Sét

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... 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... 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. .. 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?... 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... 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... trình Sét? c thi t k t, gi m thi u nguy c sét ánh t t ngang hay hi n ng nhi m i n vào công trình, b o v con ng kh i s tàn phá c a sét Dòng sét ch ng” Ngoài ra cáp thoát sét HVSC là lo i cáp có tr kháng r t th p, truy n n ng l u t và nhanh chóng b c khác nhau, có các bán kính t c p b o v , tùy theo yêu c u v m c ng ng liên n tr s gi i h n, không khí trên vùng c ion hóa, m t tia i n tiên ng thu sét Dòng sét. .. nh i n tho i, tivi (vô tuy n), c m Theo th ng kê thì sét ánh th ng là nguy hi m nh t, c 10 ng th ng thì 8 ng i ch t Sét ánh ti p xúc hay t t ngang c ng r t nguy hi m Khi sét ánh xu ng cây, thì 1 tia sét có th gi t ch t ngay vài ng i xung quanh hi m ph thu c vào b n ch t c a v t b sét ánh và v trí t Th ng vong do i n th b c nh h n Trong m t s tr sét không tiêu tán ngay t i ch mà truy n theo m t ng truy... khi các thi t b n y cách t g n vùng nh h ng ng v i chi u dài c a kênh sét ho c nh h Tác ng c a dòng sét: Tác n nh h ng ng c m kho ng ng c a các xung i n t ng c a dòng sét liên quan n sét ánh tr c ti p các công trình xây d ng ho c g n các công trình ó Tác t và ng Galvanic có liên quan n dòng sét ch y trong ng th i m t b ph n c a dòng sét r nhánh i vào thi t b thông qua h th ng ti p Tác h ng Galvanic: