trình tách electron ra khỏi nguyên tử trung hòa làm cho nguyên tử

trở thành ion dương, đây là điều kiện cần thiết để chất khí trở nên dẫn điện Để ion hóa

chất khí ta cần truyền cho nó một năng lượng tách electron ra khỏi nguyên tử, năng lượng

này gọi là năng lượng ion hóa

Độ lớn năng lượng ion hóa Wi phụ thuộc vào bản chất hóa học của chất khí và trạng

thái năng lượng của electron được bức ra khỏi phân tử Electron ngoài cùng liên kết với

hạt nhân yếu hơn cả nên để nó bức ra khỏi phân tử cần năng lượng ion hóa Wi nhỏ Sau

khi một electron bức ra khỏi phân tử thì liên kết giữa các electron còn lại sẽ lớn dần

Ví dụ: năng lượng để ion hóa:

N W=14,5eV

N+ W=29,5eV ứng với hóa trị 1

N++ W=47,4eV ứng với hóa trị 2

Năng lượng ion hóa Wi có thể biểu diễn qua điện thế ion hóa Ui Điện thế ion hóa Ui

là hiệu số điện thế sao cho dưới tác dụng của nó electron chuyển động có gia tốc làm cho

năng lượng của electron tăng lên một lượng bằng năng lượng ion hóa nghĩa là: Wi=eUi

Dưới đây ta chỉ xét chi tiết sự ion hóa chất khí do va chạm và để đơn giản ta chỉ xét

sự ion hóa bậc một, nghĩa là sau khi va chạm ngoài electron đi va chạm (electron sơ cấp)

ta có thêm chỉ một electron mới bức ra từ phân tử

Nếu sự va chạm mà electron năng lượng nhỏ, có nghĩa là electron chỉ truyền một

phần nhỏ năng lượng cho phân tử làm chất khí nóng lên mà không bị ion hóa Nếu năng

lượng electron đủ lớn thì sự va chạm là không đàn hồi, sau khi va chạm phân tử nhận

năng lượng chuyển lên trạng thái kích thích và ion hóa

Giữa hai lần va chạm, electron thu được năng lượng của chuyển động định hướng:

eU

mv

2

2

Trong đó U là hiệu điện thế giữa hai lần va chạm

Thí nghiệm chứng tỏ điều kiện ion hóa phân tử khí do va chạm với electron là:

i W

mv

2

2

Sự ion hóa xảy ra do va chạm giữa electron và phân tử, cũng có khi sự va chạm giữa

ion và phân tử nhưng chủ yếu là do electron vì: quãng đường tự do trung bình  e của

electron lớn hơn quãng đường tự do trung bình  của ion nhiều nên trên suốt quãng

đường tự do của nó electron thu được động năng lớn hơn ion

Thật vậy thay U bằng  E vào mv eU

2

2

ta được:

E e

mv



2

2

Khối lượng ion xấp xỉ khối lượng phân tử nên muốn ion hóa phân tử thì ion cần một

động năng không phải bằng Wi mà phải lớn hơn Wi Ta có thể chứng minh điều đó

Gọi m là khối lượng hạt đi va chạm

M là khối lượng phân tử

Với v là vận tốc ban đầu của electron sơ cấp (vận tốc phân tử xem như bằng 0) Giả

sử sau khi va chạm 2 hạt chuyển động cùng chiều với vận tốc u

Định luật bảo toàn động lượng mv=(M+m)u

Động năng của hạt đi va chạm:

i i

i

W M

m mv

M m

M mv M

m

m mv

W

M m

mv M

m W u M m mv

) 1 ( 2

2 ) 1

( 2

) (

2

) (

2

) (

2

2

2 2

2

2 2

Có nghĩa là nếu hạt đến va chạm là electron thì động năng bằng năng lượng ion hóa

là có thể ion hóa phân tử Nếu hạt đến va chạm là ion thì động năng phải gấp 2 lần năng

lượng ion hóa Nên sự ion hóa trong chất khí chủ yếu là do electron

1.3.1.4 Năng lượng ion hóa

Chất khí cần nghiên cứu có áp suất khoảng 0,1-1mmHg được chứa trong ống thủy

tinh Trong ống có catốt K được đốt nóng, lưới G (là một điện cực được cấu tạo bởi

những sợi dây mảnh đan vào nhau) và colectơ C (cực góp)

Lưới có điện thế dương so

với catốt K

Colectơ có thế âm so với K,

thế âm này khoảng: -0,5 -1V

Lưới đặt cách K một khoảng

nhỏ hơn  e, khi ấy các electron

phát xạ nhiệt từ K ra sẽ chuyển

động không va chạm trong không gian giữa K và lưới G Nếu thế hiệu giữa K và G là U

thì mỗi electron đến lưới có động năng: mv eU

2

2

Các electron sau khi được gia tốc trong không gian K-G, sẽ vượt qua các khe lưới

vào khoảng không gian G-C, tại đây nó bị hãm lại và không gian đến C và điện thế của C

thấp hơn K Khi đó, dòng điện qua điện kế bằng 0 (I=0) Nếu tăng dần hiệu điện thế U

giữa lưới và K thì đến một lúc nào đó năng lượng electron bằng năng lượng ion hóa Các

electron có năng lượng lớn đủ để ion hóa này đi vào không gian giữa lưới và colectơ và

nhờ điện kế Đ ta phát hiện được dòng điện, thành ra thế hiệu U nhỏ nhất giữa lưới và K

ứng với lúc kim điện kế bắt đầu chỉ dòng điện chính là thế hiệu ion hóa Ui và năng lượng

ion hóa là Wi=eUi Bằng nhiều phương pháp khác người ta cũng đi đến kết quả tương tự

Bảng dưới đây cho ta giá trị năng lượng ion hóa đối với phân tử của một vài chất:

Năng lượng ion hóa (eV) 24,5 21,5 13,9 10,4 5,12 4,32 1,68

1.3.2 Sự phóng điện không tự lực

Do quá trình tái hợp, khi ngưng tác nhân ion hóa trong chất khí không còn ion nữa,

sự dẫn điện sẽ ngưng, đó là sự phóng điện không tự lực

Ta khảo sát chất khí nằm ở hai cực điện phẳng song song chịu tác dụng liên tục bởi

tác nhân bên ngoài (tia X ) đầu tụ nối với nguồn , đầu còn lại nối với điện kế G

Gọi no là số ion mỗi loại do tác nhân

ion hóa trong một đơn vị thể tích trong một

đơn vị thời gian: số ion tái hợp tỷ lệ với số

ion âm (-) và số ion dương (+) hiện có

Giả sử một thời điểm nào đó, trong một

đơn vị thể tích V có no ion âm và no ion

dương thì số ion tái hợp trong một đơn vị

thời gian Trong một đơn vị thể tích bằng:

Khi không có dòng điện qua chất khí thì sự cần bằng giữa ion hóa và sự kết hợp

được thực hiện, khi đó số ion mới sinh ra n o bằng số ion mất đi n o', tức là n o  n o2

Vậy khi không có dòng điện đi qua chất khí, số ion cùng loại no trong một đơn vị

thể tích bằng:



o o

n

Lúc đó số ion no có trong một đơn vị thể tích không biến đổi nữa

Nếu ta tạo một điện trường có cường độ E giữa hai bản tụ điện thì dưới tác dụng của

điện trường này, các ion bắt đầu chuyển động sinh ra dòng điện Bây giờ sự biến mất của

ion xảy ra không những do quá trình tái hợp của các ion trong bản thân khối khí mà còn

do sự trung hòa của các ion giữa hai điện cực

Gọi I là cường độ dòng điện giữa hai điện cực

S là diện tích của mỗi bản cực

d là khoảng cách giữa hai cực

q là điện tích của một ion

Trong một đơn vị thời gian số ion của mỗi kim loại giảm đi do sự chuyển dịch về

điện cực trong một dơn vị thể tích V là:

qd

i n

qSd

I qV

I n

Như vậy khi có dòng điện, điều kiện cần là số ion mới sinh ra n o bằng toàn bộ số

ion mất đi do quá trình tái hợp và do sự trung hòa chúng ở các điện cực, nghĩa là:

qd

i n

n o  o 

Ta xét xem cường độ dòng điện trong chất khí bị ion hóa bởi nguồn ngoài phụ thuộc

vào thế hiệu giữa hai điện cực như thế nào?

