Đề tài Sấm sét - nguồn năng lượng và khủng hoảng

Đề tài chúng tôi nghiên cứu muốn đem lại những kiến thức cơ bản cho bản thân và mọi người để từ đó chúng ta biết cách phòng chống hay giảm thiểu tai nạn do sấm sét gây ra. Đồng thời trong quá trình nghiên cứu, chúng tôi còn biết đến những tiềm năng mà sấm sét có thể đem lại. Và từ đó có những ý tưởng cho các đề tài nghiên cứu về sấm sét: tận dụng được nguồn năng lượng khổng lồ mà sét tạo ra hay nguồn tia X trong nó. Với sự nỗ lực của các thành viên trong nhóm, chúng tôi đã cố gắng tìm hiểu kĩ về bản chất cót lõi của hiện tượng, để từ đó có thể phần nào xác minh được nguồn tài liệu trên mạng và đúc kết những kiến thức đó trong bài nghiên cứu này. Nội dung bài nghiên cứu được chúng tôi gói gọn trong 3 chương: Chương 1: Tổng quan về sấm sét Chương 2: Lợi ích và tác hại của sấm sét Chương 3: Các phương pháp phòng chống sét Bên cạnh những lợi thế nghiên cứu đề tài mà chúng tôi nêu ở trên, chúng tôi cũng gặp không ít khó khăn trong quá trình nghiên cứu đề tài. Về nguyên nhân chủ quan, chúng tôi không có nhiều thời gian để nghiên cứu, nên nguồn tài liệu chủ yếu được khai thác trên internet mà không được làm kiểm chứng (trong phần các thiết bị phòng chồng sấm sét). Về nguyên nhân khách quan, do nguồn tài liệu còn hạn chế, chưa có những số liệu thống kê cụ thể như về thiệt hại.

docx33 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 29/01/2013 | Lượt xem: 3150 | Lượt tải: 10download
Tóm tắt tài liệu Đề tài Sấm sét - nguồn năng lượng và khủng hoảng, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
khó khăn trong quá trình nghiên cứu đề tài. Về nguyên nhân chủ quan, chúng tôi không có nhiều thời gian để nghiên cứu, nên nguồn tài liệu chủ yếu được khai thác trên internet mà không được làm kiểm chứng (trong phần các thiết bị phòng chồng sấm sét). Về nguyên nhân khách quan, do nguồn tài liệu còn hạn chế, chưa có những số liệu thống kê cụ thể như về thiệt hại. Chúng tôi hy vọng sẽ nhận được phản hồi của các bạn để bài nghiên cứu được hoàn thiện hơn. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn thầy TS Lê Văn Hoàng đã tận tình hướng dẫn chúng tôi trong quá trình thực hiện bài nghiên cứu này, cùng sự giúp đỡ về chuyên môn của các bạn lớp lý 3 SP. Nhóm thực hiện Mục lục Lời nói đầu 1 Mục lục 3 Chương I: Tổng quan về sấm sét………………………………………….… 5 I.1 Sấm sét……………………………………………………………..… 5 I.2 Nguyên nhân hình thành sấm sét……………………….……….…….5 I.3 Lịch sử nghiên cứu……………………………………….………..……6 I.4 Một vài thông số của sấm sét………………………….…………...……7 I.5 Phân loại sét…………………………………………….……………..…7 I.5.1 Sét đánh xuống đất……………………………….……………..…7 I.5.2 Sét đánh trên bầu trời…………………………….……………….8 I.5.3 Sét hòn………………………………………….………………...9 I.6 Hiện tượng sét đánh ………………………………………………….9 I.6.1 Định nghĩa………………………………………………….…….9 I.6.2 Đặc điểm………………………………………………….………9 Chương II: Lợi ích và tác hại của sấm sét 10 II.1 Lợi ích: 10 II.1.1 Sấm sét- bước đầu tiên của nền văn minh hiện tại. 10 II.1.2 Sấm sét tạo ozon cho tầng khí quyển 11 II.1.3 Sấm sét giúp cải tạo nguồn đất.. 11 II.1.4 Sấm sét – đội quân dò tìm nguồn nước ngầm, mỏ quặng. 12 II.1.5 Sấm sét giúp xác định lượng mưa 12 II.16 Sấm sét – nguồn năng lượng khổng lồ. 13 II.2 Tác hại 13 II.2.1 Đối với con người 13 II.2.2 Đối với đồ vật 14 III. Các phương pháp phòng chống sét 17 III.1 Công tác thống kê, dự báo 17 III.2 Phương pháp dùng lồng Faraday 19 III.3 Phương pháp dùng Hệ Franklin 20 III.3.1 Cột thu lôi Franklin truyền thống 20 III.3.1 Cột thu lôi Franklin phát tia tiên đạo 21 III.4 Một số cách phòng chống sét cho bản thân 22 Kết luận 25 Phụ lục 1 26 Phụ lục 2 31 Tài liệu tham khảo 32 Chương I: Tổng quan về sấm sét Khi bạn đi nghiên cứu một một hiện tượng hay sự kiện nào đó, đầu tiên bạn cần biết đến là những khái niệm về hiện tượng đó, cũng như bản chất, phân loại…. Vì vậy, khi nghiên cứu đề tài sấm sét, điều đầu tiên mà chúng tôi gửi đến bạn là những kiến thức tổng quan về sấm sét. Trong chương này , chúng tôi giới thiệu đến bạn sấm sét là gì? Nguồn gốc bản chất của hiện tượng tự nhiên này? Bên cạnh đó chúng tôi muốn giới thiệu một số đặc điểm chung của sấm sét: năng lượng từ tính, dạng đường đi của tia sét. Có sự đa dạng trong cách phân loại của sấm sét,tuy nhiên dựa vào tính chất nghiên cứu như nói ở lời mở đầu mà chúng tôi mà chúng tôi đã phân loại sét thânh 2 loại: sét đánh xuống đất và sét đánh trên bầu trời. Để hiểu nội dung của từng phần, mời các bạn đi tiếp cùng chúng tôi! I.1 Sấm sét Sét hay tia sét là những tia lửa điện phát sinh do sự phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây và đất hay giữa các đám mây mang điện tích trái dấu lại gần nhau.Sấm là tiếng động do sét đốt nóng không khí tạo ra. Thường thì chúng ta sẽ thấy hình ảnh của tia sét trước, sau đó mới nghe được tiếng sấm vì trong khí quyển vận tốc ánh sáng nhanh hơn vận tốc tiếng động. Ngoài ra, theo chúng tôi được biết sấm sét còn được hình thành trong các trận phun trào núi lửa, bão cát thậm chí là một vụ cháy rừng. (Do chưa có nhiều cơ sở nên chúng tôi không nghiên sự hình thành này) I.2 Nguyên nhân hình thành sấm sét Tuy sấm và sét là hai hiện tượng khác nhau nhưng dường như chúng xảy ra đồng thời nên để chúng tôi coi như là một hiện tượng. Các đám mây giông được tích điện là do các điện tích được phân tách ra khi các hạt nước và hạt băng trong đám mây giông cọ xát vào nhau, sau đó chủ yếu do đối lưu mà các điện tích dương dồn hết về phía đỉnh đám mây, còn các phần tích điện âm về phần chân đám mây. Hai miền điện tích khác dấu của đám mây giông cũng giống như 2 bản của một tụ điện khổng lồ. Không khí ở giữa chúng là chất cách điện, lúc đầu ngăn không cho các điện tích chạy lại gặp nhau và nâng dần hiệu điện thế giữa hai cực của bản tụ điện. Giữa phần chân đám mây giông và mặt đất tích điện (do hưởng ứng tĩnh điện) cũng là một tụ điện với không khí cách điện nằm giữa hai bản tụ. Hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện đủ lớn để đánh thủng chất điện môi (không khí giữa hai bản) thì có tia lửa (sét) phóng qua. Còn mặt đất, nơi mà tia sét cũng thường hay xuất hiện, giống như một đám mây khổng lồ tích điện âm.Các tia sét xuất hiện là dự phóng điện do những đám mây tích điện dương với mặt đất. Thường