TIỂU LUẬN HỌC PHẦN ĐIỆN TỪ QUANG ĐỀ TÀI SẤM SÉT – CỘT THU LÔI CHỐNG SÉT

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HỆ THỐNG THÔNG TIN VÀ VIỄN THÁM

TIỂU LUẬN

HỌC PHẦN ĐIỆN TỪ QUANG

ĐỀ TÀI: SẤM SÉT – CỘT THU LÔI CHỐNG SÉT

GVHD: ĐINH THỊ THÚY LIỄU LỚP: 12ĐHCNTT5

1 Trần Quang Vinh – MSSV : 1250080271 2 Nguyễn Ngô Thanh Vũ – MSSV : 1230080236 3 Lê Công Nguyên – MSSV: 125008026

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 03 năm 2024

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: SẤM SÉT 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Đối tượng nghiên cứu 2

4 Nhiệm vụ của đề tài 2

5.Phương pháp nghiên cứu 2

6 Nội dung 2

6.1 Sấm sét là gì ? 2

6.2 Bản chất của sấm sét 3

6.3 Đặc điểm của sấm sét 3

7 Sấm sét và hiểm họa đối với đời sống con người 5

7.1 Sấm sét đối với con người 5

7.2 Sấm sét đối với cơ sở vật chất 5

8 Biện pháp phòng tránh 6

8.1 Phương pháp dùng lồng Faraday 6

8.2 Phương pháp chống sét truyền thống – Hệ Franklin 6

8.3 Phương pháp chống sét không truyền thống 8

8.4 Phương pháp phòng chống tích cực 8

9 Lợi ích của sấm sét 10

9.1 Sét tạo ra lửa khởi đầu cho nền văn minh hiện đại 11

9.2 Sét cải thiện môi trường sống cho con người 11

9.3 Sét cải tạo dinh dưỡng trong lòng đất cho cây cối 11

9.4 Giúp con người dò tìm được nguồn nước, nguồn khoáng sản: 11

9.5 Sét – nguồn năng lượng quý giá: 11

10 Thông số sấm sét 11

CHƯƠNG 2: CỘT THU LÔI 12

1 Nguồn gốc hình thành 12

2 Cột thu lôi 12

3 Cấu tạo của cột thu lôi 12

4 Nguyên lý hoạt động cột thu lôi 13

5 Tác dụng của cột thu lôi 13

6 Phân loại hệ thống chống sét 14

7 Các tiêu chuẩn kỹ thuật chống sét 14

TÀI LIỆU THAM KHẢO 14

CHƯƠNG 1: SẤM SÉT 1 Lý do chọn đề tài

Marie Curie đã từng nói: “Không bao giờ từ bỏ ý kiến tri thức; tri thức là sức mạnh Bạn có thể thay đổi tất cả bằng kiến thức.” Điều này chính là khuyến khích cho

mỗi người trong chúng ta phải luôn tìm kiếm và không ngừng học hỏi thêm nhiều tri thức mới Để mang lại những điều mới mẻ về cuộc sống, dễ dàng thay đổi thế giới xung quanh chúng ta Khoa học chính nguồn tri thức của nhân loại Như vậy, muốn lĩnh hội nguồn tri thức này, chúng ta cần phải thực hiện nghiên cứu

Đối với chúng tôi, thích khám phá những hiện tượng trên Trái Đất như : hiện tượng cực quang, cầu vồng, hay là những hiện tượng núi lửa, sóng thần, sấm sét,…

Nước Việt Nam chúng ta nằm ở tâm giông Châu Á, khu vực có khí hậu nhiệt đới gió mùa và mùa giông ở Việt Nam tương đối dài bắt đầu từ tháng 4 và kết thúc vào tháng 10 Số ng ngày giông trung bình khoảng 100 ngày/năm và số giờ giông khoảng 250 giờ/năm Trong các cơn giông, sấm sét cũng chính là mối nguy hiểm lớn đối với con người và thiên nhiên Vì vậy, sấm sét đã gây ra không ít những thiệt hại về người và tài sản Chúng ta có thể xem những thống kê dưới đây:

- Theo thống kê của Văn phòng thường trực Ban chỉ đạo quốc gia về phòng, chống thiên tai, số người tử vong do sét đánh gây ra từ 2017 đến 25/7/2022 là 175 người, trung bình mỗi năm khoảng 29 người Tính riêng 6 tháng đầu năm 2022 đã có 44 người chết do sét đánh

- Ngày 18/6/2023 theo Ban Chỉ huy PCTT&TKCN tỉnh Sơn La cho biết do có mưa dông kèm sấm sét đánh gây thiệt hại 1 người chết tại xã Chiềng Khoang huyện Quỳnh Nhai.