Trường hợp 1: mật độ dòng i bé nghĩa là 2

o n qd

o o n n

n n

Trong trường hợp này số ion no trong một đơn vị thể tích không đổi Gọi u+, u- lần

lượt là vận tốc của ion dương và ion âm Trong một đơn vị thời gian có nou+S ion dương

đi tới K, nou-S ion âm đến A

Đồng thời khoảng không gian gần K lại có nou-S ion âm rời xa K, có thêm nou+S ion

dương lẻ đôi chuyển động về K, nên tổng hợp ion dương đến K trong một đơn vị thời

gian no(u++u-)S, số ion âm xuất hiện trên A trong một đơn vị thời gian cũng bằng như

vậy

Từ đó ta có mật độ dòng điện: i=qno(u++u-)S

Lý luận tương tự khi nghiên cứu chuyển động của ion trong chất điện phân, ta có thể

thừa nhận vận tốc chuyển động của các ion tỉ lệ với cường độ điện trường:

Từ biểu thức trên ta viết lại i E( định luật Ohm)

Với  n o q(uo uo) là điện dẫn suất chất khí

Trường hợp 2: i lớn sự mất đi trong quá trình tái hợp có thể bỏ qua, nghĩa là:

qd

i n

qd

i n

Gọi ibh là mật độ dòng bảo hòa thỏa mãn bất đẳng thức trên thì: i bh n o qd từ biểu

thức trên ta thấy mật độ dòng ibh không phụ thuộc vào cường độ điện trường E; do đó

không phụ thuộc vào thế hiệu V1-V2 giữa hai điện cực

Mật độ dòng điện ibh lớn nếu d càng lớn nghĩa là hai bản cực càng xa nhau Kết luận

này chỉ đúng với điều kiện là sự ion hóa thực hiện trong tất cả khối lượng khí giữa hai

bản cực Khi đó, với d càng lớn, tổng số ion xuất hiện càng lớn, khiến dòng điện bão hòa

ibh tăng lên

Tóm lại, sự dẫn điện trong chất khí khi bị ion hóa bởi nguồn ngoài, nếu i<<ibh, khi

ấy ta ứng dụng được định luật Ohm: mật độ dòng điện tăng tỷ lệ với hiệu điện thế V1-V2

đặt vào hai điện cực Nhưng với hiệu điện thế V1-V2 lớn thì định luật Ohm không còn

đúng nữa vì dòng điện đạt mức bão hòa

E u u

E u u

o o

oa là trường hợp 1 với cường

độ dòng điện bé

bc là trường hợp 2 với cường

độ dòng điện bão hòa

ab là giai đoạn trung gian, khi

đó i tăng theo U nhưng chậm so với

đingj luật Ohm

Sau giá trị Uc mật độ dòng

điện tăng nhanh bất thường của đoạn cd và df là do trong chất khí xuất hiện các điện tích

tự do khác ngoài các điện tích tạo ra do quá trình ion hóa Sự phóng điện này trở thành sự

phóng điện tự lực

1.3.3 sự phóng điện tự lực

1.3.3.1 Thác electron

Giả sử dòng điện truyền qua chất khí trong khoảng giữa hai bản điện cực phẳng A

và K, dưới tác dụng của tia tử ngoại (hay tia Rơngen)

Từ K phát ra một electron, giả sử trước

khi va chạm nó đã thu được động năng lớn

hơn hoặc bằng năng lượng ion hóa, thì nó sẽ

ion hóa các phân tử Kết quả là làm xuất

hiện một electron mới và một ion dương Ion

dương chuyển động về phía K còn electron

về phía A Các electron tiếp tục thu năng

lượng, sau lần ion hóa thứ 2 ta thu được 4 electron, lần 3 thu được 8 electron,

Khi điện trường đủ mạnh, thực nghiệm cho ta thấy vận tốc electron gần bằng

2.105m/s còn vận tốc ion dương v=2.103m/s (vận tốc electron gấp 100 lần ion dương)

Như vậy ta có thể xem ion dương như đứng yên so với electron và quá trình phóng

điện khi đó chủ yếu gây ra bởi thác electron Thác elctron lan truyền nhanh đến A để lại

sau nó điện tích không gian gồm các ion dương, các ion này làm thay đổi điện trường

giữa hai cực

Ta khảo sát định lượng quá trình này:

Gọi  là số cặp electron và ion được tạo ra trên một đơn vị đường đi (hệ số ion hóa

thể tích hay hệ số Tauxen 1)

Hệ số  phụ thuộc vào cường độ điện

trường, vì năng lượng electron thu được trên

quãng đường tự do càng lớn khi E càng lớn

Hệ số  phụ thuộc vào p của chất khí, bởi

vì cặp electron tạo ra phụ thuộc vào số lần va

chạm của electron với phân tử trên một đơn vị

đường đi

Ta khảo sát cột chất khí nằm giữa hai điện cực, xác định số cặp electron và ion trong

bề dày dx cách K một khoảng x

Một electron trên đoạn dx sẽ tạo ra dx cặp ion-electron

Nếu có n electron thì số cặp tạo thành sẽ là:

C x n dx

Khi x 0nn o (no là số electron phát ra từ K nhờ tác nhân ion hóa)  ln(no)=C

o o

e n n x n

  

ln

Khi khoảng cách giữa hai cực là d thì số

electron đến A là:

d o

e

n a  300.3.102  9 104

Nghĩa là số electron tăng lên một vạn lần nhờ thác electron

1.3.3.2 Điều kiện phát sinh sự phóng điện tự lực

Sự phát sinh thác electron trong chất khí, vẫn chưa phải là sự phóng điện tự lực, vì

giả sử với d

o

a n e

n   , nếu no=0 thì na=0, nghĩa là khi ngắt tác nhân ion hóa thì dòng điện

đến A cũng tắt Muốn sự phóng điện trở thành tự lực thì phải làm sao thác electron tạo ra

điều kiện duy trì nó, nghĩa là trong chất khí phải xảy ra liên tục thác electron mới thay thế

cho electron đi về A

Sự phát sinh electron thứ cấp từ K dưới tác dụng bắn phá của các ion dương là một

quá trình quan trọng để duy trì thác electron Nếu ion dương trong quá trình chuyển động

đến K thu được năng lượng đủ để thắng công thoát thì nó có thể bức electron ra khỏi K

Khi đó ta có sự phóng điện tự lực

Nếu gọi  là hệ số ion hóa mặt (hệ số Tauxen thứ 2) Nó cho ta biết có bao nhiêu

electron thứ cấp bức ra từ K khi một ion dương đến đập vào K Hệ số  phụ thuộc vào

vận tốc ion và bản chất chất làm K

Ta chứng minh rằng phải có đồng thời hai quá trình trên (sự ion hóa thể tích lẫn sự

ion hóa mặt) mới xảy ra sự phóng điện tự lực

Gọi n1 là số electron toàn phần bay từ K đến A, số electron đến A sẽ bằng d

a n e

Số lượng electron phát sinh trong thác sẽ là n a n1 n1(e  d  1 )

Vậy số ion dương phát sinh trong thác sẽ là 1( d 1)

n e



d o a

e

e n

Khi đó na sẽ có khả năng tăng vô hạn ngay cả giá trị nhỏ nhất của no và tác nhân ion

hóa trở nên không cần thiết cho sự phóng điện và sự phóng điện chuyển từ không tự lực

sang tự lực

Thường thì  lớn, khi ấy e  d 1, hay điều kiện để có sự phóng điện tự lực có thể

viết dưới dạng  e  d 1 biểu thức này là ngưỡng của sự phóng điện tự lực

1.3.3.3 Định luật Pasen

Ta đã biết sự phóng điện tự lực chỉ bắt đầu ở một điện thế nào đó (điện thế cháy hay

còn gọi là điện thế nổ)

Dựa vào thực nghiệm Pasen đã đưa ra định luật sau: ''Đối với mỗi chất khí nếu độ

dài khoảng phóng điện d và áp suất khí p biến đổi sao cho tích pd của chúng không thay

đổi thì độ lớn của điện thế cháy giữ nguyên không đổi''

Nghĩa là Ud=f(pd)

