Phương pháp nghiên cứu khoa học Sét

Phương pháp nghiên cứu khoa học Sét Theo thời gian, sự phát triển khoa học kỹ thuật ngày càng đạt được những thành tựu to lớn; những...

Trng i Hc S Phm Thành ph H Chí Minh Khoa Vt Lí     tài PPNC: Giáo viên hng dn: TSKH. Lê Vn Hoàng Sinh viên thc hin : Nguyn Th Thu Hin ào Th Hip Trn Th Nghip àng Th Kim Sc Lp Lý 3 Thành ph H Chí Minh_ Tháng 5/2009. Trang 1 Sét? GVHD: Lê Vn Hoàng Mc lc Mc lc 1 Li m đu 3 I. Sét là gì? 4 I.1. nh ngha: 4 I.2. Gii thích hin tng: 4 II. Phân loi sét: 6 II.1. Sét âm, Sét dng: 6 II.2. Sét hòn: 6 II.2.1. Hin tng: 6 II.2.2. c đim: 6 II.2.3. Các lý thuyt v sét hòn: 7 III. Hu qu sét đánh: 9 III.1. Tác hi chung: 9 III.2. Tác hi đn con ngi: 11 IV. Phòng chng sét: 17 IV.1. Các phng pháp chng sét: 17 IV.1.1. Dùng lng Faraday: 18 IV.1.2. Phng pháp truyn thng: 18 IV.1.3. Phng pháp không truyn thng: 19 IV.1.4. Hút sét bng tia laser: 20 IV.1.5. Phng pháp phòng chng tích cc: 20 IV.2. Thit b chng sét: 21 IV.2.1. Thit b chng sét là gì? 21 IV.2.2. Công c chng sét: 23 IV.2.2.1. Thit b chng sét ng ( PT): 23 IV.2.2.2. Chng sét van: 24 Trang 2 Sét? GVHD: Lê Vn Hoàng IV.2.2.3. Chng sét VariSTAR UItraSIL: 28 IV.3. D báo sét: 31 IV.3.1. Có th d báo giông sét sm 30 phút: 31 IV.3.2. K thut, thit b d báo sét: 32 V. Bí n v sét và tim nng ng dng: 34 V.1. Tim nng: 34 V.2. Nhng điu lý thú v sét: 37 V.2.1. Ti sao li gi là sm sét d bn ???? 37 V.2.2. Vì sao sét hay đánh vào vt th cao chót vót đng đn đc? 38 V.2.3. Ngun tia X trong sm sét 39 V.2.4. Sét bóc v cây ti nh th nào? 41 V.2.5. Sét cng la chn 42 V.2.6. Khi gp sét, nên làm gì ? 43 PH LC 45 Câu chuyn v Franklin: 45 Franklin - Chinh phc la thn: 47 Tài liu tham kho 53 Trang 3 Sét? GVHD: Lê Vn Hoàng Li m đu Bn bit không, sét là mt trong nhng hin tng t nhiên xy ra thng xuyên nht, đc quan sát tt nht nhng li là mt trong nhng hin tng con ngi hiu bit ít nht. Chúng ta ch bit đn sét nh mt th đáng s nó có th phá hoi các công trình xây dng, thâm nhp vào các thit b, phá hng đng dây đin. Gây nguy him đn cht ngi nhng các bn có bi t rng “Sét là mt trong nhng thành phn c bn cu thành s sng trên Trái t”. Nhng n lc không ngng ca các nhà khoa hc đ điu khin và nm bt đc nó đang ngày đêm đc tin hành cùng vi gic m chinh phc t nhiên huyn bí nhng cho đn tn hôm nay. H ch có th nói “Sét là mt hin tng làm chúng ta bi ri. Nhiu nm đã qua nh ng các câu hi ln vn cha có li gii đáp – sét hot đng nh th nào, bt đu ra sao trong cn bão sm, và lan truyn xuyên không khí theo cách thc nào?”- nhà vt lý hc Joe Dwyer đn t Vin k thut Florida. Cng chính vì s ít hiu bit y, chúng tôi chn đ tài nghiên cu này vi mc đích có th tìm ra li gii đáp v nhng n ca sét, nhng mong rng nhng gì chúng tôi tìm đc có th  cung cp cho mi ngi kin thc ph thông nht nhm hiu rõ thêm v mc đ nguy him ca sét và cách phòng chng sét nh th nào… Quá trình thu thp tài liu cng gp rt nhiu khó khn vì nó dài và rng. Nu có gì sai sót, mong đc ch dn và góp ý ca các bn. Nhóm thc hin. Trang 4 Sét? GVHD: Lê Vn Hoàng I. Sét là gì? I.1. nh ngha: Sét là mt s phóng đin xy ra gia các phn t