thì nhưng nơi sấm sét xuất hiện những nơi mặt đất nhô cao hơn, vì lúc này khoảng cách giữa “2 cực” của “tụ-mặt đất và mây” gần hơn. I.3 Lịch sử nghiên cứu Để nghiên cứu về sấm sét, không ít nhà khoa học đã từng làm những thí nghiệm nguy hiểm, mà tiêu biểu: Thành công nhất cũng như tiêu biểu nhất là thí nghiệm của Benjamin Franklin (1706-1790). Sau những thí nghiệm năm 1752, ông đã phát hiện ra sét chính là điện. Trước thí nghiệm của Franklin khoảng vài tuần thì đã có 2 nhà khoa học làm thí nghiệm tương tự như Franklin ở Marly-la-ville tại Pháp đó là Thomas Francois Dalibard và Delos. Và cái chết nổi tiếng nhất của giáo sư Georg Richmann (Saint Petersburg-Nga) là do bắt trước thí nghiệm của Franklin. Tuy nhiên vào thế kỷ XVII khoa học vẫn chưa được phát triển, nên hơn 150 năm sau thí nghiệm của Franklin thì các thông tin và lý thuyết về sấm sét rất ít. Mãi tới năm 1900 Nilcola tesla đã tạo ra được tia sét nhân tạo bằng một quả cầu điện với một máy phát điện có công suất lớn đủ để tạo ra tia sét có thể nhìn thấy được I.4 Một vài thông số của sấm sét Điện thế của sự phóng điện: có thể từ vài chục tới vài trăm triệu volt. Cường độ dòng điện: 10A – 30kA Chiều dài của sét trung bình là 5km, có khi tới 10km Vận tốc phóng điện: 15.000 – 36.000 km/s Đường kính tia sét: khoảng 40 – 50 cm, phần lõi tia sét khoảng 15cm Nhiệt độ trong tia sét: 18.000 – 28.000 0C Đường di của những tia sét là không thẳng. I.5 Phân loại sét I.5.1 Sét đánh xuống đất: Trong loại sét đánh xuống đất người ta phân chúng làm 2 loại: Sét âm và sét dương Sét âm (90%) chủ yếu xuất hiện từ phía dưới đám mây đánh xuống đất. - Từ mây xuống đất: là hiện tượng trao đổi điện tích giữa các đám mây tích điện và mặt đất, các điện tích từ trong đám mây dịch chuyển xuống đất, thường xuyên xuất hiện, gây thiệt hại về người và của nhiều nhất - Sét khô: được tạo thành mà không cần độ ẩm. Do diễn ra sự đối lưu giữa các tầng khí quyển, mang theo các ion dương di chuyển lên trên. Đồng thời các ion âm di chuyển xuống đất gây nên sét. Xuất hiện trong các trận cháy rừng dữ dội hay do các cột tro núi lửa bốc lên cao. - Từ đất lên mây: được hình thành khi các luồn điện tích di chuyển giữa mặt đất và đám mây phía trên, xuất hiện khá nhanh nhưng rất nhiều. Khi các ion âm từ các đám mây di chuyển xuống gần mặt đất thì lúc này các ion dương có trong đất sẽ di chuyển đén những nơi cao để dễ dàng phóng điên lên trên nối với luồn ion âm tạo ra tia sét. Nó thường đánh vào những nơi cao hoặc những nơi dễ dẫn điện như: cây cao, cột cao thế cột thụ lôi.. Sét dương xuất hiện từ trên đỉnh các đám mây đánh xuống, xuất hiện bất ngờ đôi khi rất nguy hiểm. - Sét tự hình thành: được hình thành từ các ion dương xuất hiện từ vùng đỉnh của tầng đối lưu. Nó đánh vào các đám mây bên dưới hay đánh xuống đất nơi có các điện tích âm tăng vọt bất thường. Quãng đường di chuyển của tia sét cực xa nên điện áp cao hơn 6 - 10 lần di chuyển xa và lâu hơn các tia sét thông thường nên nó tạo ra một lượng lớn sóng ELF và sóng vô tuyến (VLF). Nó thường xuất hiện trong các cơn bão tuyết, bão tuyết điện.. I.5.2 Sét đánh trên bầu trời: - Mây và mây: là hiện tượng trao đổi điện tích giữa các đám mây với nhau. Xảy ra khi các đám mây tích điện trái dấu di chuyển lại gần nhau. Tạo ra hiệu điện thế đến xuất hiện dòng dịch chuyển các ion qua lại bên trong đám mây chúng cố gắng tạo sự cân bằng bằng cách trao đổi ion với nhau tạo thành sét. Đây là loại thường gặp nhất. - Sét tên lửa: là sự phóng điện giữa các đam mây với nhau, thường di chuyển theo chiều ngang, có thể trông thấy tia sét bằng mắt thường, xuất hiện thường xuyên. - Sét thượng tầng khí quyển Sét dị hình (Sprites): là một loại sét có quy 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 tự hình thành phóng lên trên từ bên dưới từ trong vùng bão hay từ mặt đất. Chúng thường xuất hiện ở khoảng cách 50 dặm (80 km) đến 90 dặm (145 km) so với mặt đất. Sét dị hình xanh (Blue jets): 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. Sét dị hình Elves :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. I.5.3 Sét hòn - Sét hòn là dạng sét tồn tại dưới dạng một vật thể bay sáng, xuất hiện cùng với tia sét đánh từ mây xuống đất. - Sét hòn thường có dạng hình cầu, hình trứng, hình que hay có hình giọt nước. - Đường kính “quả cầu” thay đổi từ 0,01-1 m. - Sét hòn có nhiều màu khác nhau, thông thường là màu đỏ, da cam và màu vàng, có thể nhìn thấy rất rõ dưới ánh sáng ban ngày, có thể giữ nguyên độ sáng và kích thước trong suốt thời gian xuất hiện. - Hiện nay sét hòn còn là một điều bí hiểm với con người. I.6 Hiện tượng sét đánh I.6.1 Định nghĩa: Hiện tượng phóng tia lửa điện giữa các đám mây tích mây và mặt đất khi các đám mây dông này di chuyển gần mặt đất tới những khu vực có con người hay cây cối, công trình… I.6.2 Đặc điểm Sét không những chọn những ngọn cây cao để đánh mà còn chọn phần đất có cơ cấu rễ cây thích hợp. Sét thường hay đánh vào những cây có nhiều rễ ăn sâu xuống đất. Những loại cây chứa nhiều nước, dẫn điện tốt như cây Đa, cây Sến, cấy Sồi, cây Dừa. Sét thường đánh vào những nơi có dải đất sét chạy ngầm gần mặt đất; những nơi có nhiều hơi ẩm như khe núi, vực sâu, nơi có mạch nước ngầm gần mặt đất. Sét thường hay đánh vào những nơi có những luồng không khí nóng bốc lên, đặc biệt là các ống khói vì ở đó vừa có luồng khí nóng bốc lên, vừa có sự nhô cao hơn so với xung quanh. Sét hay đánh vào những vật đang di chuyển hơn là những vật tĩnh. Đặc biệt những vùng đất có kim loại nhất là sắt hoặc mỏ sắt là những  vùng bị sét đánh nhiều. Chương II: Lợi ích và tác hại của sấm sét Mỗi khi một cơn dông kéo đến, chúng ta lại không khỏi rùng mình nghĩ đến những tia chớp, sét chạy ngoằn ngoẻo cùng kèm theo tiếng sấm rền vang.Ở đâu đó, nỗi lo sợ trước cơn thịnh nộ của “Trời cao” , là những tai nạn sét đánh gây chết hay thương tích cho loài người, loài vật. Sấm sét còn là thủ phạm gây cháy rừng, phá hủy các công trình xây dựng; gây chập, cháy các mạng lưới điện; làm hỏng các thiết bị điện, điện tử; gây tai nạn cho mạng lưới giao thông mà đặc biệt là giao thông đường hàng không… Tuy nhiên không vì thế mà chúng ta không biết đến những lợi ích mà sấm sét mang lại. Có lẽ bạn sẽ ngạc nhiên, nếu không có sấm sét thì sẽ không có nền văn minh hiện tại? Tại sao ư? Mời bạn tiếp tục đến với nội dung của chương này! Không những vậy, hiện tượng tự nhiên “dữ tợn” này còn giúp cải thiện môi trường sống cho con người, nhờ sự tạo ra ôzôn cho tầng khí quyển, cải thiện nguồn dinh dưỡng trong đất cho cây cối, hay còn giúp con người dò tìm nguồn nước, nguồn khoáng sản. Bên cạnh đó, chúng tôi còn mở ra cho các bạn, những nhà nghiên cứu khoa học những đề tài mà các nhà khoa học đương thời đang nghiên cứu. Đó là những tiềm năng mà nguồn năng lượng sấm sét đem lại như: tạo ra hydrogen từ nước để khai thác nhiệt điện, cung cấp mạng điện cho thành phố, kích hoạt tàu vũ trụ bằng sấm sét, dùng sét chống mưa đá hay là xác định lượng mưa, dự báo bão… II.1 Lợi ích: II.1.1 Sấm sét- bước đầu tiên của nền văn minh hiện tại. Việc tìm ra lửa- bước đầu của nền văn minh hiện tại là nhờ vào sấm sét. Những con người đầu tiên nhìn thấy sét đánh vào cây và làm cây bốc cháy, họ thấy lửa phát ra ánh sáng. Khi lại gần, họ còn cảm nhận được hơi nóng phát ra từ ngọn lửa kia. Nhờ vào sự khám phá quan trọng này, loài người đã biết dùng lửa để sưởi ấm, nấu nướng, xua đuổi thú dữ và hơn nữa, nấu chảy các quặng để tạo ra dụng cụ lao động hay vũ khí. Như vậy, sấm sét đã mở ra cho loài người chúng ta một bước tiến vĩ đại, đưa con người tiến lên làm chủ vạn vật và đạt tới nền văn minh như ngày nay. II.1.2 Sấm sét tạo ozon cho tầng khí quyển Chúng ta được biết ôzôn giúp Trái đất trong lành hơn, nhờ nó hấp thụ bức xạ cực tím từ Mặt trời chiếu xuống Trái đất. Vậy nguồn ôzôn từ đâu mà có? Phản ứng hóa học: Bản chất của sấm sét là những tia lửa điện. Oxy trong không khí gặp điều kiện tia lửa điện: 2O2 (tia lửa điện)→ O3 + [ O ] Đây là phản ửng thuận nghịch. [O] là oxi nguyên tử, các [O] tự kết hợp với nhau tạo ngược thành O2, tham gia ngược lại phản ứng. Có thể viết gọn : 3O2 → 2O3 Ozon có tính oxi hóa rất mạnh, mạnh hơn O2 rất nhiều, Ozon tồn tại chủ yếu ở tầng bình lưu của khí quyển. II.1.3 Sấm sét giúp cải tạo nguồn đất, tăng khả năng sinh trưởng cho cây. Theo kinh nghiệm của ông bà xưa, vào những vụ lúa chiêm xuân,những cơn mưa rào mang theo dưỡng chất thiên nhiên, rất tốt cho cây cối, hoa màu, dặc biệt là cây lúa nước. Nhờ có đạm tự nhiên, lúa bén rễ và phát triển nhanh, tốt tươi.Vì vây mà ông cha ta có câu: Lúa chiêm lấp ló đầu bờ Hễ nghe tiếng sấm phất cờ mà lên. Thật vậy, theo chúng tôi được biết nếu không có sấm sét thì trong vòng vài giờ, Trái đất sẽ mất vào các lớp trên của khí quyển toàn bộ điện tích âm mình, lượng điện tích cần cho sự tồn tại của Nitơ ở dạng thực vật dễ hấp thụ. Bạn biết đó rễ cây chỉ hấp thụ được nito dạng nitrat (NO3-) và amôn (NH4+) cho quá trình phát triển. Mà trong không khí, nito tồn tại dạng nito phân tử có liên kết 3 bền vững, nên rễ cây không hấp thụ được. Tuy nhiên, nhờ vào sấm sét, một lượng N2 trong không khí bị ôxy hóa ở nhiệt độ cao và áp suất cao tạo thành NO3-Sơ đồ của phản ứng: N2+O2 → 2NO 2NO + O2 → 2NO2 + H2O 2NO2 + H2O → HNO3 HNO3 → H+ + NO3- Và theo chúng tôi được biết mỗi năm ở nước ta trung bình một ha đất nhận được trên 50kg Nitơrat và gần 20kg Amôniắc từ mưa dông - các chất đạm này được hình thành từ Nitơ trong quá trình phóng điện. II.1.4 Sấm sét – đội quân dò tìm nguồn nước ngầm. mỏ quặng. Dựa vào đặc điểm: sét thường đánh những khu vực có nước chảy ngầm, có ống nước hay có những thân quặng (những nơi có độ dẫn điện cao hơn), con người có thể tìm được những mạch nước ngầm, hay dò tìm nguồn khoáng sản để phục vụ cho nhu cầu cuộc sống của mình. II.1.5 Sấm sét giúp xác định lượng mưa [1] Theo chúng tôi biết, các nhà khoa học ngày nay còn nghiên cứu sấm sét để xác định lượng mưa. Họ đang cố gắng tìm ra mối quan hệ giữa sấm sét và lượng mưa trút xuống ở Arizona, Mỹ để biết được lượng mưa ở địa phương này. E.Philip Krider, một nhà khí tượng học tham gia chương trình cho biết: “Chúng tôi hy vọng sẽ tìm thấy điều gì khác biệt trong lần nghiên cứu này vì những cơn bão ở đây có vẻ như mạnh dần lên và không khí lại trở nên khô hơn. Chúng tôi cho rằng đã có một lượng lớn nước bị bốc hơi trước khi mưa kịp rơi xuống mặt đất”. Radar hiện nay vẫn là một công cụ hữu ích giúp các nhà khí tượng học dự đoán được những hiện tượng gió mùa sẽ xảy ra. Nhưng họ hy vọng phân tích sấm sét sẽ trở thành một phương pháp hữu hiệu hơn vì radar vẫn còn nhiều giới hạn, đặc biệt là ở vùng có địa hình núi cao. Phân tích sấm sét cũng cho kết quả nhanh hơn khi sử dụng radar. Sử dụng radar phải mất khoảng 6 phút để xử lý tín hiệu, sau đó cần thêm 2 đến 3 phút trước khi nó hoạt động. Trong khi đó, sấm sét luôn xuất hiện sớm trong những cơn bão. Và các nhà khí tượng học chỉ mất 20 giây để xử lý các dữ liệu về sấm sét được ghi nhận nhờ mạng phân tích sấm sét quốc gia Mỹ (National Lightning Detection Network) do Vaisala xây dựng và điều hành. Krider cho biết thêm: “Chúng tôi còn nhận thấy có sự chậm trễ giữa lúc sấm sét đạt mức cao nhất với lúc lượng mưa nhiều nhất. Những cơn bão càng lớn thì khoảng cách thời gian này càng lớn”. II.1.6 Sấm sét – nguồn năng lượng khổng lồ. Đặc điểm năng lượng của một tia sét chỉ tập trung ở một vài điểm và tồn tại trong thời gian ngắn cỡ khoảng mili giây nên năng lượng này tương đối cao.Người ta ước tính lượng điện năng tích được một lần sét đánh có thể kéo một đoàn tàu 14 toa chạy 200km. Hay một tia sáng thông thường có thể thắp sáng bóng đèn 100W trong 3 tháng. Theo Tiến sĩ Martin A. Uman đồng giám đốc của Phòng thí nghiệm Nghiên cứu sét tại Đại học Florida và là một cơ quan hàng đầu về chống sét cho biết khi ông trả lời phỏng vấn trên tờ The New York Times, là sấm sét như một vụ nổ hạt nhân không lồ, tuy nhiến việc thu thập nguồn năng lượng này dường như là “vô vọng”. Tuy vây, con người vẫn không ngừng cố gắng chế tạo dụng cụ để thu được sấm sét. Người ta đã đề xuất dựa vào nguồn năng lượng này để: - Tạo ra hydrogen từ nước để khai thác nhiệt điện. - Để cung cấp mạng điện cho thành phố - Kích hoạt tàu vũ trụ bằng sấm sét. - Dùng sét chống mưa đá :dẫn sét vào các tầng mây có khả năng gây mưa đá. Do năng lượng lớn và nhiệt độ cao của các “tia lừa điện” nên làm tan chảy các tảng băng đá thanhd nước, tránh thiên tai. II.2 Tác hại II.2.1 Đối với con người Con người là đối tượng đầu tiên chúng tôi quan tâm khi nhắc đến tai nạn do sấm sét gây ra. Sét gây ra thương tích cho con người theo những cách thức: [2] - Sét đánh trực tiếp vào nạn nhân. - Sét đánh vào vật gần nạn nhân và các tia lửa điện này phóng qua không khí đánh vào nạn nhân (còn gọi là sét đánh tạt ngang). - Sét đánh khi nạn nhân tiếp xúc với vật bị sét đánh. - Sét lan truyền trên mặt đất và gây tổn thương cho người tiếp xúc với mặt đất nơi có sét đánh vào. - Sét lan truyền qua đường dây cáp tới các vật như điện thoại, tivi (vô tuyến), ổ cắm. Mức độ nguy hiểm: - Sét đánh trực tiếp là nguy hiểm nhất (cứ 10 người bị sét đánh thẳng thì 8 người chết). - Sét đánh tiếp xúc hay tạt ngang (độ nguy hiểm phụ thuộc vào bản chất của vật bị sét đánh và vị trí tương đối của nạn nhân). - Thiệt hại do sét lan truyền trên mặt đất nhẹ hơn (chỉ khi năng lượng sét đánh xuống không bị tiêu tán ngay tai chỗ mà truyền trong đất, và nạn nhân đứng trên đường truyền đó mới bị ảnh hưởng) - 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. Theo thống kê ở Hoa Kỳ [3], ngoài 40% nạn nhân bị sét đánh không được biết rõ nguyên nhân, 27 % là khi họ đang ở khu vực trống trải, 19% ở gần cây, 8% đang bơi hay ở khu vực gần nước, 3% khi đúng gần máy móc, 2,4% khi đang nói điện thoại, 0.7% liên quan đến đài, tivi, anten. II.2.2 Đối với đồ vật Sấm sét không chỉ cướp đi sinh mạng của nhiều người vô tội mà con phá hủy rất nhiều công trình xây dựng, các thiết bị điện tử… và còn ở vật nuôi, cây trồng. Các con đường chính sét xâm nhập vào thiết bị: [4] - Sét đánh thẳng vào công trình. - Sét xâm nhập qua thiết bị anten. - Sét xâm nhập qua các đường dây treo nổi. - Sét xâm nhập qua đường cáp đặt ngầm. - Sét xâm nhập qua cáp nối giữa các thiết bị - Sét xâm nhập qua các mạch cung cấp điện cho thiết bị viễn thông. - Sét xâm nhập qua hệ thống tiếp đất và các điểm đấu chung. Những tác hại to lớn của sấm sét mà chúng tôi thu thập được: Tại Ấn Độ, khởi đầu mùa “Gió Mùa”, từng cơn gió từ biển khơi thổi vào đất liền ồ ạt đem khí ẩm vào xứ Ấn. Bầu trời có trong, nhưng thường bất chợt trở thành xám xịt, để cơn giông đùng đùng kéo tới, rồi sấm chớp ngoằn ngoèo sáng rực, kèm theo những tiếng sét nổ vang trời. Những người nông dân Ấn chạy không kịp, nên đành đứng chịu trận dưới cơn mưa tầm tả.Sấm sét giáng xuống một cánh đồng của tiểu bang Andhra Pradesh, một ngọn búa kinh hoàng và tàn nhẫn, cướp đi một lúc tất tưởi và nhanh chóng 6 mạng người, trong đó có 2 trẻ em. Thần sét còn nhả ra một quả cầu lửa bay lửng lơ trên đám dê nuôi đang gặm cỏ, ở một làng khác, đốt cháy một lúc cả 28 con. Xuôi lên miền Bắc, cơn mưa vần vũ đã kéo qua xứ Nepal và sét còn tung hoành đánh chết một lúc cả 4 người dân tại làng Ikudo. Chuyện này chúng tôi đọc được cách đây vài năm, nghe lại vẫn còn cảm giác rụng rời. Sét quả là một lực tàn phá của thiên nhiên giết người nhiều nhất, hơn cả giông tố, vũ bão và những thiên tai khác. Tập san Guinness, chuyên ghi nhận những kỷ lục toàn cầu trên mọi lãnh vực, có báo cáo, một luồng sét giết người nhiều nhất và cùng một lúc đã xẩy ra vào ngày 23-12-1975. Hôm đó sét đã đánh vào một chòi lá tại làng Chinamasa Kraal, gần thị trấn Umtali của xứ Rhodesia, giết chết đến 21 người. Tại Hoa Kỳ, trung bình trong một ngày có một người chết và 4 người bị thương vì sét. Theo chúng tôi được biết chỉ riêng tại Hoa Kỳ, tính từ thời Tổng thống Mỹ thứ 26, Teddy Roosevelt, đã có hơn 40.000 người bị sét đánh chết. Theo thống kê thì phần lớn những người này là những người đi săn, thể tháo gia, người câu cá, người nghỉ hè và các nông dân đang làm việc ngoài đồng áng. Cũng riêng tại Mỹ hàng năm sét đã gây thiệt hại lớn lao có đến hàng trăm triệu Mỹ kim. Chúng cũng đã xoẹt lửa xuống đốt rừng, gây hàng tháng có tới cả ngàn đám cháy. Riêng trong tháng 7 năm 1940, chỉ trong một ngày sét đã gây nên 700 đám cháy rừng tại Hoa Kỳ, đến nỗi chính phủ phải huy động cả lực lượng cứu hỏa gồm 8.000 người, để cứu nguy cho các rừng ở Bitterroot, Deerloge, Kootenai, và Lâm viên quốc gia Cour d' Alene. Các công trình viễn thông tại Việt Nam đã nhận những hậu quả nặng nề do sét gây ra.Theo thông kê:làm hư hại hàng chục máy biến áp (trong đó có trên 11 trạm biến áp có công suất từ 100kA đến 180kA), gây hư hỏng nghiêm trọng cho hệ thống chuyển mạch và truyền dẫn của tổng công ty Bưu chính viễn thông Việt Nam. Tháng 5/2000 sét đánh vào đường dây cung cấp trung thế AC gây hỏng thiết bị chống sét phần hạ áp của trạm biến thế, dòng sét cảm ứng vào cáp điện thoại, cáp trung kế từ chuyển mạch sang truyền dẫn gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho các card nguồn, card trung kế, và card thuê bao hệ thống tổng đài NEAX 61S tại trạm Host Phủ Lý Hà Nam. Vào cuối tháng 10/2000 sét đánh gây hỏng 5 Card Modem trạm VMS2 thiệt hại ước tính 3000 USD.v.v. Chương III. Các phương pháp phòng chống sét Cảm ơn bạn đã đồng hành cùng chúng tôi từ hai chương đầu tiên và đến với chương này. Đúng như mục đích ban đầu mà chúng tôi chọn đề tài, trong chương 3 này, chúng tôi đi nghiên cứu cách phòng chống cũng như giảm thiểu tối đa các tác hại mà sấm sét gây ra. Như bạn đã biết, sét là sát thủ thứ hai của thời tiết chỉ sau lụt bão. Sét không chỉ gây ra thiệt hại cho các công trình, thiết bị mà còn cướp đi sinh mạng hoặc làm ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người. Tuy nhiên, “Phòng chống sét tuyệt đối là điều không thể đối với loài người hiện nay. Không chỉ Việt Nam mà ngay cả trên thế giới cũng chỉ có thể nghiên cứu để giảm thiếu tác hại của loại hình thiên tai này” - Tiến sĩ Nguyễn Xuân Anh, Trưởng phòng Vật lý Khí quyển (Viện Vật lý địa cầu, Viện Khoa học - Công nghệ Việt Nam). Đối với các công trình, nhà cửa thì có khá nhiều các phương pháp phòng chống sét. Trong đó có 2 phương pháp cơ bản là: phương pháp dùng lồng Faraday và dùng hệ Franklin. Đa phần các phương pháp còn lại cũng chỉ là các cách cải tiến của hai phương pháp này giúp cho việc phòng chống sét tốt hơn. Còn để bảo vệ con người trước sấm sét thì không có phương pháp nào ngoài nhận thức về cách phòng chống sét của bản thân. Nhưng thật ra, các phương pháp phòng chống sét cho các công trình cũng chính là để bảo vệ cho con người bên trong các công trình đó. III.1 Công tác thống kê, dự báo Trong phòng chống sét, điều cần làm trước hết là thống kê các số liệu về sấm sét như số ngày có sét trong một năm và mật độ sét đánh trong một diện tích nhằm đánh giá mức độ sét của một khu vực để đưa ra các biện pháp phòng chống thích hợp. Theo viện Vật lý địa cầu, Việt Nam nằm ở tâm giông châu Á - một trong ba tâm giông trên thế giới, có hoạt động giông sét mạnh. Số ngày có giông trung bình ở Việt Nam khoảng 100 ngày trong một năm và số giờ có giông trung bình khoảng 250 giờ một năm. Trong các cơn giông, sấm sét cũng chính là một mối nguy hiểm lớn. Trung bình mỗi năm nước ta có hơn hai triệu cú sét. Thống kê số ngày có giông sét và số lần sét đánh trên 100 km2 mỗi năm tại một số địa phương ở nước ta: Khu vực Số ngày có giông sét/năm Số lần sét đánh trên 100 km2 mỗi năm Thời điểm có sét đánh cao nhất trong năm Đồng bằng ven biển miền Bắc 54,4 647 Từ tháng 5 tới tháng 9 Nhiều nhất tháng 8 Trung bình 4,05 giờ mỗi ngày Miền núi trung du miền Bắc 61,1 633 Từ tháng 3 tới tháng 9 Nhiều nhất tháng 7 Trung bình 3,5 giờ mỗi ngày Ven biển miền Trung 44,0 355 Từ tháng 2 tới tháng 11 Nhiều nhất tháng 5 và 8 Trung bình 2,03 giờ mỗi ngày Miền núi trung du miền Trung 47,6 331 Từ tháng 2 tới tháng 11 Xuất hiện thất thường Đồng bằng ven biển miền Nam 60,1 537 Từ tháng 5 tới tháng 10 Nhiều nhất tháng 5 và 9 Trung bình 2,1 giờ mỗi ngày (Nguồn: Trạm nghiên cứu sét, Tổng công ty Điện lực Việt Nam, 1978) Như vậy, ta thấy rằng thời gian có giống sét và lượng sét ở nước ta khá cao. Do đó cần áp dụng các phương pháp phòng chống sét thích hợp và tuyền truyền các kiến thức về cách phòng chống sét cho người dân. Dự báo trước giông sét cũng là một cách phòng chống sét khá hiệu quả. Hiện nay, nhờ các thiết bị hiện đại như rada, vệ tinh,.. người ta đã có thể dự báo trước khả năng có giông sét tại một khu vực trong khoảng thời gian từ vài giờ đến 30 phút với độ chính xác khá cao. Công tác dự báo này khá quan trọng, nó giúp con người chuẩn bị cũng như phòng chống sét để giảm thiệt hại với hiệu quả cao. Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong hàng không, điện lực, an toàn con người,... Tuy nhiên, do điều kiện kinh tế nên công tác dự báo giông sét ở nước ta chưa được phổ biến rộng rãi, chủ yếu chỉ dự báo thời tiết cho một khu vực khá rộng lớn. III.2 Phương pháp dùng lồng Faraday a) Vật dẫn và đặc điểm vật dẫn Vật dẫn là vật mà trong nó có chứa các hạt mang điện tự do, các hạt mang điện này có thể chuyển động trong toàn bộ vật dẫn. Vật dẫn có thể là khối đặc hoặc rỗng. Vật dẫn có những tính chất đặc biệt sau: - Vật dẫn cân bằng tĩnh điện là một khối đẳng thế. Mặt vật dẫn là một mặt đẳng thế. - Vật dẫn ở trạng thái cân bằng tĩnh điện thì điện trường trong lòng vật dẫn luôn bằng 0 hay tổng điện tích trong lòng vật dẫn luôn bằng 0. - Nếu vật dẫn tích điện thì toàn bộ điện tích này tập trung trên bề mặt vật dẫn. Trên bề mặt vật dẫn, điện tích phân bố không đều: điện tích phân bố nhiều nhất tại nơi nhọn và phân bố ít tại nơi lõm hay có dạng cầu. b) Nguyên tắc hoạt động của lồng Faraday Dựa vào tính chất đặc biệt của vật dẫn là ở trạng thái cân bằng tĩnh điện thì điện trường trong lòng vật dẫn luôn bằng 0 nên khi ta đặt một vật vào trong lòng vật dẫn thì vật đó sẽ không bị ảnh hưởng của điện trường bên ngoài. Như vậy, vật dẫn có tác dụng như một tấm màn bảo vệ các vật bên trong nó khỏi điện trường ngoài, chẳng hạn như tác dụng của các tia lửa điện hay sấm sét. Trong thực tế, những lưới kim loại dày cũng có tác dụng bảo vệ như một vật dẫn kín. Từ nguyên tắc trên, người ta tạo ra lồng Faraday là một lồng kim loại bao quanh khu vực được bảo vệ. Theo lý thuyết, đây là một phương pháp bảo vệ lý tưởng con người, các vật và các công trình trước sét, tuy nhiên, do chi phí khá tốn kém và không khả thi cho nhiều công trình, vật dụng và con người nên trong thực tế phương pháp này được dùng để bảo vệ cho một số khu vực đặt biệt như nơi chứa vũ khí, thuốc nổ, hạt nhân. III.3 Phương pháp dùng Hệ Franklin III.3.1 Cột thu lôi Franklin truyền thống Ngày nay, cột thu lôi là một thiết bị hết sức quen thuộc, nó có mặt trong rất nhiều cao công trình. Cột thu lôi được Benjamin Franklin phát minh năm 1752 khi ông tiến hành thí nghiệm dùng một cây thép cao 40 foot để thu những tia lửa điện từ một đám mây sau rất nhiều những thí nghiệm bằng chiếc diều của mình. Sau gần 300 năm, cột thu lôi của Franklin vẫn được sử dụng rộng rãi chứng tỏ tác dụng bảo vệ của nó. Ngày nay, có rất nhiều cải tiến của cột thu lôi nhằm nâng cao hiệu quả của nó. a) Cấu tạo Về nguyên tắc, cột thu lôi là một dụng cụ hết sức đơn giản bao gồm 3 bộ phận chính: - Kim thu sét: là một que kim loại nhọn gắn liền với mái của ngôi nhà hay công trình có đường kính khoảng 2cm. - Hệ thống dây dẫn xuống đất. - Hệ thống tiếp đất: là một thanh sắt được đóng xuống đất và tiếp xúc tốt với đất để dẫn điện. Hệ Franklin có 2 dạng: - Hệ Franklin gắn thẳng - Hệ Franklin bao quanh hay nằm trên b) Nguyên tắc hoạt động và phạm vi bảo vệ Chúng ta biết rằng sét cũng chính là một dòng điện, do đó, nó sẽ chọn con đường dễ dàng nhất để đi qua. Cho nên khi có sét đánh vào mái nhà thì sét sẽ ưu tiên đánh vào các kim thu sét. Sau đó dòng điện từ cú sét được truyền theo hệ thống dây dẫn xuống đất. Chính vì vậy mà các công trình và con người trong công trình được bảo vệ. Mục đích của cột thu lôi thường bị hiểu lầm. Nhiều người tin rằng chúng dùng để “thu hút” sét.  