Từ đây ta rút ra: nếu p giảm đi bao nhiêu lần thì khoảng cách 2 cực tăng lên bấy

nhiêu lần và hiệu điện thế nổ Ud không thay đổi

Trong điện trường đều ta lại có: Ud=Ed

Nếu Ud=const, khi d tăng thì E giảm cho nên trong chất khí với áp suất ta chỉ cần

cường độ điện trường nhỏ đã có thể duy trì sự phóng điện tự lực

Giải thích định luật Pasen:

Khi p thấp  e lớn => e vẫn có thể dự trữ đủ năng lượng để ion hóa phân tử khí

ngay cả khi điện trường tăng tốc có cường độ nhỏ tương ứng

Từ Ud=f(pd) ta có đường cong Pasen như hình 7

Từ đồ thị ta thấy đối với

mỗi chất khí hay hỗn hợp khí có

một giá trị pd ứng với cực tiểu

của một điện thế cháy, được gọi

là giá trị tối ưu, với mỗi giá trị pd

khác giá trị tối ưu, sự phóng điện

tự lực sẽ khó khăn hơn vì Ud lớn

Do đó ta thường dùng các hỗn

hợp khí để làm giảm điện thế

cháy

Ví dụ: Ne + 0,1% Ar, giá trị tối ưu của pd khoảng 20-30mmHg.cm ứng với hiệu

điện thế cháy cực tiểu 200V

1.3.3.4 Sự phóng điện hình tia trong chất khí

Trong sự phóng điện thành miền ta thấy: với hiệu điện thế không lớn, sự phóng điện

bắt đầu xảy ra khi giảm áp suất chất khí giữa hai điện cực đến một giá trị nào đó Bây giờ

nếu áp suất chất khí bằng áp suất khí quyển, ta tăng dần hiệu điện thế giữa hai điện cực

Khi hiệu điện thế đạt một giá trị nào đó ta thấy xuất hiện tia lửa điện Tia lửa điện xuyên

qua khoảng không gian phóng điện rất nhanh rồi tắt, song lại xuất hiện tia lửa khác Ta

thấy một mạch lửa nhỏ và rất sáng nối lền hai đện cực, thường có dạng dích dắc và có rất

nhiều nhánh

Trong sự phóng điện hình tia ta quan sát thấy các thác electron tạo thành các ống

dẫn điện, vận tốc lan truyền thác electron nhỏ hơn vận tốc tạo thành ống dẫn điện Điều

có liên quan đến sự quang ion hóa chất khí Các nguyên tử bị kích thích bởi các thác

electron sẽ phát ra các photôn Những photôn này vì chuyển động với vận tốc ánh sáng

nên vượt qua thác và ion các nguyên tử trên đường lan truyền

1.4 Sét là gì?

Sét là tia lửa điện khổng lồ phát

sinh do sự phóng điện giữa các phần

tử mang điện tích lớn, trái dấu lại gần

nhau

Ví dụ: các đám mây tích điện trái

dấu hoặc giữa một đám mây tích điện

với đất Đôi khi, Sét cũng được tạo ra

bởi những cột tro trong những vụ

phun trào núi lửa hoặc trong những

trận cháy rừng dữ dội tạo ra một làn

khói đặc đủ để dẫn điện

Khi phóng điện trong khí quyển

tia sét có thể di chuyển với tốc độ

36.000 km/h và đạt tới nhiệt độ

30.000 °C (54.000 °F) đủ để biến cát silica thành thủy tinh, những viên đá được tạo ra bởi

sét đánh vào cát gọi là fulgurite (thường nó có dạng hình ống do sét di chuyển vào lòng

đất)

1.5 Sự hình thành dông, sét và cường độ hoạt động

1.5.1 Sự hình thành

Dông là hiện tượng xảy ra chủ yếu vào mùa hạ liên quan đến sự phát triển mạnh mẽ

của đối lưu nhiệt và các nhiễu động khí quyển Dông được đặt trưng bởi sự xuất hiện

những đám mây dông hay mây tích vũ (Cumulonimbus) có độ dầy từ 10 ÷ 16 Km, tích tụ

một lượng nước và tạo ra những điện thế cực mạnh

Trong thực tế sự hình thành các cơn dông gắn liền với sự xuất hiện của những luồng

không khí khổng lồ từ mặt đất bốc lên Các luồng không khí này được hình thành do sự

đốt nóng bởi ánh sáng mặt trời, đặc biệt ở các vùng cao (dông nhiệt) hoặc do sự gặp nhau

của những luồng không khí nóng ẩm với không khí lạnh (dông Front) Sau khi đã đạt

được độ cao nhất định (khoảng vài ki-lô- met trở lên – vùng nhiệt độ âm), luồng không

khí ẩm này bị lạnh đi – hơi nước ngưng tụ thành những giọt nhỏ li ti hay các tinh thể

băng và tạo thành những đám mây dông

Đã từ lâu người ta khẳng định về nguồn tạo ra điện trường giữa các đám mây dông

và mặt đất chính là những điện tích tích tụ trên các hạt nước li ti và các tinh thể băng của

các dám mây dông đó Qua nhiều lần đo đạt thực nghiệm, người ta thấy rằng khoảng 80 ÷

90% dưới các đám mây dông chủ yếu chứa điện tích âm, từ đó cảm ứng trên mặt đất

những điện tích dương tương ứng và tạo nên một tụ điện không khí khổng lồ

Khi phần dưới của đám mây mang điện tích âm bị hút về phía mây mang điện tích

dương trên mặt đất, vật nào trên mặt đất càng cao thì khoảng cách giữa vật và đám mây

càng nhỏ và lớp không khí ngăn cách giữa vật và mây càng nhỏ cũng như lớp ngăn cách

các điện tích trái dấu càng mỏng Ở những nơi này sét dễ đánh xuống mặt đất Khi đến

gần nhà cao, cây cao thì mây dông mang điện tích âm hút các điện tích dương làm cho

chúng tập trung lại ở một điểm cao nhất: trên mái nhà, ngọn cây,…(còn gọi là hiệu ứng

mũi nhọn) Nếu điện tích mây lớn thì trên mái nhà, ngọn cây,… cũng tập trung một điện

tích lớn Đến một mức độ nào đó độ lớn của các điện tích trái dấu nói trên sẽ tạo nên một

sự chênh lệch điện thế để đánh thủng lớp không khí ngăn cách nó với mặt đất (cường độ

điện trường ở mặt đất lúc này khoảng 25 ÷ 30kV/cm), lúc này xãy ra hiện tượng phóng

điện giữa đám mây dông và mặt đất

Sét thực chất là một dạng phóng tia lửa điện trong không khí với khoảng phóng đện

rất lớn Chiều dài trung bình của kênh sét khoảng từ 3 ÷ 5 Km Phần lớn chiều dài đó

phát triển trong đám mây dông Quá trình phóng điện của sét tương tự quá trình phóng

điện, tia lửa trong điện trường rất không đồng nhất khi khoảng cách phóng điện lớn

Ngoài các đám mây dông, sét còn được hình thành bởi các đám mây và cột tro bụi

bốc lên cao tích điện trái dấu lại gần nhau, khi điện tích chúng đủ lớn hiệu điện thế giữa

chúng có thể lên tới hàng triệu vôn và khi đó ta thấy hiện tượng phóng tia lửa điện và ta

trông thấy tia sét Vài giây sau ta mới nghe thấy tiếng nổ, đó là “sấm” (vận tốc của ánh

sáng nhanh hơn vận tốc của tiếng động nên ta trông thấy tia chớp trước)

1.5.2 Các giai đoạn phóng điện

Giai đoạn phóng tia tiên đạo (a) : Ban đầu xuất phát từ mây giông một tia tiên đạo

sáng mờ, phát triển thành từng đợt gián đoạn về phía mặt đất, với tốc độ trung bình

khoảng 105 - 106m/s Kênh tiên đạo là một dòng plasma mật độ điện khoảng 1013 1014

ion/m3, một phần điện tích âm của mây giông tràn vào kênh và phân bố tương đối đều

dọc theo chiều dài của nó Thời gian phát triển của tia tiên đạo mỗi đợt kéo dài trung bình

khoảng 1s Thời gian tạm ngưng phát triển giữa 2 đợt khoảng 30 - 90s Đường đi của tia

tiên đạo trong thời gian này không phụ thuộc vào tình trạng mặt đất và các vật trên mặt