- Chiều ngày 1/7/2023 tại xã Phương Viên, huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn đã xảy ra vụ sét đánh trúng người đi làm đồng Hậu quả làm một người chết và một người bị thương.

- Ngày 25/8/2023 tại tỉnh Thái Nguyên, sét đánh trúng đường dây 0,4KV trạm biến áp Văn Giang gây cháy nhiều hộp công tơ và đường dây diện dẫn vào nhà các hộ dân

Xuất phát từ những nhu thực tiễn và số liệu nêu trên, chúng tôi xin chọn đề tài : “Sấm sét – cột thu lôi chống sét” làm đề tài nghiên cứu

Sấm sét – cột thu lôi chống sét Giảng Viên : Đinh Thị Thúy Liễu

2 Mục đích nghiên cứu

- Hiểu rõ hơn về cơ chế hình thành của sấm sét và báo động tính nguy hiểm của sấm sét Để đánh giá tác động của sấm sét đối với môi trường, cơ sở hạ tầng và con người

- Hiểu rõ hơn về những thành tựu của con người nghiên cứu về sấm sét

3 Đối tượng nghiên cứu

- Cơ chế hình thành, tính chất và đặc điểm của sấm sét - Các biện pháp phòng tránh sấm sét

4 Nhiệm vụ của đề tài

Tìm hiểu và hệ thống kiến thức trả lời được những câu hỏi về bản chất và các phương pháp phòng chống sấm sét

Tìm ra những lợi ích và tác hại của sấm sét đối với cuộc sống con người

5.Phương pháp nghiên cứu

Đây là những phương pháp chúng tôi sử dụng trong quá trình nghiên cứu :

- Sét hay là tia sét là hiện tượng phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây mang điện tích trái dấu lại gần nhau, hiệu điện thế giữa chúng vô cùng lớn, có thể lên đến hàng triệu vôn Giữa các đám mây có hiện tựa phóng tia lửa điện tạo thành tia chớp - Sấm là âm thanh gây ra bởi tia sét và là một hiện tượng thiên nhiên Tùy thuộc vào khoảng cách và bản chấn của những tia chớp Sự tăng đột ngột của áp suất và nhiệt độ từ sét gây ra sự giãn nở tức thì trong không khí, và sự giãn nở này tạo ra một sóng xung kích âm thanh Âm thanh này đến nơi người quan sát sau ánh sáng của tia chớp lóe lên

Hình 1 : Hiện tượng sấm sét

6.2 Bản chất của sấm sét

Sét được chia làm hai loại sét âm và sét dương Sét âm xuất hiện từ phần dưới đám mây đánh xuống đất, loại này chiếm đến 90% và thường xuất hiện trong những cơn mưa dông lớn Còn sét dương thường xuất hiện từ trên đỉnh đám mây Loại sét dương này xuất hiện bất ngờ và khá nguy hiểm bởi hay xuất hiện khi trời quang đãng, không có mưa dông Khi phóng điện trong khí quyển tia sét có thể di chuyển với tốc độ 10.000 m/s Trong lúc đó tốc độ của tiếng động chỉ 341m/s trong điều kiện bình thường của không khí, còn ánh sáng đi được 299.792.458 m/s, nên ta nghe tiếng rền của sấm sau tia chớp của sét gây ra Vị trí tia sét đi qua có thể đạt đến nhiệt độ 30.000 độ C, gấp 20 lần nhiệt độ cần thiết để biến cát tinh thể thành thủy tinh (lưỡi tầm sét trong dân gian chính là vật liệu bị tia sét nung chảy đông kết lại) 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