Thực chất, những cột thu lôi cung cấp một đường dẫn với điện trở thấp dẫn xuống mặt đất, có thể tạo thành các dòng điện  khi có sét đánh. Nếu có sét đánh, hệ thống sẽ mang dòng điện có hại ra khỏi toàn nhà và xuống mặt đất an toàn. Vùng bảo vệ của cột thu lôi được xác định như trong hình: Gọi: h là độ cao của cột thu lôi hx là độ cao của công trình hoặc thiết bị cần bảo vệ ha = h – hx được gọi là độ cao hiệu dụng cho độ an toàn công trình H là độ cao thu sét của cột thu lôi Vùng sét được cột thu lôi khống chế là một hình chóp ngược phía trên có bán kính là 3,5 ha và độ cao H được tính gần đúng là: - Nếu cột thu lôi có chiều cao h ≤ 30m thì H = 20h - Nếu cột thu lôi có chiều cao h > 30m thì H = 600m Tuy nhiên, theo thực nghiệm thì cột thu lôi Franklin không coh hiệu quả 100% bởi vì có nhiều trường hợp sét không đánh vào cột thu lôi mà đánh trực tiếp vào các công trình. Ngay cả khi sét có đánh vào kim thu lôi thì do dòng điện lớn chạy trong dây dẫn có thể ảnh hưởng tới các thiết bị điện tử nhạy cảm bên trong công trình. Để bảo vệ các thiết bị này cần các phương pháp phòng chống khác. III.3.2 Cột thu lôi Franklin phát tia tiên đạo Để nâng cao hiệu suất bảo vệ của cột thu lôi truyền thống, người ta đã cải tiến kim thu sét của hệ Franklin truyền thống nhằm khắc phục tính thụ động của kiểu truyền thống. a) Cấu tạo - Đầu thu Một đầu thu gắn cố định phía trên dùng thu sét và và che chắn cho đầu phát xạ ion ở bên trong. Nó được thiết kế để tạo ra dòng chuyển động không khí xuyên qua đầu phát ion, phân tán các ion này ra không gian xung quanh, tạo môi trường thuận lợi để kích hoạt sớm sự phóng điện (hiện tượng Corona), hạn chế thiệt hại do sét gây ra. - Thân kim Thân kim được làm bằng đồng xử lý hoặc inox, phía trên có một hoặc nhiều đầu nhọn dùng phát xạ ion. Các đầu họn này được nối với bộ phát xạ ion thông qua dây dẫn luồng bên trong ống cách điện. - Bộ kích thích phát xạ ion Được làm bằng vật liệu Ceramic áp điện, đặt phía dưới thân kim, trong buồng cách điện, nối với các đầu phát xạ nhờ dây dẫn chịu được điện thế cao. Khi có dông, dưới tác động của một lực, bộ phận này sẽ phát ra các điện tích. b) Nguyên tắc hoạt động Một sự dao động nhỏ của kim thu sét so với cột đỡ cùng với áp lực được tạo ra trước trong bộ kích thích sẽ sinh ra những áp lực biến đổi ngược nhau. Theo đó, chúng tạo ra điện thế cao tại các đầu nhọn phát xạ ion, sinh ra một lượng lớn ion xung quanh kim thu sét. Những ion này sẽ ion hóa dòng khí quyển xung quanh và phía trên đầu thu nhờ hệ thống lưu chuyển không khí Venturi ngay đầu thu. Không khí bị ion hóa có thế kích thích sự phóng điện giữa các đám mây và kim thu sét, giúp sét đánh đúng theo ý muốn là đánh vào cột thu lôi, giảm thiểu các trường hợp sét đánh vào công trình. Vì vậy, hệ Franklin phát tia tiên đạo chủ động hơn so với hệ truyền thống. III.4 Một số cách phòng chống sét cho bản thân a) Thực hiện quy tắc nghe nhìn và lên kế hoạch trước Chúng ta cần nghe dự báo thời tiết để lên trước kế hoạch đề phòng. Khi làm ở khu vực nào đó, cần để ý trước các nơi có thể trú mưa và tránh sét an toàn. Phải tính được thời gian từ chỗ làm việc đến nơi an toàn. Thường thì cơn dông kéo đến rất nhanh trong vòng 15 phút và di chuyển với vận tốc 40km/giờ. Nói chung khi đang ở nơi không an toàn thì cần phải để ý đến các dấu hiệu của dông như mây đen, không khí lạnh, gió. Khi sét xảy ra, ta sẽ thấy tia chớp loé lên và sau đó là có tiếng sấm kèm theo. Nếu bạn tính khoảng thời gian từ lúc tia chớp loé lên và lúc nghe thấy tiếng sấm thì có thể xác định được gần đúng khoảng cách tới nơi sét xảy ra. Chia số giây cho 3 ta được khoảng cách đến tia sét. Ví dụ đếm được 3 giây thì sét cách vị trí đứng là 3/3= 1km. Nếu như khoảng thời gian bạn đếm được từ khi thấy chớp và nghe tiếng sấm nhỏ hơn 30 giây, thì bạn đã nằm trong tầm ngắm của tia sét rồi và phải cẩn thận. Nếu thời gian này nhỏ hơn 20 giây thì phải di chuyển đến nơi an toàn hơn. Khi nghe thấy tiếng sấm đầu tiên bất kể là gì cũng cần phải thấy nguy hiểm đã đến. Sét có thể đánh cách xa nơi có mưa tới 15-20km. Khoảng 30 phút sau khi nghe được tiếng sét cuối cùng thì lúc đó mới thật sự an toàn. b) Khi ở trong nhà Khi trời sắp xảy ra dông, thì biện pháp tránh sét tốt nhất là nên về nhà hoặc vào các công trình có gắn các thiết bị chống sét. Tuy nhiên, khi ở trong nhà bạn cũng cần lưu ý những điều sau đây: - Nên đứng xa cửa sổ, cửa ra vào, các đồ dùng điện, tránh các chỗ ẩm ướt như buồng tắm, bể nước, vòi nước. - Không nên dùng điện thoại trừ trường hợp rất cần thiết. - Nên rút phích cắp các thiết bị điện trước lúc có dông gần xảy ra. Nên tránh xa các dây này và các vật dùng điện với khoảng cách ít nhất là 1m. Vô tuyên nối với dây anten để ngoài trời cũng rất cần rút ra khi có dông. c) Khi ở ngoài trời Ở ngoài trời lúc có giông là hết sức nguy hiểm, cần về nhà hoặc vào các công trình có các thiết bị chống sét. Tuy nhiên, trong trường hợp không kịp chạy về nhà hoặc tìm nơi ẩn náu an toàn, cần lưu ý những điều sau để giảm nguy cơ bị sét đánh: - Tuyệt đối không dùng cây cối làm chỗ trú mưa, tránh các khu vực cao hơn xung quanh, tránh xa các vật dụng kim loại như xe đạp, máy, hàng rào sắt... - Tìm chỗ khô ráo, nếu xung quanh có cây cao hơn thì nên tìm chỗ thấp, tìm vị trí cây thấp. - Người ở vị trí càng thấp càng tốt, tay ôm cổ. Phần tiếp xúc của người với mặt đất là ít nhất. Nhón chân, không được nằm xuống đất. - Đứng xa các vật cao, ra ngay khỏi những nơi chứa nước như bãi biển, ao, hồ, mương. Các vùng đỉnh núi hay sườn núi nhô cao cũng rất nguy hiểm - Không đứng thành nhóm người gần nhau. - Nếu như bạn cảm thấy tóc bị dựng lên (như cảm giác điện khi sờ tay trước mặt tivi) thì điều đó có nghĩa là có thể bị sét đánh bất cứ lúc nào. Lập tức cúi ngồi xuống và lấy tay che tai, không nằm xuống đất hay đặt tay lên đất. - Các vật có bề mặt kim loại như xe buýt, tàu hoả, ô tô, ...có tác dụng bảo vệ như lồng Faraday nếu không thò người ra ngoài và không chạm đến vỏ. Ngược lại đối vơi các ô tô, tàu thuỷ để hở hay không có vỏ bọc kim loại thì lại nguy hiểm. Kết luận Trong quá trình nghiên cứu đề tài, chúng tôi đã cố gắng hết sức trong khâu lựa lọc tài liệu, viết lại theo những ngôn ngữ dễ hiểu nhất nhưng không làm sai lệch khoa học để giúp cho tất cả các bạn, những người đã từng nghiên cứu và chưa từng nghiên cứu khoa học có những kiến thức cơ bản nhất về sấm sét cũng như lợi ích, tác hại mà sấm sét mang lại cho loài người. Và hơn nữa, chúng tôi còn muốn các bạn tự rút ra những cách phòng chống sấm sét cho bản thân và cho tài sản của chính chúng ta. Sau khi nghiên cứu đề tài, chúng ta được chiêm nghiệm những kiến thức bổ ích, những hình ảnh “đáng sợ” nhưng cũng rất “đẹp mắt” đối với các nhà Vật Lý. Quả thật, ngoài những hiểm họa mà chúng ta biết đến từ sấm sét, ít ai biết đến những lợi ích to lớn mà sấm sét đem lại. Đây là sự giải thích cho điều lý thú mà ngay từ ban đầu chúng tôi đưa ra. Bên cạnh đó, đến với mục tiêu chung của bất kì bài nghiên cứu khoa học chúng tôi muốn gửi đến các bạn thông điệp: khi xét đến một sự vật, sự việc, hiện tượng, bạn cần hiểu rõ bản