Sấm sét

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA VẬT LÍ


Tiểu luận môn: Phương pháp nghiên cứu khoa học
Đề tài








Giáo viên hướng dẫn: thầy Lê Văn Hoàng
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Hà Bích
Phan Thị Ngọc Hương
Nguyễn Thị Hoài Thương


Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2009
1

MỤC LỤC
MỤC LỤC .............................................................................................................. 1
I. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI: ..................................................................................... 3
II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ........................................................................... 4
III. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ........................................................................ 4
IV. NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI ............................................................................. 4
V. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................... 4
VI. DÀN Ý NỘI DUNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ................................................ 4
VII. NỘI DUNG ................................................................................................. 6
VII.1. Sấm sét là gì ? ......................................................................................... 6
VII.2. Bản chất của hiện tượng sấm sét ............................................................. 6
VII.2.1 Một số khái niệm .............................................................................. 6
VII.2.2 Bản chất của sấm sét ......................................................................... 6
VII.3. Đặc điểm của sét ..................................................................................... 8
VII.4. Sét – hiểm họa đối với đời sống .............................................................. 9
VII.4.1 Đối với con người ............................................................................. 9
VII.4.2 Đối với các trang thiết bị điện tử và hệ thống thông tin liên lạc....... 11
VII.5. Các biện pháp phòng chống sét ............................................................. 12
VII.5.1 Phương pháp dùng lồng Faraday .................................................... 12
VII.5.2 Phương pháp chống sét truyền thống (Hệ Franklin) ........................ 14
VII.5.3 Phương pháp chống sét không truyền thống.................................... 15
VII.5.3.1 Hệ phát xạ sớm .......................................................................... 15
VII.5.3.2 Hệ ngăn chặn sét (hệ tiêu tán năng lượng sét) .............................. 15
VII.5.3.3 Hút sét bằng tia laser ................................................................... 16
2

VII.5.4 Phương pháp phòng chống tích cực ................................................ 16
VII.5.4.1 Sử dụng các trang thiết bị hiện đại............................................... 16
VII.5.4.2 Các biện pháp bảo vệ và chống sét được khuyến khích ............... 16
VII.6. Sét- nguồn năng lượng quý giá .............................................................. 19
VII.7. Bước đầu chinh phục sét của con người ................................................ 20
VII.8. Giải thích một vài hiện tượng liên quan đến sấm sét ............................. 22
VII.8.1 Sét hòn ........................................................................................... 22
VII.8.2 Vì sao sét hay đánh vào vật thể cao chót vót đứng đơn độc? ........... 22
VII.8.3 Vì sao luôn nhìn thấy chớp trước rồi mới nghe thấy tiếng sấm? ...... 22
VII.8.4 Vì sao xuất hiện chớp dạng hình cây và hình cầu? .......................... 23
VIII. KẾT LUẬN ............................................................................................... 24
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 25
3


I. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI:
Xuất phát từ thực tế cuộc sống
_ Theo những nghiên cứu của Viện Vật lý Địa cầu (Trung tâm
KHTN&CNQG), Việt Nam nằm ở tâm dông châu Á, một trong ba tâm dông
trên thế giới.
 Dông thường diễn ra từ tháng 4 - 10.
 Số ngày dông trung bình khoảng 100 ngày/năm và số giờ dông trung
bình là 250 h/năm.
_ Mỗi năm nước ta có tới hàng chục người chết do sét đánh và thiệt hại do hư
hỏng thiết bị lên đến hàng trăm triệu đồng. Sét cũng là nguyên nhân chính
gây sự cố cắt điện của lưới điện cao áp ở Việt Nam...Ví dụ:
 Từ năm 1989-1994, đã có 286 cú sét đánh xuống đường dây 220 kV
từ Phả Lại - Hà Đông, Hà Đông - Hòa Bình và Phả Lại - Hải Phòng.
 Tại Na Hang (Tuyên Quang), sét đánh vào trạm vi ba liên tục trong 4
năm từ 1997-2000 gây hỏng thiết bị của trạm.
 4/1998, một tia sét đánh vào trạm Phú Thụy (Viện Vật lý Địa cầu) gây
hỏng hai đài quan trắc địa lý và địa từ, thiệt hại hàng trăm triệu đồng.
 4/6/2001, sét đánh nổ một máy cắt 220 KV của Nhà máy Thủy điện
Hòa Bình khiến lưới điện miền Bắc bị rã mạch, nhiều nhà máy điện bị
tách khỏi hệ thống khiến mất điện trên diện rộng.
_ Đáng báo động là đa số các công trình lớn đều không đáp ứng đủ 6 yêu cầu
phòng chống sét của thế giới.



