Vì sao lại có sấm sét?


Trong cơn mưa dông do có gió mạnh xáo trộn các đám mây, làm cho các đám mây tích điện. Khi hai đám mây tích điện trái dấu lại gần nhau, hiệu điện thế giữa chúng có thể lên tới hàng trăm triệu von. Dòng điện cũng đạt tới vài vạn ampe, nhiệt độ ở giữa nơi phóng điện cũng đạt tới vài vạn độ C. Người ta đã từng ví, cơn dông như một nhà máy điện có công suất khoảng vài trăm mêga watt tới hàng tỷ volt, nguồn điện của một tia sét xuất hiện trong cơn dông có thể dùng để thắp sáng bóng đèn 100W trong vòng 3 tháng.

Giữa hai đám mây có hiện tượng phóng tia lửa điện và ta trông thấy một tia chớp. 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). Nếu có đám mây dông tích điện đi gần mặt đất tới những khu vực trống trải, gặp một vật có độ cao như cây cối, người cầm cuốc xẻng... thì sẽ có hiện tượng phóng tia lửa điện giữa đám mây và mặt đất. Đó là hiện tượng sét đánh. Với cường độ mạnh như vậy, dông sét là một trong số những hiểm họa thiên tai vô cùng nguy hiểm đối với tính mạng con người và gây ra những thiệt hại rất lớn về tài sản vật chất.


Làm thế nào để hạn chế nguy hiểm của sấm sét đối với con người là điều thôi thúc Franklin tiến hành thí nghiệm.


Thí nghiệm của Benjamin Franklin


Dụng cụ thí nghiệm của ông rất đơn giản. Franklin làm một chiếc diều lớn; dùng lụa thay cho giấy như thông thường để căng lên khung diều. Ông lắp thêm phía đầu chiếc diều một đoạn dây thép mài nhọn hoắt để thu chớp. Dây diều thì một đầu buộc vào diều, một đầu buộc vào chiếc chìa khóa, sau đó từ chìa khóa buộc một dải lụa khô ráo, để người cầm vào dải lụa không bị điện giật. Khi dây diều bị ướt mưa thì thực chất là đã trở thành dây dẫn điện.

Chiếc chìa khóa đóng vai trò như dụng cụ đoản mạch điện. Vì thiết bị này vốn rất nguy hiểm nên Franklin đã tích điện vào một bình Leyde. Những thí nghiệm chứng minh tính chất của tia chớp không khác gì điện nhân tạo.


Sau đó, ông 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.


Cột thu lôi ngày nay


Ngày nay, cột thu lôi được là một dụng cụ rất đơn giản. Cột thu lôi do ba bộ phận cấu thành là cột thu lôi trực tiếp, dây dẫn xuống dưới và thiết bị tiếp đất. Mỗi bộ phận đều phải có điện trở rất nhỏ, mặt cắt phải đạt tới mức độ nhất định để chịu được dòng điện cực lớn khi sét đánh qua.


Cột thu trực tiếp là một que kim loại nhọn gắn liền với mái của toàn nhà, có đường kính khoảng 2cm.Các thanh kim loại được nối với hệ thống dây nhôm có đường kính tương tự. Dây nhôm được nối với một mạng lưới dẫn diện được chôn sâu trong đất và phải tiếp xúc tốt với mặt đất để có thể dẫn dòng điện khi bị sét đánh.

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.


Hệ thống này có khả năng xử lý các dòng điện rất lớn. Nếu vật liệu làm cột thu lôi không phải là một chất dẫn tốt, các công trình sẽ bị thiệt hại rât lớn.


Lắp đặt cột thu lôi đúng cách


Cột thu lôi lắp càng cao càng tốt, lắp càng cao, phạm vi bảo vệ công trình càng lớn. Nhưng cũng không được quá cao, vì nếu lắp cao quá, độ chắc chắn của cột thu lôi sẽ không đảm bảo, khi gặp gió lớn có thể sẽ bị nghiêng hoặc đổ, làm mất tác dụng của cột thu lôi. Ở những nơi trống trải hay xảy ra sét đánh thì phải trồng cột thu lôi. Người ta dùng một cột gỗ hoặc cột xi măng cao chừng 5 - 6 m. Trên đỉnh cột hàn một thanh sắt đầu nhọn hướng lên trời.

Phần đuôi thanh sắt hàn dây nối đất (dùng sắt phi 0,04) theo lý thuyết thì một cột thu lôi có thể bảo vệ được một khoảng không gian bằng hình nón có bán kính đáy bằng chiều cao của cột. Nơi có nhiều sét nên trồng một hệ thống cột thu lôi, mỗi cột cách nhau chừng 20 – 30 m.


Một điều chúng ta cần đặc biệt lưu ý, vào những ngày trời có sấm sét, người đi đường tuyệt đối không nên trú dưới các gốc cây to. Bởi vì, khi sét phóng điện xuống mặt đất, các cây cao hơn mặt đất sẽ là đường dẫn điện tốt nhất. Nếu trú mưa dưới những gốc cây đó nhiều khả năng sẽ bị sét đánh và điều này rất nguy hiểm đến tính mạng.


Từ phát minh ra cột thu lôi, hàng loạt phát minh sử dụng điện ra đời: đèn điện, máy thu hình, tàu điện… và được ứng dụng rộng rãi cho đến ngày nay.

Schoolnet (Theo khoahoc.baodatviet)