tích đin ca nhng đám mây dông hoc gia đám mây dông và mt đt. S phân tích đin tích trong trong mt đám mây v tích to nên mt hiu đin th khng l gia phn đnh tích đin dng ca đám mây vi phn chân tích đin âm ca đám mây và mt đ t tích đin dng nh cm ng tnh đin. Mt khi đin th hình thành va đ gia các phn tích đin khác du ca đám mây hoc gia mt đt tích đin dng nh cm ng và phn chân tích đin âm ca đám mây thì các đin tích lin b hút li gp nhau to ra mt tia sét sáng lòa kèm theo ting sm n . I.2. Gii thích hin tng: Nhiu nhà vt lí tin rng các đin tích b phân tách ra khi các ht nc và ht bng trong đám mây dông c xát vào nhau, sau đó ch yu do đi lu mà các đin tích dng dn ht v phía đnh đám mây còn các đin tích âm thì tp trung v phn chân đám mây. Hai min tích đin khác du ca đám mây ging nh hai bn ca mt t đin khng l và không khí  gi a chúng là cht cách đin lúc đu ngn không cho đin tích chy li gp nhau và nâng dn hiu đin th gia hai bn t đin. Gia phn chân đám mây dông và mt đt tích đin do cm ng cng là mt t đin vi không khí cách đin nm chen gia hai bn ca t đin  Khi hiu đin th  gia hai bn t đin đ ln đ đánh thng cht cách đin xen gia hai bn thì có tia la sét phóng qua chúng. H1.1: Sét đánh tháp Eiffel Trang 5 Sét? GVHD: Lê Vn Hoàng Trái vi ý ngh ca nhiu ngi, s phóng đin gia các phn ca mt đám mây dông hoc gia các đám mây dông vi nhau xy ra thng xuyên hn sét phóng gia đám mây và mt đt. in tích di chuyn gia các phn hoc gia các đám mây dông d dàng hn gia đám mây và mt đt, và do đó ch có mt phn t ln sét đánh xy ra t đám mây xu ng mt đt mà thôi. Sét bt đu hình thành t mt lung dn đng, ví d phóng t đám mây xung phía di, chy dích dc và phân thành nhiu nhánh. Lung dn đng có dng ngon ngoèo là do các ht dn đin hình thành mt cách hoàn toàn ngu nhiên. Khi lung dn đng đi ti mt đt hoc đn đ gn đ cho các đin tích dng đang có  trên mt đt cm nhn đc l c hút t lung dn đng thì s có nhng lung đin tích dng đi lên t nhng vt th cao nh cây, tòa cao c, tháp. Khi lung dn đng và lung đi lên gp nhau thì s phóng đin gia đám mây và mt đt din ra ào t. ng đi ca tia sét thot đu là t đim tip xúc vi mt đt sau đó mi nhánh ca lung dn đng li liên tip phóng đin xung đt đ lôi cun nhng lung đin dng đi lên nhiu hn. Hiu đin th trong phóng đin sét lên đn hàng trm triu vôn, Nhng tia la tnh đin khng l xé toc khí quyn vi tc đ 60 triu dm/gi. Cng đ dòng đin trong mt lung sét đt t 25000 đn 30000 ampe. S phóng đin sét ch xy ra trong khong thi gian khong mt phn t giây đng h. Tip theo sau phn nhìn thy đc ca mt cú sét đánh là giai đon không nhìn thy đc c a mt ct đin tích kéo dài t đám mây xung đt. S phóng nhanh ca các đin tích xung đt to ra va chm gia chúng và không khí làm phát sinh ánh sáng chói lòa kèm theo hiu ng n inh tai. Bán kính ca ct đin tích dánh xung đt trung bình khong 6m, nhng các đin tích phóng mnh xung s chy lan theo mt đt và các dòng đin trên đt này cng cc kì nguy him.  