4

II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
_ Việc nghiên cứu “sấm sét” giúp chúng ta hiểu rõ hơn về bản chất của sấm
sét. Thông qua bài học, tuyên truyền giúp cho học sinh có cái nhìn đúng đắn
về sấm sét, cách phòng chống sấm sét, tự bảo vệ bản thân và người khác.
_ Làm phong phú bài giảng cho học sinh.
_ Nắm được những thành tựu mới của con người trong công cuộc chinh phục
sấm sét.
III. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
_ Bản chất của hiện tượng sấm sét.
_ Cách phòng chống sấm sét.
_ Sét là nguồn năng lượng quý giá
IV. NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI
Tìm hiểu và hệ thống kiến thức về bản chất và các phương pháp phòng
chống sấm sét
V. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
_ Đọc và nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến bản chất và cách phòng
chống sấm sét.
_ Phân tích và tổng hợp tài liệu.
VI. DÀN Ý NỘI DUNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1. Sấm sét là gì ?
2. Bản chất của hiện tượng sấm sét
2.1 Một số khái niệm
2.2 Bản chất của sấm sét
3. Đặc điểm của sét
5

4. Sét – hiểm họa đối với đời sống
4.1 Đối với con người
4.2 Đối với các trang thiết bị điện tử và hệ thống thông tin liên lạc
5. Các biện pháp phòng chống sét
5.1 Phương pháp dùng lồng Faraday
5.2 Phương pháp chống sét truyền thống (Hệ Franklin)
5.3 Phương pháp chống sét không truyền thống
5.3.1 Hệ phát xạ sớm
5.3.2 Hệ ngăn chặn sét (hệ tiêu tán năng lượng sét)
5.3.3 Hút sét bằng tia laser
5.4 Phương pháp phòng chống tích cực
5.4.1 Sử dụng các trang thiết bị hiện đại
5.4.2 Các biện pháp bảo vệ và chống sét được khuyến khích
6. Sét- nguồn năng lượng quý giá
7. Bước đầu chinh phục sét của con người
8. Giải thích một vài hiện tượng liên quan đến sấm sét
8.1 Sét hòn
8.2 Vì sao sét hay đánh vào vật thể cao chót vót đứng đơn độc?
8.3 Vì sao luôn nhìn thấy chớp trước rồi mới nghe thấy tiếng sấm?
8.4 Vì sao xuất hiện chớp dạng hình cây và hình cầu?
6


VII. NỘI DUNG
VII.1 Sấm sét là gì ?
- Sét hay tia sét là hiện tượng phóng
điện trong khí quyển giữa các đám
mây và đất hay giữa các đám mây
mang các điện tích khác dấu.
- Sấm là tiếng động do chớp đốt nóng
không khí. Khi không khí nở ra rất
nhanh, nó gây ra tiếng động. Ta có thể
nghe thấy sấm trong vòng bán kính
20-25km.
VII.2 Bản chất của hiện tượng sấm sét
VII.2.1 Một số khái niệm
_ Sự phóng điện tự lực: thực nghiệm đã chứng minh, trong chất khí, khi điện trường
đủ mạnh, hiệu điện thế đủ lớn thì dù có ngừng tác dụng của các tác nhân ion hóa, sự
phóng điện vẫn được duy trì.
_Tia lửa điện là quá trình phóng điện tự lực xảy ra trong chất khí khi có tác dụng
của điện trường đủ mạnh để làm ion hóa khí, biến phân tử khí trung hòa thành ion
dương và electron tự do.
VII.2.2 Bản chất của sấm sét
_Những cơn gió nhẹ và hơi ẩm không ổn định làm gia tăng những đám mây dày đặc
trong một cơn gió cuốn lên phía trên hoặc phía dưới. Điều đó khiến các hạt mưa,
băng và tuyết trong đám mây va chạm, cọ xát. Sự va chạm này làm các điện tích
tách rời. Chủ yếu do đối lưu nên điện tích dương bắn lên cao trong khi điện tích âm
sa xuống thấp. Hai miền điện tích khác dấu của đám mây dông giống như hai bản
của một tụ điện khổng lồ, không khí ở giữa chúng là chất cách điện, lúc đầu ngăn
7