chất cốt lõi chúng. Và chúng ta cần có cách nhìn bao quát về chúng, tức là bên cạnh những nhược điểm hay tai họa trước mắt, chúng ta còn phải xét đến những mặt tích cực, những tiềm năng có thể của sự vật, sự việc hiệt tượng. Có lẽ đây bạn ngạc nhiên khi chúng tôi đưa ra thông điệp này. Bởi bên cạnh việc chúng ta muốn khám phá, lĩnh hội nền tri thức khoa học tự nhiên, chúng ta còn bổ sung các kĩ năng nhìn nhận mọi vật. Điều này cũng làm cũng có thể là một khoa học - khoa học xã hội - kỹ năng sống. Ngoài những lợi ích thiết thực trên, nghiên cứu đề tài khoa học còn giúp chúng tôi nâng cao kỹ năng làm việc nhóm, nâng cao các kĩ năng học tập như kỹ năng khai thác tài liệu trên internet,sách vở, hay thậm chí là bạn bè… Qua bài nghiên cứu này, chúng tôi hi vọng các bạn cũng có cái nhìn yêu thích hơn với khoa học, đặc biệt là khoa học Vật lý. Cảm ơn bạn đã đồng hành cùng chúng tôi đến hết bài nghiên cứu này! Phụ lục 1 Sét hòn- loại sét còn bí ẩn đối với loại người. [5] Loại sét xuất hiện đột ngột dưới dạng những quả cầu lửa bay lơ lửng trong không trung, có khi nó chui luồn vào bên trong quần áo của người gặp nó, rồi thoát ra ngoài, không gây một vết bỏng nào cho da và biến mất sau khi phát nổ. Có lúc lại “bị hút” vào những vật kim loại như sợi dây thép căng trên cao hoặc ống khói nhà máy…Nhà bác học Nga Ka-pit-xa (được giải Nobel về Vật lí năm 1978) đã xây dựng một thuyết về sét hòn, theo đó thì sét hòn được hình thành bởi các sóng đứng điện từ trong chất plasma. Tuy nhiên lí thuyết này vẫn chưa được công nhận vì còn nhiều vấn đề cần được làm sáng tỏ ra. Những nhận định gần đây về sét hòn [6] Suốt một thời gian dài, hiện tượng sét hòn không được thừa nhận. Nhiều nhà khoa học khẳng định đó chỉ là một sự đánh lừa về quang học không hơn không kém. Nhưng dần dà, các sự kiện chứng tỏ sét hòn là một hiện thực. Sét hòn từng được cho là một hiện tượng hiếm. Những nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng chỉ một số ít phần trăm dân chúng Mỹ đã từng chứng kiến nó. Các bức ảnh về sét hòn lại càng hiếm và chi tiết do các nhân chứng cung cấp có rất nhiều điểm khác biệt. Sự phóng điện có thể xuất hiện bất cứ lúc nào trong suốt cơn mưa bão lớn, thỉnh thoảng xuất phát từ một tia sét, nhưng phần lớn chúng xuất hiện bất thình lình trong khi thời tiết đẹp, không có bão. Sét hòn thường trôi lơ lửng, bay lượn trong không trung và có dạng hình cầu, hình trứng, hình giọt nước hoặc hình que với một kích thước lớn hơn nhiều so với kích thước tia chớp. Kích thước lớn nhất quan sát được là 40-50 cm. Rất nhiều trong số chúng có màu từ đỏ tới vàng, đôi khi trong suốt và một số còn có tia phát ra xung quanh. Lời kể của các nhân chứng “Trong cơn giông, tôi nhìn thấy một quả cầu lớn màu đỏ từ trên trời bay xuống. Nó xô vào nhà tôi, cắt đứt dây điện thoại, làm cháy khung cửa sổ rồi rơi xuống két nước ngay bên dưới. Vài phút sau, nước bắt đầu sôi và khi nước nguội đi, tôi tìm mãi mà không thấy gì trong két cả” - một nhân chứng kể. Reverend John Henry Lehn đang ở trong phòng tắm nhà mình ở Jim Thorpe, Pennsylvania (Mỹ) giữa một cơn giông có sét thì nhìn thấy một quả cầu lửa màu vàng to bằng quả nho ngay bên ngoài rèm cửa sổ. Nó im lặng xuyên qua tấm rèm mà không làm rách hay hỏng rèm rồi lượn tròn quanh bàn chân Reverend. Có hai cậu bé trú mưa dưới mái chuồng bò. Bỗng nhiên trên ngọn cây dương xuất hiện một quả cầu lửa màu đỏ vàng. Nó nhảy từ cành này sang cành khác, hạ xuống đất và lăn về phía chuồng bò. Những tia lửa nhỏ màu da cam tóe ra từ quả cầu như một thỏi sắt nóng đỏ. Hai cậu bé đứng không nhúc nhích. Khi quả cầu lăn đến sát chúng, một cậu bé hơn đã lấy chân đá một cái. Quả cầu lạ lùng ấy nổ tung với tiếng rít chói tai. Hai cậu bé ngã lăn ra, rất may là chúng còn sống. Nhưng trong số 12 con bò cái trong chuồng thì 11 con bị chết. Thật thú vị là các thông báo cho biết sét hòn sinh ra từ các đồ vật bằng kim loại. Nhà khí tượng học N. Nartunop có lần đã quan sát thấy sét hòn nhảy ra từ hộp máy điện thoại mở nắp. Quả cầu lửa lăn khắp sàn rồi nổ tung. Theo tin báo của Konganop ở thành phố Kolomana, sét hòn xuất hiện gần bảng đặt công tơ điện trong thời gian phóng điện của sét chuỗi. Người ta cũng quan sát thấy sét hòn vọt ra từ đui đèn điện không lắp bóng hay từ ổ cắm điện. Kỹ sư I. Motsalop ở thành phố Nigioni Taghin cũng phát hiện thấy trên đầu van hệ thống lò sưởi một quả cầu nhỏ màu xanh da trời bắt đầu hình thành. Lúc đầu, nó bé bằng hạt đậu. Khi đường kính tăng đến 4-6 cm, nó rời khỏi mép lò sưởi hơi nước và khi đi qua gầm bàn, dừng lại gần ống đinh. Từ quả cầu nhỏ đó phát ra tia lửa, sau đó nó nhảy bật lên trên và tiếp tục lượn một lúc dưới bàn rồi nổ tung. Mặc dù có khả năng gây ra chấn thương và cái chết, dường như sét hòn rất gượng nhẹ trong cách đối xử với con người. Trong một trường hợp, sét hòn bay chậm chạp qua sân, hướng tới một cái bàn, nơi hai đứa trẻ đang chơi đùa. Một chú bé đá vào quả cầu và nó phát nổ. Kết quả là sét hòn bay quanh một bé gái rồi chạm vào chú mèo con đang ngồi trong lòng bé. Chú mèo chết tức thì trong khi em bé bình an vô sự. Rất nhiều súc vật bị sét hòn giết chết, nhưng con người rất ít khi chịu thảm cảnh đó. Đa phần sét hòn xuất hiện hầu như đồng thời với một tia sét đánh từ mây xuống đất. Chúng xuất hiện cách mặt đất vài mét. Còn khi xuất hiện lúc không có sét đánh, chúng bay thấp hơn nữa. Người ta cũng quan sát được những sét hòn bay cao trên không và những sét hòn từ một đám mây bay xuống mặt đất. Sét hòn thường chuyển động theo phương nằm ngang với vận tốc vài mét một giây. Chúng có thể đứng yên trong không trung hoặc từ trên mây sà xuống mặt đất. Chúng ít khi bay lên như trường hợp các quả khí cầu nóng chuyển động trong không khí. Nhiều báo cáo mô tả chúng tự xoay khi đang chuyển động. Thỉnh thoảng chúng chồm lên các đồ vật cứng hay trên mặt đất. “Hành vi” của sét hòn là điều gây chú ý nhất đối với các nhà khoa học. Không giống các loại sét thông thường và các hiện tượng điện khác, nó không “chú ý” tới dây dẫn, vật kim loại và nước hơn các vật dụng kém hay không dẫn điện. Thay vào đó là một hành vi giống như được điều khiển bởi sự tò mò và trí thông minh cỡ loài vật: bay vòng quanh và bay theo người, “khám phá” các căn phòng và treo giữa khoảng