Phóng điện Sét Là Gì? - Blog Của Thư

Sét là hiện tượng thiên nhiên phổ biến xảy ra ở khắp nơi trên Trái Đất và thường xuất hiện trong những cơn mưa giông.

Nội dung chính Show

• Sét là gì? Sấm sét là gì?
• Quá trình hình thành của sét
• Khi có sét cần làm gì?
• Hình thành
• Video liên quan

Sét là gì? Sấm sét là gì?

Sét hay tia sét là hiện tượng phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây mang các điện tích khác dấu hoặc giữa các đám mây và mặt đất. Đôi khi, các tia sét còn xuất hiện trong các trận phun trào núi lửa hoặc bão cát. Tia sét có thể di chuyển với tốc độ 36.000km/h khi phóng điện trong khí quyển.

Sấm hay sấm sét là âm thanh do tia sét gây ra và thường xuất hiện sau khi ánh sáng của tia chớp lóe lên. Đây là bằng chứng cho thấy tốc độ âm thanh chậm hơn so với tốc độ ánh sáng. Dựa vào thời gian giữa việc nhìn thấy tia sét lóe lên và âm thanh sấm nghe được, người ta có thể tính toán được tia sét cách bao xa.

Sét là sự di chuyển của các ion, trong khi đó hình ảnh của sét lại được tạo ra bởi dòng plasma phát sáng. Trong điều kiện bình thường của không khí, tiếng động chỉ di chuyển với tốc độ 1.230km/h còn ánh sáng đi được 299.792.458 m/s.

Sét có thể đạt tới nhiệt độ 30.000°C, gấp 5 lần nhiệt độ bề mặt Mặt Trời (5778 °C).

Quá trình hình thành của sét

Sét hình thành khi dòng điện tích dương từ mặt đất đi lên gặp dòng điện tích âm di chuyển từ mây xuống. Chi tiết về quá trình hình thành sét, các bạn có thể theo dõi trong video dưới đây.

Xem thêm

Khi có sét cần làm gì?

Cần vào nhà trú mưa khi trời sắp xảy ra giông (mây đen, không khí lạnh, gió).

Nếu ở trong nhà

Nên đứng xa cửa ra vào, cửa sổ, các đồ dùng điện, tránh các chỗ ẩm ướt như buồng tắm, bể nước, vòi nước. Nếu không cần thiết không nên dùng điện thoại.

Nên rút phích cắm các thiết bị điện trước khi mưa giông xảy ra bởi dây điện nối với mạng lưới bên ngoài nên có thể bị ảnh hưởng sét đánh lan truyền.

Nếu ở ngoài trời

Tuyệt đối không trú mưa dưới gốc cây, tránh xa các vật dụng kim loại như xe đạp, máy móc, hàng rào sắt… và tránh các khu vực cao hơn xung quanh.

Nên tìm chỗ khô ráo, chỗ thấp và giữ ở tư thế chụm hai chân, cúi người sát mặt đất (nhưng không chạm hay nằm xuống đất) với hai tay bịt tai… Đặc biệt, không đứng gần nhau nếu là một nhóm người.

Nếu như cảm thấy tóc bị dựng lên, điều đó có nghĩa là có thể bị sét đánh bất cứ lúc nào, ngay lập tức cúi ngồi xuống và lấy tay che tai, không đặt tay lên đất hay nằm xuống đất.

Nếu đang ở trong xe buýt, tàu hỏa, ôtô... không thò người ra ngoài và không chạm đến vỏ bọc kim loại.

• Tròn mắt xem tia sét ‘bò như rùa’ dưới tốc độ 103.000 khung hình/giây
• Phương pháp đơn giản tính khoảng cách an toàn giữa tia sét và người

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 đôi khi còn xuất hiện trong các trận phun trào núi lửa hay bão bụi (cát). Khi phóng điện trong khí quyển tia sét có thể di chuyển với tốc độ 36.000 km/s vì sét là sự di chuyển của các ion nhưng hình ảnh của sét là do dòng plasma phát sáng tạo ra nên có thể thấy nó trước khi nghe tiếng động vì tiếng động chỉ di chuyển với tốc độ 1.230 km/h trong điều kiện bình thường của không khí còn ánh sáng đi được 299.792 km/s. Sét đạt tới nhiệt độ 30.000 °C, gấp 20 lần nhiệt độ cần thiết để biến cát silica thành thủy tinh (chỉ cần 1330 °C để làm nóng chảy SiO2), 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). Có khoảng 16 triệu cơn dông mỗi năm.

I. Tác hại của tia sét: 1. Tác hại khi sét đánh trực tiếp - Do năng lượng của một cú sét lớn nên sức phá hoại của nó rất lớn khi một công trình bị sét đánh trực tiếp có thể bị ảnh hưởng đến độ bền cơ khí, cơ học của các thiết bị trong công trình, nó có thể phá hủy công trình, gây cháy nổ…trong đó : - Biên độ dòng sét ảnh hưởng vấn đề quá điện áp xung và ảnh hưởng đến độ bền cơ khí của các thiết bị trong công trình. - Thời gian xung sét ảnh hưởng đến vấn đề quá điện áp xung trên các thiết bị. - Thời gian tồn tại của xung sét thì ảnh hưởng đến độ bền cơ học của các thiết bị hay công trình bị sét đánh.

- Ngoài ra, khả năng cháy nổ cũng xảy ra rất cao đôi với công trình bị sét đánh trực tiếp.

2. Ảnh hưởng của xung xét lan truyền.

Khi xảy ra phóng điện sét sẽ gây nên một sóng điện từ tỏa ra xung quanh với tốc độ rất lớn, trong không khí tốc độ của nó tương đương tốc độ ánh sáng. Sóng điện từ truyền vào công trình theo các đường dây điện lực, thông tin… gây quá điện áp tác dụng lên các thiết bị trong công trình, gây hư hỏng đặc biệt đôi với các thiết bị nhạy cảm: thiết bị điện tử, máy tính cũng như mạng máy tính … Các tia sét được biết đến là nguyên nhân chủ yếu gây ra các xung quá điện áp. Một lưu ý quan trọng là tia sét không cần phải đánh trực tiếp lên đường dây nguồn mới gây ra hư hỏng, một tia sét đánh cách xa vài trăm mét cũng có thể gây ra những xung cảm ứng lan truyền lớn có khả năng phá hủy, hoặc thậm chí phá hủy đường cáp ngầm lân cận. Ngoài ra còn do một số nguyên nhân khác như: do chuyển mạch nguồn, hay do dòng khởi động của động cơ điện tạo ra  các xung quá điện áp cảm ứng phá hủy các đường dây lân cận. Do đó việc lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền cũng không kém phần quan trọng so với chống sét trực tiếp.

II. Phòng chống tác hại của sét. Các tác hại do sét gây ra rất lớn nên đặt ra vấn đề phòng chống sét, mà nguyên lý cơ bản dựa vào đặc tính chọn lọc điểm đánh của sét. Rõ ràng rằng, tia tiên đạo hướng lên càng sớm thì nó sẽ gặp tia tiên đạo hưổng xuống càng sớm và bắt đầu một cú sét cũng như xác định điểm bị sét đánh. Một kim thu sét có các điều kiện thích hợp sẽ khởi đầu tia phóng điện lên, bao gồm :  - Hình dạng của kim (nhọn). - Sự tồn tại các electron ban đầu đúng thời điểm.  - Sức mạnh của trường điện từ.  - Hiệu quả của hệ thống nối đất.

1/ Chống sét đánh trực tiếp :

Có hai loại bảo vệ chính trong việc chống sét đánh trực tiếp:

Thanh chống sét (thanh đơn giản hay thanh với thiết bị kích). Đai và lưới thu sét.

a) Chống sét kim :

Một hệ thống chống sét dùng kim gồm :  - Kim thu sét gắn trên đỉnh của một cột nâng đặt trên đỉnh cao nhất của tòa nhà được bảo vệ. - Một hay hai dây dẫn xuôrig nốì từ kim xuống đất.  - Một hay hai hệ thông nốì đất để tản dòng điện sét vào đất.  - Kim Franklin (kim đơn giản) : có phạm vi bảo vệ nhỏ, hình dáng bên ngoài không hấp dẫn, khó khăn và tốn nhiều thời gian để đặt trang thiết bị, ít tin tưởng trong vận hành, mức độ hiệu quả không rõ rệt, khá đắt tiền.   - Kim với thiết bị kích : có nhiều loại của nhiều hãng khác nhau, trong phạm vi đề tài này chỉ đề cập đến kim PREVECTRON một sản phẩm của hãng TNDELEC (Pháp). PREVECTRON là một thiết bị thu sét tạo tia tiên đạo, với một thiết bị tự động kích phóng điện tích. Nó được dùng khi đòi hỏi một vùng bảo vệ rộng.

b) Đai và lưới chống sét:

Hệ thống bảo vệ này được thành lập từ một mạng lưới kim nhỏ (30 – 50cm) và các dây dẫn dọc hay ngang được nối với một sô” điện cực đất. Hệ thống này chỉ bảo vệ khép kín cho một tòa nhà.

2. Chống xung sét lan truyền và xung quá điện áp. Để chống ảnh hưởng lan truyền từ dây điện lực hay thông tin, người ta lắp đặt một hệ thống cắt và lọc sét trước khi các đường dây này đi vào công trình. Ngoài nguyên nhân do tia sét tạo ra các xung sét lan truyền, còn có các xung quá điện áp khác lại được sinh ra bên trong chính các thiết bị, do bật tắt các tải điện như đèn, hệ thống nhiệt, motor và do vận hành của các máy in laser, máy photocopy....

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, đôi khi còn xuất hiện trong các trận phun trào núi lửa hay bão bụi (cát). Khi phóng tĩnh điện trong khí quyển tia sét có thể di chuyển với tốc độ gần 100,000 km/s. Vì sét là sự di chuyển của các hạt mang điện nhưng hình ảnh của sét là do dòng plasma phát sáng tạo ra nên có thể thấy nó trước khi nghe tiếng động, vì tiếng động chỉ di chuyển với tốc độ 1,235 km/h trong điều kiện bình thường của không khí còn ánh sáng đi được 299,792 km/s. Sét đạt tới nhiệt độ 30,000 K (29,726 °C), gấp 5 lần nhiệt độ bề mặt Mặt Trời (5778 °C) và gần 20 lần nhiệt độ cần thiết để biến cát silica thành thủy tinh (chỉ cần 1713 °C để làm nóng chảy SiO2), 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).

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.

Tia sét gây ra tiếng sấm, nó chính là âm thanh của sóng xung kích khi không khí tại những vùng lân cận nơi phóng điện giãn nở mạnh do chịu áp suất tăng đột ngột.

Hình thành

Sét giữa các đám mây.

Lý do sét hình thành và nguồn gốc của nó, về mặt chi tiết vẫn là một vần đề còn đang tranh luận: Các nhà khoa học đã nghiên cứu các nguồn gốc khác nhau như gió, độ ẩm, ma sát và áp thấp khí quyển cho đến ảnh hưởng của gió mặt trời và các hạt tích điện trong năng lượng mặt trời. Các tinh thể băng trong các đám mây dông có thể là yếu tố quan trọng trong việc hình thành tia sét do nó có thể tạo ra một môi trường tích điện cực trái dấu nhau trong các đám mây dẫn đến việc tạo ra điện trường mạnh.

Sự va chạm của các tinh thể băng và các hạt graupel gây ra nhiễm điện do cọ xát.

Sét được tạo ra bởi các đám mây vũ tích hay còn gọi là mây dông, là loại mây thường có độ cao chân mây từ 1 đến 2 km (0.62 đến 1.24 dặm) tính từ mặt đất và độ cao đỉnh mây có thể tới 15 km (9.3 dặm). Có khoảng 16 triệu cơn dông mỗi năm. Một cơn dông được hình thành khi có một khối không khí nóng ẩm chuyển động, trong đó khu vực trung tâm của đám mây dông là khu vực xảy ra sự tích điện đám mây chủ yếu, nơi có luồng không khí di chuyển hướng lên rất nhanh (gọi là updraft) do đối lưu và nhiệt độ từ −15 đến −25 °C (5 đến −13 °F). Ở đó, nhiệt độ thấp cùng với sự chuyển động nhanh của luồng không khí đi lên tạo ra một hỗn hợp gồm các giọt mây trong trạng thái siêu lạnh (tức các giọt ở thể lỏng dưới điểm đóng băng), các tinh thể băng nhỏ và graupel (mưa đá mềm). Dòng không khí đưa các giọt mây siêu lạnh và tinh thể băng nhỏ nhẹ lên trên, về phía đỉnh đám mây dông; trong khi các hạt graupel nặng và đặc hơn có xu hướng rơi xuống phần dưới đám mây hoặc lơ lửng trong không khí. Các chuyển động ngược chiều nhau của các hạt ngưng đọng khác nhau sẽ dẫn tới sự va chạm. Khi có va chạm các giữa tinh thể băng và các hạt mưa đá mềm, các tinh thể băng bị nhiễm điện dương và hạt mưa đá mềm bị nhiễm điện âm do cọ xát.