không cho các điện tích chạy
lại gặp nhau và nâng dần
hiệu điện thế giữa hai cực
của hai bản tụ điện. Giữa
phần chân đám mây dông 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 điện. Sự
mất cân bằng điện tích tăng
lên bên trong đám mây, giữa đám mây và mặt đất. Điện trường của không khí lúc
này có cường độ khoảng 3.10
6
V/m. Khi 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 điện phóng qua.
Người ta gọi đó là tia chớp hay tia sét.
_Chớp nung nóng không khí xung quanh nó tới gần 27.760
o
C, nóng hơn cả bề mặt
Mặt trời. Sức nóng khủng khiếp này làm cho không khí giãn nở đột ngột, tạo ra
tiếng nổ lớn, gọi là tiếng sấm (nếu phóng điện giữa 2 đám mây) hoặc tiếng sét (nếu
phóng điện giữa đám mây và mặt đất)
_Khi sự mất cân bằng điện tích giữa mây và mặt đất lớn tới mức điện tích âm ở
phần thấp của đám mây bắt đầu di chuyển hướng về mặt đất, điện tích âm tới gần
mặt đất làm cho điện tích dương dâng lên ở các vật thể cao (chẳng hạn như cây,
nhà, cột điện, con người …). Khi điện tích âm từ đám mây kết nối với những điện
tích dương đang dâng lên từ mặt đất này, một tia chớp chói sáng xuất hiện.
 Vậy: bản chất của hiện tượng sét là sự phóng điện trong chất khí ở áp suất bình
thường, sét phát sinh do sự phóng điện giữa các đám mây tích điện trái dấu hoặc
giữa một đám mây tích điện với mặt đất tạo thành tia lửa điện khổng lồ.
8



VII.3 Đặc điểm của sét
 Sét tỏa ra một nhiệt lượng rất lớn
_Từ hiện tượng thường thấy trong tự nhiên như sét đánh vào cây gây bốc cháy, sét
đánh gây cháy rừng chứng tỏ: nhiệt lượng do sét đánh tỏa ra rất lớn. Nhiệt độ có thể
lên tới nhiều nghìn độ C nên rất nguy hiểm. Sét có thể làm nóng chảy các vật liệu
bằng kim loại, vặn cong những cột điện, đánh tan một ngôi nhà… trong chớp mắt.
_Sét là sự phóng điện từ các đám mây dông xuống đất.
Q= I
2
.R.t
Nhiệt lượng do sét tỏa ra rất lớn, mà ta đã biết sét đánh trong một thời gian rất ngắn
(khoảng 100 lần/s) nên theo công thức đã được học, I truyền qua cây phải lớn
(khoảng 10000-50000A). Một tia sét thông thường có thể thắp sáng bóng đèn 100W
trong ba tháng.
Mây
Va chạm
Điện tích dương
Điện tích âm
Mất cân bằng điện tích
Tia chớp
27760
o
C
Không khí giãn nở
Sấm
Chớp giữa các đám mây
Chớp giữa đám mây và mặt đất
Sét
Cọ xát
Sơ đồ tóm tắt quá trình hình thành sấm sét
9

 Sét không bao giờ đánh theo đường thẳng
Đường đi của sét cong queo vì nó phải chọn con đường nào cản điện ít nhất, nghĩa
là đi vào các nơi tập trung nhiều phần tử dẫn điện nhất.
 Những nơi sét thường đánh vào
_Sét thường đánh nhiều nhất vào những nơi có sức cản điện tương đối ít. Ví dụ: sét
hay đánh vào những cây có nhiều rễ và rễ ăn sâu như cây đa, cây sồi.
_Sét cũng đánh vào những nơi dẫn điện tốt.
 Sét hay đánh vào những cây chứa nhiều nước
 Những nơi ẩm ướt (những khe núi, vực sâu, vì ở đáy những khe, vực ấy tập
trung nhiều hơi ẩm hay những nguồn nước)…
 Những vùng đất sét thường dẫn điện nhiều hơn đất cát, do vậy sét hay đánh
xuống đó hơn.
 Đất có nhiều mạch nước ngầm và dòng cát chảy (lưu sa) ở phía dưới cũng là
mồi ngon của sét.
VII.4 Sét – hiểm họa đối với đời sống
VII.4.1 Đối với con người
Sét, kẻ giết người đứng thứ hai sau lũ, song chỉ giết một người mỗi lần, là sát
thủ liên quan tới thời tiết, mỗi năm cướp nhiều sinh mạng hơn so với bão và lốc
xoáy.
Hàng năm, sét làm khoảng 5000 người, đồng thời làm hàng trăm người khác
bị thương. Mất trí, thiếu tập trung, rối loạn giấc ngủ, tê liệt, choáng váng và suy
nhược là những chứng bệnh mà người bị sét đánh mắc phải
a. Sét có thể gây thương tích bằng những cách thức sau
 Sét đánh thẳng vào vị trí nạn nhân từ trên đám mây xuống.
 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.
 Sét đánh khi nạn nhân tiếp xúc với vật bị sét đánh.