Sét là mt trong nhng thành phn c bn cu thành s sng trên trái đt Trang 6 Sét? GVHD: Lê Vn Hoàng H2.1: Sét hòn bay vào phòng H2.2: Sét hòn đui theo xe II. Phân loi sét: II.1. Sét âm, Sét dng: Sét gây tác hi cho con ngi khi nó đánh xung đt. Trong loi sét đánh xung đt ngi ta phân chúng ra làm hai loi: sét âm và sét dng;  Sét âm (90%) ch yu xut hin t phn di đám mây đánh xung đt.  Sét dng thng xut hin t trên đnh đám mây đánh xung. Loi sét dng này xut hin bt ng và đôi khi rt nguy him vì tri vn quang và phn di ch a ma. II.2. Sét hòn: II.2.1. Hin tng: Tn ti di dng mt vt th bay cháy sáng trong thi gian dài. i kèm vi hin tng sm chp khi có ma to. Xut hin hu nh dng thi vi mt tia sét đánh t mây xung đt, cách mt đt vài mét. II.2.2. c đim:  Dng hình cu, hình trng, hình que hay hình git nc.  Kích thc ln nht quan sát đc 40-50cm. Sét hòn có nhiu màu khác nhau, thông thng là màu đ, da cam và màu vàng. Chúng không nht thit phi to sáng rc r nhng có th nhìn thy rt rõ di ánh sáng ban ngày.  Chuyn đng theo phng nm ngang vi vn Trang 7 Sét? GVHD: Lê Vn Hoàng tc vài m/s, và tn ti không quá 5s.  Chúng thng bám vào các đ vt kim loi nh: hàng rào dây thép gai hay đng dây đin thoi.  Phân rã theo mt trong hai cách: im lng hay kèm theo ting n, sau khi phân rã có th còn đ li mt chút sng mù hay cht bã. Him khi quan sát thy mt sét hòn phân rã thành hai hay nhiu sét hòn nh hn. II.2.3. Các lý thuyt v sét hòn: Mô hình np nng lng bên trong: 1. Là mt loi khí hay không khí “hành x” mt cách bt thng khí cháy chm. 2. Là qu cu không khí b nung nóng áp sut khí quyn. 3. Là khi plasma mt đ rt cao, vi các tính cht lng t đc trng cho cht rn. 4. Là mt trong nhng cu hình ca mt dòng đin khép kín đc duy trì bi t trng do nó sinh ra. 5. Là mt vùng không khí xoáy. 6. Là trng bc x vi sóngtrong mt vành đai plasma hình cu mng. Mô hình nng lng bên ngoài: 1. Nng lng sóng vô tuyn hi t t đám mây tích đin có th hình thành và duy trì mt sét hòn. 2. Mt dòng đin không đi chy t đám mây xung đt s co li v tit din ngang  vùng có đ dn cao. 3. Các ht v tr phóng x có th đc hi t bi đin trng trong cn dông, chúng to ra mt s phóng đin trong không khí, ti đim sinh ra sét hòn. H2.3: Hình nh sét hòn Trang 8 Sét? GVHD: Lê Vn Hoàng H2.4: Qua ng khói sét đt nhp vào nhà Lý gii phù hp nht v sét hòn.  Ni dung thuyt: Trong s các mô hình v sét hòn, ch có lý thuyt ca nhà vt lý Nga Nobel Pyotr Kapista (mô hình Trng đin t tn s cao) là đc nhiu ngi quan tâm chnh lý, b sung. Ban đu, Kapitsa coi sét hòn là s phóng đin phi đin cc, to ra bi các sóng đng siêu cao tn UHF, ngun gc cha rõ, tn ti gia mt đt và đám mây.Trên c s lý thuyt này, Giáo s Peter H. Handel,  i hc Missouri (M) đã đa ra lý thuyt Soliton-Maser nm 1975.Theo đó, sét hòn ngoài tri đc to ra bi mt maser khí quyn có th tích nhiu km 3 . Maser là thit b to ra s khuch đi bc x vi sóng, ging nh laser là thit b to ra s khuych đi ánh sáng. Trong mt s điu kin nht đnh, maser to ra mt đin trng đnh x (hay soliton), xut hin nh mt sét hòn quan sát đc. Nói cách khác, sét hòn là các soliton (các gi ht) do maser to ra trong không khí. Tuy nhiên, mt s xut hin nh vy cha đc to ra trong phòng thí nghi m.  