Minh họa phân bố điện tích trong đám mây.

Các tinh thể băng tiếp tục bị đẩy lên phía đỉnh đám mây, và các hạt mưa đá mềm sẽ lơ lửng hoặc đi xuống phần phía dưới. Kết quả là trong đám mây dông sẽ phân li thành hai miền điện tích trái dấu: Miền điện tích âm ở phía dưới và miền điện tích dương ở phía trên. Do tác động của chuyển động không khí đi lên trong cơn bão và gió trên cao trong khí quyển, đỉnh đám mây nơi có điện tích dương thường bị tản ra theo phương ngang một khoảng xa đáng kể so với chân đám mây. Khu vực này của đám mây dông vì thế trông giống hình cái đe và được gọi là vùng (đỉnh) hình đe hoặc vùng chóp đe.

Sét đánh khi có sự tiếp xúc của hai luồng dẫn dương (tô màu xanh, đi lên từ mặt đất) và âm (tô màu đỏ, đi xuống từ mây).

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 bắt đầu có hiện tượng phóng tia lửa điện giữa đám mây và mặt đất. Đó là hiện tượng sét đánh. Để hiểu được tia sét hình thành từ đâu, trước tiên ta phải tìm hiểu giai đoạn sơ khai của chúng: dưới dạng các luồng dẫn sét. Các luồng dẫn (hay kênh dẫn sét) là cơ chế chính của sự hình thành các tia sét. Chưa thể có tia sét (phóng điện) nếu chưa có kênh dẫn mở con đường cho nó đi theo và đánh xuống. Luồng dẫn sét, còn được gọi là kênh dẫn, dòng dẫn, sét tiên đạo (leader) là một kênh khí bị ion hóa nóng theo hai chiều, được hình thành giữa các khu vực tích điện trái dấu. Hai miền điện tích khác dấu của đám mây dông có thể coi như là hai bản của một tụ điện không khí khổng lồ. Giữa phần chân đám mây dông mang điện âm và mặt đất tích điện dương (do sự hưởng ứng tĩnh điện) cũng là một tụ điện với không khí đóng vai trò như chất điện môi giữa 2 bản tụ. Tia sét là sự phóng điện - dưới dạng một tia lửa điện khổng lồ, sẽ bắt đầu xảy ra dưới hình thức luồng dẫn, khi hiệu điện thế giữa 2 bản được nâng dần tới mức đủ lớn để "đánh thủng" điện môi không khí, với cơ chế là nhờ sự tiếp xúc của các luồng dẫn này.

Hình ảnh thực (trong 1/50s) ghi lại một luồng dẫn bước đang phân nhánh và chuyển động nhanh dần xuống. Sau khi luồng dẫn bước được kết nối, sự phóng điện mạnh mẽ (vệt sét) sẽ xảy ra.

Các luồng dẫn âm và dương trong cơn dông di chuyển theo hai hướng ngược nhau: Luồng dẫn dương di chuyển lên trên về phía đám mây theo chiều điện trường, trong khi luồng dẫn âm di chuyển ngược chiều điện trường xuống mặt đất. Mỗi luồng dẫn trong khi di chuyển sẽ tiếp tục thu nhận thêm ion ở phía đỉnh luồng và tại đó có thể xuất hiện các nhánh luồng mới, cứ như thế một luồng dẫn vừa lan truyền vừa phân ra nhiều nhánh và nhánh con.