đất, do đó nó gần như hướng thẳng về phía mặt đất Cho đến khi tia tiên đạo đạt đến độ

cao định hướng thì mới bị ảnh hưởng bởi các vùng điện tích tập trung dưới mặt đất

Giai đoạn hình thành khu vực ion hóa (b) : Dưới tác dụng của điện trường tạo nên

bởi điện tích của mây giông và điện tích trong kênh tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích

trái dấu trên vùng mặt đất phía dưới đám mây giông Nếu vùng đất phía dưới có điện dẫn

đồng nhất thì nơi điện tích tập trung sẽ nằm trực tiếp dưới kênh tiên đạo, nếu vùng đất

phía dưới có điện dẫn khác nhau thì điện tích chủ yếu tập trung ở vùng kế cận nơi có điện

dẫn cao như vùng quặng kim loại, vùng đất ẩm, ao hồ, sông ngòi, vùng nước ngầm, kết

cấu kim loại các tòa nhà cao tầng, cột điện, cây cao bị ướt trong mưa chính các vùng

điện tích tập trung này sẽ định hướng hướng phát triển của tia tiên đạo hướng xuống khi

nó đạt đến độ cao định hướng, tia tiên đạo sẽ phát triển theo hướng có điện trường lớn

nhất Do đó các vùng tập trung điện tích sẽ là nơi sét đánh vào Ở những vật dẫn có độ

cao như các nhà cao tầng, cột ang-ten các đài phát thì từ đỉnh của nó nơi các diện tích trái

dấu tập trung nhiều cũng sẽ đồng thời xuất hiện dòng tiên đạo phát triển hướng lên đám

mây giông Chiều dài của kênh tiên đạo từ dưới lên này tăng theo độ cao của vật dẫn và

tạo điều kiện dễ dàng cho sự định hướng của sét vào vật dẫn đó Người ta lợi dụng tính

chất chọn của sét để bảo vệ chống sét đánh thẳng cho các công trình bằng cách dùng các

thanh kim loại hay dây thu sét bằng kim loại được nối đất tốt, đặt cao hơn công trình cần

bảo vệ để hướng sét đánh vào đó mà không phóng vào công trình Khi tia tiên đạo hướng

xuống gần mặt đất hay tia tiên đạo hướng lên, thì trong khoảng cách khí ở giữa do cường

độ điện trường tăng cao gây lên ion hóa mãnh liệt, dẫn đến sự hình thành một dòng

plasma có mật độ điện tích cao hơn nhiều so với mật độ điện tích của tia tiên đạo, điện

dẫn của nó tăng lên hàng trăm lần

Giai đoạn phóng điện ngược (c): Do điện dẫn của nó tăng cao như vậy nên điện tích

cảm ứng tràn vào dòng ngược mang điện thế của đất làm cho cường độ trường đầu dòng

tăng lên gây ion hóa mãnh liệt và cứ như vậy dòng plasma điện dẫn cao 1016 – 1019

ion/m3 tiếp tục phát triển ngược lên trên theo đường dọn sẵn bởi kênh tiên đạo Đây là sự

phóng điện ngược hay phóng điện chủ yếu Vì mật độ điện tích caođốt nóng mãnh liệt

cho nên tia phóng điện chủ yếu sáng chói ( đó chính là chớp ) Tốc độ phát triển của kênh

phóng điện ngược vào khoảng 1,5 107 - 1,5.108 m/s tức là nhanh gấp trên trăm lần tốc

độ phát triển của kênh tiên đạo Khi kênh phóng điện chủ yếu lên tới đám mây thì số điện

tích còn lại của đám mây sẽ theo kênh phóng điện chạy xuống đất và tạo nên dòng điện

có trị số nhất định Kết quả quan trắc cho thấy rằng: phóng điện sét thường xảy ra nhiều

lần kế tiếp nhau trung bình là 3 lần Các lần phóng điện sau có dòng tiên đạo phát triển

liên tục ( không phải từng đợt như lần đầu ), không phân nhánh và theo đúng qũy đạo của

lần đầu nhưng với tốc độ cao hơn ( 2 106 m/s) Điều này được giải thích: đám mây giông

có thể có nhiều trung tâm điện tích khác nhau hình thành do các dòng không khí xoáy

trong mây Lần phóng điện đầu tiên dĩ nhiên sẽ xảy ra giữa đất và trung tâm điện tích có

cường độ điện trường cao nhất Trong giai đoạn phóng điện tiên đạo thì hiệu điện thế

giữa các trung tâm này với các trung tâm khác không thay đổi và ít có ảnh hưởng qua lại

Nhưng khi kênh phóng điện chủ yếu đã lên đến mây thì trung tâm điện tích đầu tiên của

đám mây thực tế mang điện thế của đất, điều này làm cho hiệu thế giữa trung tâm điện

tích đã phóng tới trung tâm điện thế lân cận tăng lên và có thể dẫn đến phóng điện giữa

chúng với nhau Trong khi đó thì kênh phóng điện cũ vẫn còn một điện dẫn nhất định do

sự khử ion chưa hoàn toàn, nên phóng điện tiên đạo lần sau theo đúng quỹ đạo đó, liên

tục và với tốc độ lớn hơn lần đầu

1.5.3 Cường độ hoạt động của sét

Cường độ hoạt động của dông sét được xác định bằng số ngày dông trong một năm

và xem như trị số trung bình qua nhiều năm quan sát và đo đạt ở những địa phương khác

nhau Số lần sét đánh luôn thay đổi trong một ngày

Theo tài liệu “Hướng dẫn thiết kế bảo vệ chống sét cho nhà ở và công trình – CH

305 – 69” của Liên Xô cũ, số lần sét đánh trong một năm vào công trình (khi chưa có hệ

thống bảo vệ chống sét) được xác định theo công thức sau:

N=(S + 3hx)(L + 3hx)n /106

trong đó:

S – chiều rộng của nhà(công trình) , đơn vị là mét

L – chiều dài của nhà(công trình), đơn vị là mét

hx – chiều cao tính toán của nhà(công trình), đơn vị là mét

n – số lần sét đánh trung bình trên 1Km2 trong một năm xãy ra ở địa phương xây

dựng nhà(công trình)

Các tia sét khác nhau có các đặc tính cụ thể, ví dụ như sự phóng điện giữa mây và

mặt đất ta có sét giữa mây và mặt đất Các nhà khoa học đã đặc tên cho rất nhiều loại sét

khác nhau Loại thường xuất hiện nhất là vệt sét Nó chẳng là gì khác ngoài việc trao đổi

điện tử và khi thực hiện việc đó nó tạo ra một vệt sét Một lượng lớn điện tử thường nằm

trong các đám mây mọi người không thể thấy chúng trừ khi chúng bắt đầu xáo động và

tiến hành trao đổi điện tử trong cơn dông

1.6.1 Sét hòn

Sét hòn có thể là hiện tượng phóng điện trong không khí, đặc tính tự nhiên của

loại này vẫn còn đang gây tranh cãi Từ sét hòn thường được dùng để chỉ các vật phát

sáng hình cầu bay lơ lửng có kích

cỡ từ hạt đậu cho đến vài mét Nó

đôi khi xuất hiện trong các cơn

dông, không giống như các tia sét

chỉ xuất hiện với một vệt dài và

biến mất sau đó sét hòn có hình

cầu bay lơ lửng và tồn tại trong

nhiều giây Sét hòn chỉ được kể

lại bởi các nhân chứng chứ không

hề được ghi hình lại bởi các nhà

khí tượng Các tài liệu khoa học

về sét hòn rất hiếm vì chúng

thường xuất hiện bất ngờ và

hiếm Sự tồn tại của nó chỉ được

kể lại bởi các nhân chứng nên đôi khi bị thêm thắc khiến nó phần nào không phù hợp

Các thí nghiệm trong phòng thử nghiệm gần đây đã tạo ra các kết quả rất giống với

các sét hòn được báo cáo lại, nhưng hiện tại vẫn chưa có kết luận là có liên quan đến hiện

tượng tự nhiên này hay không Có một già thuyết cho rằng sét hòn được tạo ra do phản

chiếu khi sét đánh vào silicon trong đất một hiện tượng mà các phòng thí nghiệm đã thử

nhiều lần Do các tài liệu nghiên cứu mâu thuẫn lẫn nhau nên quả bóng phát sáng này vẫn

là bí ẩn và thường bị cho là tưởng tượng Nhiều báo cáo so sánh việc nhìn thấy sét hòn

giống như việc nhìn thấy UFO (unidentified flying object- vật thể bay không sát định)