Lý thuyt đúng trong thc t: - Sét hòn không h có mt ti các vách núi cao, nhà cao tng hay các đim cao thng thu hút các loi sét khác. Chính điu đó khin nhiu ngi nghi ng s tn ti ca chúng. Tuy nhiên, theo lý thuyt Soliton-Maser, các vùng không gian cht hp bên cnh các cu trúc đ cao ln nh th là không thích hp cho s xut hin sét hòn. Ngc li, khi sét đánh xung cánh đng vng, trng tác đng cao 3 km và r ng ti 10 km. - Sét hòn vô hi trong khoang máy bay, tàu ngm hay trong nhng ngôi nhà có cu trúc dn đin. Theo lý thuyt Soliton-Maser, nng lng ca maser trong các Trang 9 Sét? GVHD: Lê Vn Hoàng H3.1 cu trúc đó ch khong 10 jun, so vi mc hàng t jun ngoài tri, nên không nguy him đi vi con ngi. - Sét hòn ngoài tri thng kt thúc bng mt v n mnh, đôi khi có sc phá hoi ghê gm. iu đc bit là các đ vt có tính dn đin chu tác đng mnh hn rt nhiu so vi vt không dn đin. To ra sét hòn trong phòng thí nghim: Các nhà nghiên cu ca vin Max Planck và i hc Humboldt  Berlin đã li dng hin tng phóng đin di nc đ to ra nhng đám mây plasma sáng chói tng t nh sét hòn, tn ti gn na giây và có đng kính ti 20cm. Khong 4 nm trc, mt nhóm nghiên cu  St.Peterburg cng đã thành công khi phóng đin trên mt nc đ to nên qu cu phát sáng có dng gn ging v i sét hòn t nhiên. T đó cng có c s đ tin rng sét hòn đc sinh ra t s tng tác ca tia sét và nc. III. Hu qu sét đánh: III.1. Tác hi chung: Theo c tính trong mi giây đng h có khong mt trm sét đánh xung mt đt. Sét gây ra các tai nn cho con ngi, phá hoi các công trình xây dng, nng lng đin, hàng không, thit b đin t, các đài, trm quan sát t đng, các h thng thông tin liên lc, trm vin thông,.v.v. Trong nhng nm gn đây, cùng vi s phát trin ca k thut hin đi thì s phá hoi c a sét ngày càng tng. Theo báo cáo và kho sát thng kê, các h hng do sét gây ra đi vi các công trình vin thông là cc k nghiêm trng : làm cht và b thng hàng trm [...]... các d ng tác ng ã nêu Sét? GVHD: Lê V n Hoàng Trang 11 Các con ng chính sét xâm nh p vào thi t b Sét ánh th ng vào công trình Sét xâm nh p qua thi t b anten Sét xâm nh p qua các Sét xâm nh p qua ng dây treo n i ng cáp t ng m Sét xâm nh p qua cáp n i gi a các thi t b Sét xâm nh p qua các m ch cung c p i n cho thi t b vi n thông Sét xâm nh p qua h th ng ti p III.2 Tác h i n con ng Sét không ch phá ho... ch tia sét hay không? Ch a có thông tin khoa h c tin c y nào thông báo v kh n ng này c a h th ng có t c làm l ch h ng tia sét xu ng khu v c b o v IV.1.4 Hút sét b ng tia laser: Ngày nay chúng ta c n ch ng sét cho các công trình hi n i òi h i PPCS có hi u qu cao Nh m tìm ki m gi i pháp ch ng sét 100%, các công ty hàng n m ut hàng tri u ôla cho công vi c nghiên c u hút sét b ng laser Các nhóm nghiên. .. tia sét thì tia sét ti p D ng b o v này th cách xa khu v c b o v xa h n h Franklin n i tr c ng t h n d ng g n tr c ti p Th c nghi m cho th y, h Franklin không cho hi u qu ch ng sét 100% Tuy sét ánh vào kim thu sét nhi u h n và hi u qu c a PPCS là khá t t, song nhi u k t qu th c nghi m cho th y sét có th b qua kim thu sét mà ánh tr c ti p vào nhà m c dù có th làm kim thu sét lên r t cao Ngay c khi sét. .. b ng nh ng cách th c sau: Sét ánh th ng vào v trí n n nhân t trên ám mây xu ng Khi n n