Vậy bản chất của hiện tượng là sự phóng điện trong chất khí ơt áp suất bình thường, sét phát sinh do sự phóng điện giữa các đám mây điện tích trái dấu hoặc giữa một đám mây tích điện với mặt đất tào thành tia lửa khổng lồ

6.3 Đặc điểm của sấm sét

* Sét tỏa ra một lượng nhiệt lớn

Ta có thể thấy rõ trong tự nhiên hiện tượng sét đánh vào gốc cây gây ra bốc cháy,

Sấm sét – cột thu lôi chống sét Giảng Viên : Đinh Thị Thúy Liễu

đánh vào rừng gây ra cháy rừng Điều này chứng tỏ rằng sét đánh sẽ tỏa ra một lượng nhiệt rất là lớn có khả năng tạo ra tới một tỷ watt, sánh ngang với các vụ nổ hạt nhân Trong không khí bao gồm 78% khi Nitơ, 20% khí Oxy và 2% các khí còn lại Nitơ và Oxy tồn tại dưới dạng phân tử trong không khí, khi xảy ra hiện tượng sét đánh tạo ra tia chớp lóe sáng sẽ tạo ra nhiệt độ tách hai phân tử ra Nhiệt độ có thể lên tới nhiều nghìn độ C nên rất nguy hiểm Với nhiệt độ lớn như thế, sét có thể dễ dàng làm nóng chảy các vật liệu bằng kim loại, vặn cong những cột điện hay đánh tan một ngôi nhà,… trong thời gian rất ngắn

Nhiệt lượng do sét tỏa ra vô vùng lớn Công thức tính nhiệt lượng như sau :

Q=I2.R.t

Với : t là thời gian sét đánh trong một thời gian rất ngắn I là đại lượng được truyền qua khoảng 10000 – 50000A

*Sét không bao giờ đánh thẳng

Trong cơn giông, các đám mây thường mang điện tích âm, trong khi đó do cảm ứng nên mặt đất mang điện tích dương Khi phóng tia lửa điện xuống mặt đất, tia sét mang điện tích âm trước tiên phải đi vào vùng không gian điện tích dương phân bố hỗn loạn dưới đám mây Theo nguyên lý các điện tích trái dấu hút nhau, sét tìm kiếm các vùng điện tích dương lân cận Trong trường hợp cạnh chứa hai hoặc nhiều điện tích dương, tia sét sẽ cần phải phân nhánh để tiếp tục di chuyển.

Trong quá trình chạm tới mặt đất, sét thường phân nhánh rất rộng Trong mô hình phân nhánh của sét, nhánh chính được coi là tuyến đường ưa thích và được dự đoán là sẽ gặp ít trở ngại hơn Điều này phản ánh quá trình ra quyết định của các sinh vật trong thế giới tự nhiên, vì chúng có xu hướng chọn con đường ít bị cản trở nhất

*Những nơi sét thường đánh vào

- Sét thường đánh vào những nơi có sức cản nhiệt tương đối ít Ví dụ: sét hay đánh vào những cây có nhiều rễ và ăn sâu như cây đa, cây dừa,

- Sét đánh ở đồng ruộng, nơi hoang vu

- Những nơi ẩm ướt (Khe núi, vực sâu, hồ bơi, ) - Đất có nhiều mạch nước ngầm và dòng cát chảy

7 Sấm sét và hiểm họa đối với đời sống con người

7.1 Sấm sét đối với con người

Sét có thể đánh thẳng vào ncon người từ trên đám mây xuống

Khi con người đứng gần vật bị sét đánh Khi đó sét có thể phóng qua khoảng cách không khí giữa người và vật

- Sét đánh khi con người tiếp xúc với vật bị sét đánh - Sét có thể lan truyền trên mặt đất Vì vậy con người có thể bị sét đánh khi tiếp

xúc với mặt đất trong phạm vi sét lan truyền (gọi là điện thế bước) - 5000 người chết là con số mà sét gây ra hàng năm, đồng thời còn nhiều trường

hợp bị thương khác Gây ra nhiều bệnh tật và những chứng bệnh mà người bị sét đánh phải

*Ví dụ:

Ngày 28-8-, xã Nam Chính, huyện Tiền Hải, tỉnh Thái Bình xảy ra vụ việc một người đàn ông trong lúc đi đổ lờ bắt cua bị sét đánh tử vong

7.2 Sấm sét đối với cơ sở vật chất

Sét hay đánh vào các công trình kiến trúc, nhà cửa cao và đứng trơ trọi như các nhà cao tầng, gác chuông nhà thờ, ống khói, nhà máy điện,…làm hư hại nhà cửa và thiết bị điện

Hình 2: Sấm sét đánh vào các tòa nhà

*Ví dụ:

- Chiều 10.9.2022, tháp cẩu phục vụ trong dự án xây dựng trụ sở làm việc các sở, ban, ngành (nhà hợp khối) tỉnh Cao Bằng đã bị sét đánh trúng Sau khi bị sét đánh trúng, một phần cẩu tháp bị cháy, khói đen thoát ra từ cabin điều khiển, các bộ phận có liên quan vẫn đang thống kê thiệt hại Do hôm ấy là ngày nghỉ, các công nhân đều được nghỉ làm nên không gây thiệt hại về người

Trong thời đại công nghệ phát triển như mạng máy tính, ăng ten công cộng… đã

Sấm sét – cột thu lôi chống sét Giảng Viên : Đinh Thị Thúy Liễu

trở thành tâm điểm phá hoại của mạch xung điện từ sét Ngoài ra cũng không thể không kể đến, các thiết bị điện, điện tử trong gia đình rất dễ bị nhiễm điện khi tia chớp lóe sáng kèm theo tiếng nổ dữ dội

8 Biện pháp phòng tránh

Bạn đọc thân mến, như các bạn đã biết sét là kẻ thù gây ra thiệt hại về người và vật chất Tuy nhiên, chúng ta không thể ngăn chặn sét một cách tuyệt đối Không chỉ Việt Nam mà cả trên thế giới cũng chỉ có thể nghiên cứu các phương pháp giảm thiểu tác hại của loại hình thiên tai này Vậy đó là những phương pháp nào ? Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu ngay dưới đây

8.1 Phương pháp dùng lồng Faraday

*Lồng Faraday là gì ?

Lồng Faraday là một dạng thùng chứa được bao phủ bởi các vật liệu dẫn điện Các vật liệu dẫn điện này có thể là tấm kim loại, lưới hoặc các tấm nhôm đơn giản Nó hoạt động theo cách chồng chéo những lớp dẫn điện kết hợp lớp không dẫn điện, tạo ra một rào cản với vật thể ở bên trong và bảo tv vệ chúng khỏi ảnh hưởng của bức xạ

Hình 3: Lồng Faraday *Nguyên lý hoạt động ?

Nguyên lý hoạt động của lồng Faraday có thể hiểu đơn giản như sau: Tổng trường điện từ trong lồng bằng 0 Nếu là dòng điện, nó sẽ đi quanh lồng do điện trở của lồng thấp, khiến cho vật bên trong lồng không bị truyền điện

8.2 Phương pháp chống sét truyền thống – Hệ Franklin

Phương pháp truyền thống này có hai loại là : hệ gắn thẳng với nhà và hệ bao quanh hay nằm trên

*Hệ gắn thẳng

một sợi dây dẫn xuống đất Phương pháp này giúp làm lệch hướng đi của tia sét này vào nhà và dẫn năng lượng mà sét truyền đến xuống thẳng đất và phân tán năng lượng trên mây

Hình 4: Cấu tạo hệ Franklin gắn thẳng *Hệ bao quanh hay nằm trên

Hệ Franklin bao quanh (hay nằm trên) còn gọi là hệ mắt xích hay lưới Nó thường bao gồm hệ dây dẫn ở trên đỉnh treo trên các cột và nối với hệ thống đất Các dây này thường đặt cách nhà khoảng 10 - 20 m Hệ này có ưu việt là một khi nó tiếp nhận tia sét thì tia sét ở cách xa khu vực bảo vệ xa hơn hệ Franklin nối trực tiếp Dạng bảo vệ này thường đắt hơn dạng gắn trực tiếp