John Lowke, nhà khoa học thuộc Tổ chức Nghiên cứu Khoa học và Công nghiệp

Liên bang Úc (CSIRO), tác giả chính của nghiên cứu mới được công bố trên Tạp chí

Geophysical Research Atmospheres nói: “Suốt thời gian dài, hiện tượng này không được

thừa nhận Tuy nhiên, cho đến nay, có hàng trăm trường hợp tuyên bố họ đã chứng kiến

sự xuất hiện của sét hòn và cũng hàng trăm năm nay nó vẫn là một bí ẩn chưa có lời giải

thích thoả đáng” Nhiều giả thuyết trước đây cho rằng bức xạ sóng ngắn, trạng thái oxy

hóa, năng lượng hạt nhân, vật chất tối, phản vật chất thậm chí ngay cả lỗ đen đều có thể

là nguyên nhân Sét hòn thường vào nhà qua ống khói, qua cửa kính và cũng có thể trong

một cấu trúc toàn kim loại như khoang máy bay Để làm sáng tỏ bí ẩn, Lowke và các

đồng nghiệp tại CSIRO và Đại học Quốc gia Úc đặc biệt quan tâm đến sự xuất hiện của

nó gần cửa sổ mà không làm vỡ kính Sau khi chạm xuống đất, sét hòn để lại đằng sau

dấu vết của các hạt tích điện hoặc ion Ở hầu hết mọi trường hợp, ion âm và dương kết

hợp trong giây lát, các ion còn lại thì rơi xuống mặt đất Giả thuyết mà Lowke đưa ra là

một số ion này có thể tích tụ ở bên ngoài bề mặt vật liệu không dẫn điện như cửa sổ

Chúng tập trung lại và tạo ra một trường điện xuyên qua kính Lowke nói rằng trường

này sinh ra các electron tự do phía trong cửa sổ mang năng lượng đủ để đánh bật các

electron từ phân tử khí xung quanh, đồng thời giải phóng photon, tạo ra quả cầu phát

sáng “Khoảng 1/3 số trường hợp sét hòn xuất hiện kèm theo một tiếng nổ lớn Nó có thể

là điện trường có xu hướng làm nóng khí, gây ra vụ nổ bởi sự giãn nở khí” Tuy nhiên, tại

sao ở một vài trường hợp khác, như lời kể của cựu phi công trong lực lượng Không quân

Hoa Kỳ sau đây, sự hình thành sét hòn lại không theo công thức đó Trong khi điều khiển

chiếc máy bay chở hàng C-133A từ California đến Hawaii giữa những năm 1960,

Lietutenant Don Smith đã nhìn thấy ngọn lửa Saint Elmo trên màn hình radar của máy

bay, ngay sau đó sét hòn xuất hiện trong buồng lái, phát ra thứ ánh sáng màu xanh Trên

thực tế, lửa St Elmo là sự phóng điện từ một vật dẫn có đầu nhọn khiến cho mật độ điện

tích tăng cao, tạo ra điện trường mạnh dẫn tới sự phóng điện Lửa St Elmo cũng có dạng

cầu nhưng không giống sét hòn, nó vẫn tiếp xúc với vật dẫn và tồn tại trong khoảng thời

gian lâu hơn sét hòn rất nhiều “Sự hình thành đồng thời của cả lửa Saint Elmo và sét hòn

trong ví dụ trên có thể là bởi các ion từ radar máy bay hoạt động ở công suất tối đa trong

một lớp sương mù dày đặc”, Lowke suy đoán “Đây là nghiên cứu đầu tiên giải thích cụ

thể về sự ra đời hoặc bắt đầu của sét hòn” Lowke cũng cho biết bước tiếp theo nhóm

nghiên cứu sẽ áp dụng lý thuyết này tái tạo sét hòn trong phòng thí nghiệm mặc dù không

dễ dàng gì bởi nó đòi hỏi loại thiết bị có khả năng tạo ra mức điện áp 100 triệu vôn

Nhưng ông cũng lưu ý rằng đó chỉ là suy đoán cá nhân và sẽ tiếp tục tiến hành những

nghiên cứu khác để tìm ra câu trả lời cuối cùng

1.6.2 Sét dương

Là một loại sét xuất hiện ngay cả khi bầu trời hoàn toàn quang đãng hay chỉ có vài

đám mây nhỏ Nó còn được biết với tên "Sét từ bầu trời xanh" vì tính chất của nó Không

giống như các loại sét bình thường khác nó được hình thành từ các ion dương và xuất

hiện từ vùng đỉnh của tầng đối lưu hơn là ở các nơi khác gần mặt đất trong đám mây Nó

sẽ đi ngang qua bầu trời nhiều dặm trước khi tìm thấy và đi vào đám mây tích điện âm

bên dưới hay tiếp tục đánh xuống đất nơi có điện tích âm tăng vọt một cách bất thường, tỉ

lệ xuất hiện loại sét này chỉ khoảng 5% Vì quảng đường mà nó di chuyển cực xa vì thế

điện áp của nó cao hơn 6-10 lần cũng như di chuyển xa và lâu hơn 10 lần các tia sét

thông thường Khi loại sét này xuất hiện một lượng cực lớn các sóng ELF và VLF sẽ

được tạo ra

Vì đặc tính cũng như sức mạnh của chúng và rất khó có thể cảnh báo sự xuất hiện

của loại sét này mà nó càng trở nên nguy hiểm hơn Cho đến thời điểm hiện tại không

một máy bay nào có thể còn tồn tại được sau khi bị nó đánh trúng Sự tồn tại cũng như độ

nguy hiểm của loại sét này vẫn không được biết đến cho đến năm 1999 sau khi một chiếc

tàu lượn bị đánh trúng và bị phá hủy hoàn toàn đã được xác định là do loại sét này gây ra

Thông tư hướng dẫn AC 20-53A đã được thay thế bởi thông tư hướng dẫn AC 20-53B

năm 2006 Tuy nhiên vẫn chưa rõ những qui định an toàn mới có thể bảo vệ các máy bay

khỏi loại sét này hay không

Loại sét này cũng bị tình nghi cho việc chiếc Boeing 707 Pan Am Flight 214 bị nổ

tung và rơi xuống thành từng mảnh khi đang bay năm 1963 Vì liên tục bị sét đánh mà

các máy bay trong không phận Hoa Kỳ đòi hỏi phải có cây thu lôi để giảm tác hại của sét,

nhưng có vẻ vẫn không đủ để chống lại loại sét này

Sét dương có thể là nguồn gốc của các loại sét thượng tầng khí quyển Nó thường

xuất hiện trong các cơn bão tuyết, bão tuyết điện hay khoảng kết thúc của một cơn dông

1.6.3 Sét khô

Đây là loại sét được tạo thành mà không cần có độ ẩm Nó thường hình thành trong

các trận cháy rừng dữ dội Hay các cột tro núi lửa bốc lên rất cao và bắt đầu hình thành

sét như các đám mây tích điện thường làm Khi mà tầng trên lạnh và dưới mặt đất nóng

một sự đối lưu sẽ diễn ra mang theo cả các ion dương từ dưới mặt đất thứ sẽ hấp dẫn các

ion âm tập trung lại và di chuyển xuống đất theo làn khói dẫn điện Chính vì thế núi lửa

có thể tạo ra sét

1.6.4 Sét tên lửa

Một sự phóng điện từ đám mây với nhau nó thường di chuyển theo chiều ngang mà

sự di chuyển này có thể trông thấy được bằng mắt thường, xuất hiện thường xuyên

1.6.5 Sét giữa mây và mặt đất

Đây là loại được biết đến nhiều

nhất và thường xuyên xảy ra thứ hai

trong các kiểu sét Trong tất cả các

loại sét đây là loại đe dọa đến tính

mạng, tài sản nhiều nhất vì chúng

đánh thẳng xuống đất Sét đánh từ

mây xuống đất là hiện tượng trao đổi

điện tử giữa các đám mây tích điện

và mặt đất Nó được tạo ra bởi các

luồng điện tử di chuyển xuống mặt

đất từ trong các đám mây

Loại sét này được hình thành

khi các luồng điện tử bắt đầu di

chuyển giữa mặt đất và đám mây phía trên Nó hình thành khi các luồng ion mang điện

tích âm của các đám mây bắt đầu di chuyển xuống gần sát mặt đất thì các ion mang điện

tích dương bên dưới bắt đầu tập hợp lại các chỗ nào đó cao, dễ dẫn điện và phóng lên trên