Theo nguyên lí vật trong điện trường, điện tích ở các vật thể (mặt đất trong trường hợp này) thường tập trung tại những chỗ mũi nhọn và do đó điện trường nơi đó cũng mạnh. Vì thế trên mặt đất các ion mang điện tích dương bắt đầu tập hợp lại, nhất là ở các chỗ nào đó cao (cây cối, cột hay các vật dựng đứng, các công trình cao...). Khi cường độ điện trường đủ mạnh, một kênh ion dương gọi là luồng đi lên (upward streamer) có thể phát triển từ những nơi này. Chúng sẽ phóng lên trên để nối vào luồng âm đang di chuyển xuống dưới. Chính việc này quyết định tia sét sẽ đánh vào đâu khi sét đánh xuống đất. Sự phóng điện sẽ xảy ra ngay khi có sự tiếp xúc giữa các luồng này. Lí thuyết này được đề xuất đầu tiên bởi Heinz Kasemir.

Vì có rất nhiều luồng ion dương hình thành khi luồng dẫn âm tiến xuống, luồng nào nối được vào luồng dẫn âm sẽ dẫn cả tia sét vào chỗ mà nó phóng ra. Có thể hình dung luồng ion dương giống như một dây câu sét mà nơi nó xuất phát là cần câu; vì thế nơi xuất phát nào ở vị trí cao hơn thì xác suất nối được vào luồng ion âm trước sẽ cao vì thế sét thường hay đánh vào những nơi nhô cao và đứng độc lập.

Sét từ mây xuống đất tại vùng hồ Maracaibo, Venezuela, nơi có mật độ sét trung bình năm cao nhất thế giới.

Hình thức phóng điện mà tia sét thường xuất hiện nhất là dưới dạng vệt sét (stroke), tức kênh plasma phát sáng. Tia sét chẳng là gì khác ngoài việc trao đổi các hạt (ion dương và âm, electron) để cân bằng lại điện tích giữa các vùng trong khí quyển hoặc giữa khí quyển và mặt đất và khi thực hiện việc đó nó tạo ra một vệt sét.

Sự kết nối các kênh dẫn sẽ mở đường đi mà trên đó sự phóng điện xảy ra. Khi các kênh bước và kênh đi lên đã được kết nối với nhau và bắc cầu khoảng cách trong không khí giữa lượng dư điện tích âm trong đám mây và lượng dư điện tích mặt đất dương bên dưới, sẽ có sự sụt giảm rất đáng kể của điện trở không khí dọc theo kênh sét (môi trường không khí bị đánh thủng sơ bộ). Sét sẽ bắt đầu hình thành theo đường đi mới tạo ra này và khi đó các điện tích âm bắt đầu tràn nhanh xuống mặt đất. Các electron tăng tốc nhanh chóng tại một vùng xuất phát từ điểm kết nối các luồng ion, sau đó vùng này lan ngược ra toàn bộ mạng lưới kênh với tốc độ nhanh gần ánh sáng. Quá trình này chính là sự tạo thành cái gọi là "vệt sét phản hồi" đầu tiên. Đây là giai đoạn phát sáng mạnh mẽ nhất và rõ rệt nhất của sự phóng điện. Vệt phản hồi cũng chính là hình ảnh mà người ta thường nghĩ tới khi nhắc đến sét hay ánh chớp. Một dòng điện cường độ rất lớn chạy dọc theo kênh plasma từ đám mây xuống mặt đất, làm trung hòa điện tích mặt đất dương khi các electron phóng ra từ điểm sét đánh trên mặt đất đến các khu vực xung quanh, khi đó ta nói có sét đánh. Dòng điện cực lớn này tạo ra sự chênh lệch điện áp xuyên tâm lớn dọc theo bề mặt của mặt đất. Sự chênh lệch điện áp hay "điện thế bước" này gây ra hiện tượng thường gọi là "sét đánh tạt ngang", là nguyên nhân của nhiều trường hợp thương vong do sét hơn là chính sự đánh thẳng xuống. Dòng điện chọn tất cả mọi đường đi điện trở thấp đối với chúng. Vì thế một phần dòng điện từ vệt phản hồi khi đi vào cơ thể người hoặc động vật (không may đứng gần điểm đánh) thường sẽ đi từ một chân sang chân kia và dần gây tê liệt cơ thể. Trên mặt đất nơi sét đánh hoặc trên bề mặt và bên trong các vật thể bị sét đánh, dòng điện có thể để lại những dấu vết hình cành cây giống tia sét (còn gọi là hình Lichtenberg).

Xem thêm