không gần các đồ vật như để “nhìn” cho rõ hơn. Sét hòn thường bám vào các đồ vật kim loại như hàng rào dây thép gai hay đường dây điện thoại. Sau khi bám, chúng thường chuyển động dọc theo những đồ vật này. Tồn tại ngắn ngủi Sét hòn thường có thời gian tồn tại không quá 5 giây. Một số ít trường hợp tồn tại quá một phút. Ít người khi quan sát sét hòn cảm thấy sức nóng của nhiệt. Tuy nhiên, nhiều sét hòn làm cháy đồ vật hay làm nóng chảy kim loại. Báo cáo của McNally năm 1966 mô tả một sét hòn chạm vào bình nước cùng với tiếng xèo xèo như khi nhúng một miếng kim loại nung đỏ vào nước. Đôi khi, chúng phát ra âm thanh như một tiếng huýt còi. Nhiều người ngửi thấy mùi khác lạ, rất gắt và tương phản, giống như mùi ozone, sulphur cháy hay oxit nitric.. Sét hòn phân rã theo một trong hai cách: im lặng hay kèm theo một tiếng nổ. Phân rã gây nổ xảy ra rất nhanh và kèm theo một tiếng nổ lớn. Phân rã im lặng có thể xảy ra nhanh hay chậm. Sau khi phân rã, thỉnh thoảng sét hòn để lại một chút sương mù hay chất bã. Hiếm khi quan sát thấy một sét hòn phân rã thành hai hay nhiều sét hòn nhỏ hơn. Nhận định khoa học Giả thuyết của Viện sĩ P. Kapitxa, sét hòn được cung cấp năng lượng nhờ các bức xạ vô tuyến xuất hiện trong những lần phóng điện khí quyển khi có dông. Nhà bác học này cho rằng, nếu trong tự nhiên không tồn tại những nguồn năng lượng mà chúng ta còn chưa biết, thì trên cơ sở định luật Bảo toàn năng lượng, ta nên thừa nhận là trong thời gian phát sáng, có năng lượng liên tục truyền cho sét hòn và chúng ta buộc phải đi tìm nguồn năng lượng đó ở ngoài phạm vi sét hòn. Sét hòn sinh ra ở những nơi sóng vô tuyến đạt cường độ cực đại. Cách giải thích đó của nhà bác học Kapitxa về sét hòn rất phù hợp với những đặc điểm của sét: Đôi khi sét hòn lăn dọc bề mặt các đồ vật khác nhau mà không để lại vết cháy. Sét hòn thường thâm nhập các phòng ở qua ống khói, cửa sổ và thậm chí qua các khe hở nhỏ. Có thể lời giải đáp cho bí ẩn của quả cầu đó là ở chỗ khác. Mặc dù các nhà bác học vẫn cố gắng giải thích hiện tượng đã được người ta biết đến hàng nghìn năm nay, sét hòn vẫn còn là một điều bí ẩn. Một số nhà khoa học cho rằng nó là một dạng mới của năng lượng (một mẫu phản vật chất), song những người khác lại phủ định điều đó. Điều bí mật của sét hòn tiềm chứa cái gì trong nó? Có thể nó chứa đựng một lĩnh vực mới mà tri thức chúng ta chưa từng biết đến? Ai mà biết được! Có thể chính tại đây, khoa học sẽ mở được cánh cửa dẫn vào một trong những kho năng lượng của tự nhiên, sẽ đem lại cho chúng ta những khả năng mới để tái tạo hành tinh, để thâm nhập vào những bí mật mới của vật chất. Benjamin Franklin và thí nghiệm cái diều huyền thoại [7] Thí nghiệm cái diều hết sức nguy hiểm của Benjamin Franklin đã trở thành huyền thoại của người Mĩ. Hầu như mọi người đều từng nghe nói Franklin đã thả một cái diều với một cái chìa khóa trong một cơn bão điện, nhưng ít người trong số chúng ta thật sự hiểu được thí nghiệm đó hoạt động như thế nào. Ben đã giả sử rằng sét là một hiện tượng điện, và tác động điện của sét có thể truyền sang vật khác và gây ra hiệu ứng có thể ghi nhận là điện. Ông đã tiến hành chứng minh giả thiết đó trong một thí nghiệm. Vào một ngày hè năm 1752 (ngày 10/6), Benjamin Franklin đã tiến hành một thí nghiệm với các đám mây tích điện. Ông thả một cái diều tự tạo trong một cơn dông. Cái diều may từ vải lụa gắn trên một khung chữ thập bằng gỗ, với một sợi dây sắt dài chừng một foot thò ra phía trên cái diều. Một cái khóa buộc với đầu của dây kim loại nối với cái diều và đầu kia của khóa buộc với dải ruy băng bằng lụa mà Benjamin giữ trong tay trong khi thả diều. Một tia sét đánh vào sợi dây diều và truyền xuống khóa gây ra một tia lửa điện. Điều này chứng tỏ rằng sét là dòng điện phát sinh từ các đám mây có thể dẫn xuống đất. Đã có một thời những tòa nhà cao tầng bị phá hỏng khá thường xuyên bởi tia sét. Và Benjamin Franklin đã phát minh ra cột thu lôi bảo vệ cho các tòa nhà. Đó là câu chuyện thường hay được sách vở kể lại. Tuy nhiên, xung quanh câu chuyện lí thú này, có nhiều quan điểm khác nhau. Sau đây, chúng tôi trích giới thiệu với bạn một ý kiến trong số đó. Dưới đây là bài viết trích từ ToEScience Cái Franklin đang nghiên cứu là xem sét có phải là một hiện tượng điện hay không. Điều này dường như khá hiển nhiên đối với đa số chúng ta ngày nay, nhưng chúng ta phải nhớ rằng vào thời đại của Franklin, những tia lửa điện lớn nhất mà họ có thể tạo ra dài chưa tới 1 inch! Vì tia sét dài đến vài ba dặm nên không rõ là chúng có cùng bản chất hay không. Câu hỏi thường hay đặt ra là không biết Franklin có thật sự tiến hành thí nghiệm này hay không, và câu trả lời là chúng ta không biết chắc cho lắm. Tuy nhiên, có một thứ là chắc chắn: nếu ông đã tiến hành một thí nghiệm như thế này, thì ông đã không thực hiện nó theo kiểu như người ta thường nói. Nghĩa là, ông đã không buộc một cái chìa khóa vào sợi dây diều, thả nó lên trong một cơn giông, và chờ cho đến khi nó bị sét đánh trúng! Một thí nghiệm như thế sẽ rất kịch tính và khá mạo hiểm. Franklin nhận ra rằng nếu sét là điện, thì nó phải là một lượng lớn vật liệu, và nó phải cần thời gian dài để tích góp trong cơn giông. Do đó, ông đề xuất, thả cái diều ngay đầu cơn giông trước tia sét tiến gần đến bạn. Ông đã có vài biến thể làm thế nào chỉ rõ điện có mặt – bạn có thể thấy các tia lửa điện từ cái khóa buộc vào sợi dây, hoặc bạn có thể gắn sợi dây đó với một chai Leyden, một loại dụng cụ tích góp điện (một tụ điện). Nếu cái chai rỗng trước khi thả cái diều và tích đầy điện sau đó thì đó là một bằng chứng tốt cho thấy các đám mây giông có chứa điện. Phụ lục 2 [1] [2] [3] [4] [5] Sách giáo khoa Vật lý 11 (nâng cao), NXB Giáo Dục, trang 112. [6] [7] à%20cái%20diều.PDF Tài liệu tham khảo 1. Lương Duyên Bình, Dư Trí Công, Nguyễn Hữu Hồ, Vật lý đại cương (Tập 2), NXB Giáo dục, 2003. 2. David Halliday, Cơ sở vật lý (Tập 4), NXB Giáo dục, 2007. 3. Sách giáo khoa Vật lý 11 nâng cao, NXB Giáo dục 2008. 4. Sách giáo khoa Hóa học 10, NXB Giáo dục 2008. 5. ThS. Lê Anh Tuấn, Phòng chống thiên tai. 6.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docxSam_set_nhom8.docx
  • pptxSam_set.pptx
  • flvYouTube - ‪Nguyên lý chống sét bằng cột thu lôi‬‏.flv