để nối vào luồng ion âm đang di chuyển xuống dưới chính nó quyết định tia sét sẽ đánh

vào đâu khi sét đánh xuống đất Vì có rất nhiều tia sét ion dương hình thành khi luồng ion

âm tiến xuống tia nào nối được vào luồng ion âm sẽ dẫn cả tia sét vào chỗ mà nó phóng

ra, vì thế nó giống như một dây câu sét mà nơi mà nó xuất phát là cần câu vì thế nơi xuất

phát nào cao hơn thì tỉ lệ nối được vào luồng ion âm trước sẽ cao vì thế sét thường hay

đánh vào những nơi cao, nhưng đôi khi nơi thấp hơn nhưng dễ dẫn điện hơn sẽ tạo ra dây

dẫn dài hơn và nhanh hơn nên sẽ nối vào luồng ion âm trước các dây dẫn xuất phát từ

những nơi cao hơn nhưng dẫn điện kém hơn và mang cả tia sét vào khu vực thấp Thường

thì loại sét này xuất hiện khá mờ nhạt và rất nhanh nhưng rất nhiều, đôi khi các điện tích

dương này sẽ tự phóng lên đám mây mang điện tích âm phía trên nếu chúng đủ mạnh và

sẽ tạo thành sét mà không cần luồng ion âm di chuyển xuống gần mặt đất Khi các ion

dương tập trung với mật độ đủ cao nó sẽ làm cho nơi mà nó tập trung phát sáng, các thủy

thủ thường nói với nhau rằng cột buồm sẽ phát sáng trước khi sét đánh xuống trong các

cơn bão ban đêm để tránh xa nó trước khi bị sét đánh

1.6.6 Sét giữa hai đám mây

Đây là hiện tượng trao đổi điện tử giữa các đám mây với nhau mà không phải đi

xuống đất Nó xảy ra khi đám mây tích điện tử có tiềm năng tạo sét lại gần hay va vào

nhau, môi trường tích điện trong hai đám mây bị xáo động hơn là khi chỉ trong một đám

mây, hai đám mây sẽ cố gắng lấy lại sự cân bằng ion bằng cách trao đổi các ion này với

nhau Nó tạo ra hiệu điện thế dẫn đến việc tạo ra các luồng ion xáo động di chuyển qua

lại bên trong đám mây tạo ra sét Đây là loại sét thường gặp nhất

1.6.7 Sét ngoài trái đất

Sét là hiện tượng phóng điện trong không khí vì thế nó không thể xảy ra trong môi

trường chân không ngoài vũ trụ Tuy nhiên nó lại xuất hiện nhiều trên các hành tinh bằng

khí như Sao Kim, Sao Mộc và Sao Thổ Sét trên Sao Kim vẫn là chủ đề gây nhiều tranh

cãi kể từ khi nó được nhìn thấy Trong các chương trình vũ trụ như Venera của Liên Xô

hay Pioneer của Hoa Kỳ nhưng năm 1970 đến 1980 đã bắt được hàng loạt các tín hiệu

cho thấy sự có mặt của sét thượng tầng khí quyển của Sao Kim nhưng khi tàu thăm dò

Cassini–Huygens lại gần nó thì lại không thấy dấu hiệu của sét nhưng các tín hiệu mà tàu

Venus Express bắt được được cho là dấu hiệu của sét trên Sao Kim Sao Mộc hiện là nơi

có tia sét dài nhất được ghi nhận năm 2009, với chiều dài 1.900 dặm (3.000 km) và mạnh

hơn 10.000 lần các tia sét trên trái đất

1.6.8 Sét thượng tầng khí quyển

Đã có các báo cáo về các tia sét kỳ lạ trong các cơn bão từ những năm 1886 Tuy

nhiên chỉ vài năm trở lại đây các nghiên cứu mới được thực hiện về loại sét này và nó đôi

khi được gọi là siêu sét (megalightning)

1.6.8.1 Sét dị hình sprites

Sét dị hình sprites là một loại sét có qui mô rất lớn nó hình thành trên cả các đám

mây bão và mây dông dẫn đến việc nó có rất nhiều hình dạng khác nhau Nó được kích

hoạt bởi các tia sét dương phóng lên trên từ bên dưới từ trong vùng bão hay từ mặt đất

Bình thường chúng trông giống như một đám mây đỏ-cam hay xanh lá-xanh dương với

các tua bên dưới và đôi khi còn có một cái vòng ở bên trên Chúng thường xuất hiện ở

khoảng cách 50 dặm (80 km) đến 90 dặm (145 km) so với mặt đất Sét dị hình sprites

được chụp hình lần đâu tiên vào ngày 06 tháng 7 năm 1989 bởi một nhà khoa học thuộc

đại học Minnesota và kể từ khi đó nó được nhìn thấy thường xuyên hơn Sét dị hình

sprites được giải thích như là nguyên nhân gây ra các sự cố tại nạn không thể giải thích

được của các phương tiện có tầm hoạt động cao hơn các đám mây bão

1.6.8.2 Sét dị hình xanh

Sét dị hình xanh thường hình thành phía trên các đám mây bão nó thường trông

giống như một ngôi sao băng và di chuyển trong tầng điện li cách mặt đất khoảng 25 dặm

(40 km) đến 50 dặm (80 km) Chúng sáng hơn các sét dị hình sprites và như cái tên

chúng có màu xanh Tư liệu ghi hình đầu tiên của loại sét này được thực hiện ngày 21

tháng 10 năm 1989, được ghi lại từ tàu con thoi khi nó lướt qua Úc và sau đó bắt đầu có

nhiều tài liệu hơn sau nhiều chuyến bay thí nghiệm của Đại học Alaska

Ngày 14 tháng 10 năm 2001 các nhà khoa học của đài quan sát Arecibo đã chụp

được bức ảnh về hai tia sét dị hình xanh khổng lồ đi cùng nhau xuất hiện ở độ cao 50

dặm (80 km) Hai tia sét xuất phát từ một cơn bão ngoài khơi và biến mất trong giây lát

Một tia sét có tốc độ di chuyển bình thường khoảng 50.000 m/s tốc độ bình thường của

các tia sét dị hình xanh nhưng nó đã tăng tốc lên 250.000 m/s khi bắt đầu tách ra làm hai

và phát nổ khi đi vào tầng điện li Vào ngày 22 tháng 7 năm 2002 tờ báo Nature đã đăng

tin về việc nhìn thấy 5 tia sét dị hình xanh cực lớn xuất hiện trong độ cao từ 60 đến

70 km (35 đến 45 dặm) trong vùng biển Đông nó chỉ xuất hiện trong một giây nhưng có

hình dáng rất rõ ràng giống như một cái cây hay củ cà rốt

1.6.8.3 Sét dị hình Elves

Elves thường xuất hiện một cách mờ nhạt phẳng giống như sóng chấn động của một

vụ nổ có đường kính khoảng 250 dặm (402 km) nhưng chỉ xuất hiện trong một mili giây

chúng bắt đầu hình thành trong tầng điện li phía trên các đám mây bão khoảng 60 dặm

(97 km) Màu sắc của chúng vẫn là một câu hỏi nhưng hiện nay hầu hết đều đồng ý rằng

nó có màu đỏ rực Elves được ghi nhận lần đầu tiên khi một tàu con thoi ghi hình được

nó trong vùng Guyane thuộc Pháp vào ngày 07 tháng 10 năm 1990 Elves là viết tắc của

Emissions of Light and Very Low Frequency Perturbations from Electromagnetic Pulse

Sources (Sự phát sáng và nhiễu loạn tần số rất thấp từ các nguồn xung điện) Điều này

ám chỉ đến việc quá trình nguồn sáng được tạo ra khi các phân tử điện va chạm vào các

phân tử nitơ (các điện tử này có được năng lượng từ các cuộc phóng điện ở tầng điện li)