nhân ng c nh v t b sét ánh Sét có th phóng qua kho ng cách không khí gi a ng i và v t Trong tr ng h p này g i là sét ánh t t ngang Sét ánh khi n n nhân ti p xúc v i v t b sét ánh Sét? GVHD: Lê V n Hoàng Trang 12 i n th b trên m t c Khi ng i ti p xúc v i m t t m t vài i m Sét lan truy n t Sét lan truy n qua ng dây... ng sét không khe h khác Trong i u ki n xác l p, i n áp trên ch ng sét là i n áp pha c a l Khi có quá i n áp, l p t c ch ng sét gi i h n quá i n áp b ng cách d n dòng xung xu ng i i n m c b o v c n thi t t Khi tình tr ng quá i n áp ã qua r i, ch ng sét quay tr v tình tr ng cách i n nh tr Do ó l a ch n ch ng sét c n l u ý: - nh m c c a ch ng sét là giá tr c, và ch d n dòng rò r t nh mà ch ng sét Sét?... sét: Thi t b thu sét phóng i n s m: Gi i pháp ch ng sét ánh tr c ti p tiên ti n ang c s d ng ph bi n hi n nay là s d ng kim thu sét theo công ngh phóng i n s m (LPI) Kim thu sét theo công ngh phóng i n s m là lo i thi t b ch phóng i n có ki m soát Kim phát ra tia tiên ng c thi t k o vào th i i m thích h p, do ó tia sét chính c ng n ch n và có th ki m soát Kim thu sét CAT bao g m m t u thu sét i n c bao... ra r ng sét là m t d ng i n, b ng thí nghi m cho di u bay trong bão, hi n t ch a ng này v n còn c hi u rõ Tuy nhiên, không ai nghi ng v t m quan tr ng c a sét Sét có vai trò quan tr ng trong s bi n th giúp các nhà khí t Ng i hoá h c c a khí quy n Hi u rõ h n v sét có ng d báo bão t t h n i ta không nghiên c u nhi u v sét do b n ch t c a sét không tiên li u c và r t ph c t p Hi n nay, các nhà nghiên. .. ng sét ôxit kim lo i (MO) Van ch ng sét MO không “phóng i n” do v y không phóng i n Khi i n áp t ng, van ch ng sét chuy n ngay t tr s i n tr nh theo d ng nh ngh a i n áp i n tr l n sang c tính U-I Khi i n áp gi m l i, van ch ng sét l i duy trì tính d n i n kém M c b o v c a van ch ng sét MO i n áp d c nh ngh a nh giá tr c xác nh b ng i n áp d c a nó nh c a i n áp u c c van ch ng sét khi có dòng i n sét. .. TÁC Các thi t b NG C A SÉT N THI T B I N NH Y C M i n t nh y c m trong quá trình s d ng ch u các d ng tác ng chính nh sau: Tác s nh h ng t nh i n: Tác ng c a tr ng i n ng t nh i n c a sét giai o n tr n các thi t b liên quan n c lúc x y ra sét. , giai o n tiên o, giai o n sét ch a k t thúc ho c sét gi a các ám mây Tác ng i n t : Tác ng i n t c a sét có liên quan ng c a dòng i n kênh sét khi các thi t b... a thu c n , h t nhân Tuy nhiên ph ng pháp này t n kém và không kh thi trên th c t áp d ng cho t t c các công trình Có m t s ph ng pháp d ng này c n quan tâm khi t o l ng Faraday không lý t ng nh ng khá t t trong phòng ch ng sét IV.1.2 Ph ng pháp truy n th ng: Benjamin Franklin (1752) ã xu t m t ph ng pháp ch ng sét (PPCS) b o v nhà c a thuy n bè Ông dùng kim thu sét b ng kim lo i v i m t dây kim lo . 6 II.1. Sét âm, Sét dng: 6 II.2. Sét hòn: 6 II.2.1. Hin tng: 6 II.2.2. c đim: 6 II.2.3. Các lý thuyt v sét hòn: 7 III. Hu qu sét đánh:. Phòng chng sét: 17 IV.1. Các phng pháp chng sét: 17 IV.1.1. Dùng lng Faraday: 18 IV.1.2. Phng pháp truyn thng: 18 IV.1.3. Phng pháp không