1.6.9 Sét đen

“Sét đen” thường được ghi nhận trong các cơn bão – không thể quan sát được dưới

mặt đất, ở độ cao các máy bay thương mại hoạt động Tuy hầu hết các máy bay thương

mại đều được chỉ dẫn tránh bão nhưng không ít trong đó không đủ thời gian để đi vòng

Chính vì lẽ đó, việc đi xuyên tâm bão khiến máy bay đối mặt với nhiều nguy hiểm, trong

đó có tác động từ “sét đen”

Các tia gamma mà sét đen tạo ra sáng tới mức, chỉ có thể quan sát được nó từ độ cao

hàng trăm ki-lô-mét bên ngoài khoảng không vũ trụ Không chỉ nằm ngoài tầm quan sát

của mắt thường, “sét đen” còn tạo ra lượng phóng xạ gấp 10 lần lượng con người phải

chịu khi chụp X-quang Mức độ phóng xạ này có thể gây hại cho sức khỏe con người

Về mặt khoa học, tia gamma là tia phóng xạ chỉ được tạo ra trong các phản ứng đặc

biệt, trong đó có hạt nhân Nếu tiếp xúc với tia này trong thời gian dài với số lượng lớn,

con người có thể mắc các loại bệnh nguy hiểm, trong đó đáng sợ nhất là ung thư Về y

học, tia gamma được sử dụng trong kỹ thuật chụp cắt lớp, nhưng số lần bệnh nhân sử

dụng phương pháp chẩn đoán bệnh này luôn được hạn chế tối đa

Trên thực tế, rất nhiều người có thể là nạn nhân của “sét đen” mà không hề hay biết

Tuy nhiên, do hiện tượng máy bay bị “sét đen” tấn công hiếm khi xảy ra, trong khi số

người thường xuyên đi lại bằng máy bay cũng không quá lớn nên khả năng tia bức xạ từ

nó gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người là không nhiều

Tuy kết luận ban đầu cho thấy “sét đen” khó có khả năng gây hại, nhưng những

nghiên cứu sâu hơn về hiện tượng này vẫn đang được tiến hành nhằm hạn chế khả năng

con người bỏ sót những điều đáng sợ về hiện tượng thiên nhiên này

1.7 Hậu quả do sét gây ra

1.7.1 Tác hại đến con người

Sét có thể gây thương tích cho con người qua nhiều cách thức khác nhau Thứ nhất,

sét có thể đánh thẳng vào vị trí nạn nhân từ trên đám mây xuống Cách thứ hai, khi nạn

nhân đứng cạnh vật bị sét đánh, sét có thể phóng qua khoảng cách không khí giữa người

và vật Trong trường hợp này gọi là sét đánh tạt ngang Ngoài ra, sét đánh khi nạn nhân

tiếp xúc với vật bị sét đánh Cách thứ tư là điện thế bước, khi người tiếp xúc với mặt đất

ở một vài điểm trong khi sét lan truyền trên mặt đất Cuối cùng, sét có thể lan truyền qua

đường dây cáp tới các vật như điện thoại, tivi, ổ cắm

Theo thống kê thì sét đánh thẳng là nguy hiểm nhất, cứ 10 người bị sét đánh thẳng

thì 8 người chết Sét đánh tiếp xúc hay tạt ngang cũng rất nguy hiểm Khi sét đánh xuống

cây, thì 1 tia sét có thể giết chết ngay vài người xung quanh Độ nguy hiểm phụ thuộc vào

bản chất của vật bị sét đánh và vị trí tương đối với nạn nhân Thương vong do điện thế

bước nhẹ hơn Trong một số trường hợp năng lượng tia sét không tiêu tán ngay tại chỗ

mà truyền theo mặt đất và khi nạn nhân đứng trên đường truyền đó có thể bị liệt Trong

một số trường hợp tồi tệ nạn nhân sẽ bị vấn đề với việc đi lại sau này Thường thì điện

thế bước chỉ gây những hiệu ứng tạm thời và ít khi để lại hậu quả sau này Trong thực tế

sét lan truyền xuất hiện khi nạn nhân nói chuyện điện thoại, cầm vào các dây cáp, dây

anten dẫn từ ngoài vào

Một điều không kém bí ẩn là tác động của sét khi nó xuyên qua cơ thể Tưởng như

điện tích hàng chục triệu von và dòng điện hàng trăm ngàn amper sẽ phải giết chết con

người trong khoảnh khắc Nhưng một số người không hiểu sao lại sống sót, mà không

phải chỉ có một vài người như vậy Ở Mỹ con số này là gần 900 người/năm Đó là thông

báo của Hội những người sống sót sau khi bị sét và dòng điện đánh (LS&ESSI) Theo

bác sĩ thần kinh Nelson Hendler (Mỹ), những người này rất muốn để người ta nghiên cứu

họ, nhưng ít ai lao vào vấn đề này vì cho rằng sét và dây dẫn trần hoạt động như nhau

Hóa ra là không phải như vậy Đôi khi sét không để lại dấu vết gì trên cơ thể, nhưng lại

xuyên qua các bộ phận bên trong Hoặc ngược lại, sượt qua bên ngoài nhưng làm cháy áo

quần và giày Đã có trường hợp khi trên cơ thể người mồ hôi sôi lên, tạo ra đám mây hơi

bao bọc xung quanh Những đồng xu trong túi quần một người bị nóng chảy ra, biến

thành một cục đồng, ở một người khác chiếc răng vàng bị chảy, người khác nữa bị chảy

chiếc dây chuyền trên cổ và khóa kéo trên quần Nhưng họ vẫn sống sót

Những nghiên cứu cho thấy con người thoát chết bởi vì mặc dù luồng điện phóng có

công suất lớn khủng khiếp nhưng chỉ “xuyên” qua cơ thể trong vòng vài phần triệu giây

Và không phải lúc nào cũng kịp đốt cháy Cường độ tác động phụ thuộc vào trở kháng

của các cơ quan và các mô, trung bình khoảng 700 Ohm Số Ohm càng lớn, hậu quả càng

nặng nề Theo bà Mary Enn Kuper, nhà nghiên cứu các chấn thương do sét và chuyên

gia hồi sức của Mỹ, mạch điện của chúng ta - những sợi thần kinh, bị “cháy” đầu tiên

Trong trường hợp nhẹ nhất vỏ bảo vệ của các sợi này, về bản chất giống như lớp cách ly

ở các dây dẫn, bị tổn thương Tỉnh lại sau cơn sốc, nạn nhân thậm chí có thể không cảm

thấy những thay đổi Đôi khi tác động chỉ thể hiện sau vài tháng, khi các sợi thần kinh bắt

đầu “đoản mạch” và tạo ra những chỗ tiếp xúc ở nơi lẽ ra không cần có Điều đó giải

thích một số vấn đề ở những người sống sót Thực tế nhiều thành viên của LS&ESSI than

phiền về sự định hướng cử động kém, chứng co giật, ù tai, đôi khi không kiểm soát được

tiểu tiện, trở nên cáu gắt hơn Một người đàn ông bị sét đánh thậm chí còn cạo trọc đầu,

không phải vì đó là mốt mà do không chịu nổi việc tóc thường xuyên “lay động”

Giáo sư Vincent Martin, một nhà nghiên cứu của Đại học Cincinnati tại Mỹ, cùng

con trai Geoffrey Martin, một sinh viên y khoa, thực hiện một nghiên cứu để tìm hiểu

mối quan hệ giữa sét với nguy cơ đau đầu Họ yêu cầu một nhóm tình nguyện viên hoàn

toàn khỏe mạnh ghi lại những cơn đau đầu và đau nửa đầu trong khoảng thời gian từ 3 tới

6 tháng Sau đó họ đối chiếu dữ liệu với điều kiện thời tiết trong từng ngày Kết quả cho

thấy, trong những ngày mà sét xuất hiện, số ca đau đầu tăng 24%, còn số ca đau nửa đầu

tăng 23% trong khu vực có bán kính 40 km tính từ tia sét Trong những khu vực mà sét

xuất hiện thường xuyên, số vụ đau đầu tăng tới 31%, còn số vụ đau nửa đầu tăng tới 28%

sau khi sét giáng xuống Hai cha con Martin cho rằng sét gây ra sóng điện từ và có thể

sóng điện từ là thủ phạm gây nên những cơn đau đầu và đau nửa đầu Ngoài ra, sét còn

làm tăng lượng khí ozone và các chất gây ô nhiễm khác trong không khí Mặc dù vậy,

giáo sư Martin thừa nhận ông chưa tìm ra cơ chế chính xác khiến sét làm tăng nguy cơ

đau đầu Ông hy vọng có thể tìm ra cơ chế này trong những nghiên cứu tiếp theo

1.7.2 Đối với các trang thiết bị điện tử và hệ thống thông tin liên lạc

Tác dụng nhiệt sẽ nguy hiểm trong trường hợp tại vị trí tiếp xúc có những vật dễ

cháy, có thể xảy ra hoả hoạn Sóng điện từ tia sét có thể gây tác hại từ xa lên các mạch

điện gọi là sét đánh cảm ứng Đây là nguyên nhân gây hỏng hóc các thiết bị điện như tivi,

đài truyền thanh ở các khu dân cư, điện và điện tử ở các khu công nghiệp khi bị sét đánh

gần Tùy thuộc vào khoảng cách từ vị trí sét đánh đến thiết bị mà điện áp có thể đạt tới

hàng chục kilô Vôn gây cháy nổ, hỏng hóc thiết bị

Điện thoại, modem, máy tính cá nhân và các thiết bị điện tử khác có thể bị hư hỏng

do sét đánh, khi chúng đi qua các ổ cắm điện thoại, cáp Ethernet, hoặc ổ cắm điện Với

các thiết bị điện khi sét đánh vào các cột điện sẽ làm tăng áp đột ngột làm chập điện và

cháy tất cả các linh kiện điện tử Với những ai đang dùng điện thoại sẽ rất nguy hiểm cho

màn nhĩ vì nó sẽ tạo ra một tiếng rít rất to và dài cũng như bị điện giật nếu là điện thoại

có dây Và thậm chí khi không đánh vào đâu, sét cũng sẽ tạo ra các xung điện từ mạnh

(đặc biệt là sét dương) sẽ phá hỏng các linh kiện điện tử

Vi mạch điện tử ngày nay được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực Các dây

chuyền sản xuất trong các ngành công nghiệp đều được tự động hoá nhờ ứng dụng các bộ

vi xử lý Các bộ vi xử lý càng nhiều chức năng thì nó càng dễ bị hỏng hóc nếu nguồn

điện không được bảo vệ tốt Sét là một trong những nguyên nhân làm hỏng các thiết bị có

gắn vi mạch Khi có sét đánh vào một công trình nào đó, các dây điện, dây điện thoại,

dây tín hiệu gần đó sẽ xuất hiện xung sét với điện áp rất cao, khoảng 6kV, cao hơn điện

áp làm việc bình thường của chúng nhiều lần Các xung sét này sẽ chạy theo dây dẫn (dây

điện hay dây điện thoại ) đến các cơ quan, xí nghiệp làm hư hỏng các thiết bị sử dụng

điện hay điện thoại Sét đánh cách xa cơ quan, xí nghiệp trong vòng 5km cũng gây ảnh

hưởng đến cơ quan mình Như vậy, có khi tại cơ quan của mình trời đang nắng nhưng

cách đó vài cây số trời mưa có sét đánh, các thiết bị điện tử cũng bị hư hại do sét đánh

Sét thường theo các đường dây điện đi vào ổ cắm do đó các thiết bị xài điện đều có nguy

cơ bị sét đánh Sét còn theo các đường dây điện thoại để vào nhà Do đó, các thiết bị xài

dây điện thoại như máy fax, modem, tổng đài điện thoại đều có thể bị hư hại do sét

đánh Sét còn theo các đường dây ăng-ten tivi, dây camera, dây mạng máy tính để gây

hư hại cho các thiết bị này Xung sét tồn tại một thời gian rất ngắn, thường vào khoảng

vài chục µs Do đó, các thiết bị bảo vệ khác như cầu chì, cầu dao tự động không chống

sét được do không tác động kịp

Sét đánh vào ăng-ten: với các thiết bị điện tử như tivi, dàn âm thanh, đầu máy, đầu

karaoke hư hỏng xảy ra nhiều nhất do sét đánh vào ăng-ten thu sóng Khi ấy, dù tivi có

đang sử dụng hay không thì hư hỏng vẫn xảy ra Và không chỉ có tivi, những thiết bị có

kết nối với tivi bằng ngõ AV như đầu máy, dàn âm thanh cũng bị ảnh hưởng: nhẹ thì

cháy cầu chì, hư bộ nguồn; nặng thì hư bo mạch, cháy các linh kiện

Sét đánh vào đường dây điên thoại: Sét cũng thường xuyên đánh và truyền dòng

điện cao thế vào các đường dây điện thoại Trường hợp này thì chiếc máy điện thoại lãnh

đủ những hư hỏng Tiếp theo đó là những thiết bị đang kết nối với đường dây điện thoại

như máy fax, máy vi tính có kết nối internet

Sét lan truyền: Sét đánh vào các cột điện, đường dây điện cũng làm hỏng các thiết

bị đang cắm ổ điện, dù đang có sử dụng hay không Nhưng tai hại nhất là trường hợp sét

lan truyền Có trường hợp sét chỉ đánh vào cột điện gần nhà, nhưng làm hư hỏng hàng

loạt thiết bị điện đang trong tình trạng không hoạt động và cũng không hề cắm ổ điện

Nguyên do là trong trường hợp này, luồng điện cao thế của sét lan truyền qua không khí

trong một phạm vi nào đó Luồng điện này quá cao "kích" cho các thiết bị hoạt động dù

không cắm điện để rồi bị "cháy" ngay do quá áp Trường hợp sét lan truyền có điện thế

không cao cũng có thể làm hỏng những bộ phận "nhạy cảm" như mắt đọc tín hiệu,

remote

Hàng gia dụng cũng bị sét đánh; đó là các loại máy giặt, tủ lạnh, lò vi ba có các

mạch điện tử, bộ phận cảm biến Những mạch này có thể bị hư khi gặp sét lan truyền

hoặc sét lan truyền qua không khí Tuy nhiên, hiện tượng này hiếm gặp

1.7.3 Đối với công trình xây dựng

Sét không những có thể gây thương vong cho con người, mà còn có thể phá hủy

những tài sản của con người như các công trình xây dựng, đặc biệt nguy hiểm đối với

những công trình có vật liệu dễ cháy nổ như kho mìn, bể xăng dầu, và cả những công

trình kiến trúc bằng gạch ngói, bê tông Có trường hợp sét phá vỡ ống khói bằng gạch

một đoạn dài 30-40 m và mảnh vỡ văng xa tới 200-300 m

Cảm ứng tĩnh điện : Những công trình ở trên mặt đất nếu nối đất không tốt, khi có

các đám mây dông mang điện tích ở bên trên thì phần trên của công trình sẽ cảm ứng nên

những điện tích trái dấu với điện tích của đám mây Hoặc nếu sét đánh gần công trình thì

làm cho các điện tích trên đó mất đi không kịp với điện tích đám mây, mà còn tồn tại

thêm một thời gian nữa, gây nên điện thế cao so với mặt đất Điện thế này có thể ở ngay

trong nhà hoặc từ ngoài nhà theo dây điện, dây mạng internet, ống kim loại truyền vào

nhà tạo nên những tia lửa điện gây cháy nổ hoặc tai nạn cho người

Năm 1769, khi đó nhân loại chưa biết đến những thiết bị chống sét như ngày nay

Một thảm hoạ đã xảy ra khi sét đánh trúng kho dự trữ thuốc nổ hơn 1000 tấn tại một

thành phố của Italia Cả toà nhà nổ tung và làm chết hơn 3000 người sống trong thành

phố

Năm 2001, ngành điện Việt Nam có khoảng 400 sự cố, 50% trong số đó là do sét

gây ra đặc biệt ngày 4/6/2001, sét đánh nổ một máy cắt 220 KV của Nhà máy Thuỷ điện

Hòa Bình Sự cố đã khiến lưới điện miền Bắc bị rã mạch, nhiều nhà máy điện bị tách ra

khỏi hệ thống Hà Nội và nhiều tỉnh thành khác bị mất điện trên diện rộng