Hình 5: Hệ bao quanh

Thực nghiệm này cho thấy, hệ Franklin này không cho hiệu quả chống sét 100% Tuy sát đánh vào kim thu sét nhiều hơn và hiệu quả của phương pháp chống sét là khá tốt, song nhiều kết quả thực nghiệ cho thấy sét có thể bỏ qua kim thu sét mà đáh trực tiếp vào nhà mặc dù có thể làm kim thu sét lên rất cao Như vậy, phương pháp truyền

Sấm sét – cột thu lôi chống sét Giảng Viên : Đinh Thị Thúy Liễu

thống nhiều năm qua đã chứng tỏ khả năng bảo vệ của nó, tuy nhiên đối với nhu cầu hiện nay rất cao thì những nhược điểm trên có thể gây ra thiệt hại khôn lường

8.3 Phương pháp chống sét không truyền thống

Một số hệ chống sét khác với dạng Franklin nổi lên trong hàng chục năm gần đây Đáng chú ý là:

*Hệ phát xạ sớm

- Một số dụng cụ được sử dụng để gây phát xạ sớm như nguồn phóng xạ và kích thích điện của kim

*Hệ ngăn chặn sét (hệ tiêu tán năng lượng sét)

- Hệ ngăn chặn sét với mục đích là phân tán điện tích của mây dông trước khi nó phóng điện Hay nói khác đi tạo đám mây điện dương tại khu vực để làm chệch tia sét khỏi khu vực bảo vệ Nhiều dạng dụng cụ phân tán được sử dụng Chủ yếu cấu tạo bởi rất nhiều kim mũi nhọn nối đất Những điểm này có thể như những dạng lưới kim loại, bàn chải Các dụng cụ này có tác dụng chuyển điện tích dương từ đất vào khí quyển Nhưng vấn đề ở đây là các đám mây dông tạo điện tích và chuyển động rất nhanh Liệu các thiết bị này có kịp tạo đám mây điện tích để làm chệch tia sét hay không? Chưa có thông tin khoa học tin cậy nào thông báo về khả năng này của hệ thống có đủ tốc độ để làm lệch hướng tia sét xuống khu vực bảo vệ

8.4 Phương pháp phòng chống tích cực

*Sử dụng thiết bị hiện đại

Trong thời đại 4.0 của thiết bị tiên tiến, không khó để dự đoán sớm giông bão Nhờ ra đa, vệ tinh, hệ thống định vị phóng điện, v.v người ta có thể báo dông trong khu vực trong vòng vài giờ đến 30 phút Các phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không, năng lượng điện, an toàn cá nhân Ở Việt Nam ta EMF và ESID đặt tại trạm Phú Thụy (Gia Lâm) cũng có những khả năng trên

Hình 6: Hệ thống cảnh báo giông sét Atstorm *Các biện pháp bảo vệ được khuyến khích

Vì sét là một hiện tượng ngẫu nhiên, không có vị trí an toàn Thực hiện các biện pháp phòng ngừa tích cực và tìm những nơi an toàn hơn có thể làm giảm đáng kể khả năng bạn bị sét đánh Mọi người cần được dạy các kỹ năng để được an toàn khỏi sự nguy iểm

Lên kế hoạch từ rước

Nghe dự báo thời tiết Khi bạn nghe dự báo thời tiết, bạn nên lên kế hoạch làm việc trong trường hợp có sét Khi làm việc trong một khu vực nhất định, hãy chú ý trước những nơi bạn có thể tránh mưa và sét một cách an toàn Phải có khả năng tính toán thời gian từ nơi làm việc đến nơi an toàn Thông thường giông bão đến rất nhanh trong vòng 15 phút và di chuyển với tốc độ 40 km/h Nói chung, khi ở trong khu vực không an toàn, bạn cần để ý các dấu hiệu của dòng nước như mây đen, không khí lạnh

Quy tắc nhìn-nghe

Nếu ra ngoài đường mà gặp bão, trường hợp thấy tia chớp lóe lên kéo theo tiếng sấm sét thì tính thời gian từ lúc chớp lóe đến khi có tiếng sấm sét, nếu dưới 30 giây thì khu vực đó là khu vực nguy hiểm, vì vậy bạn cần di chuyển đến một vị trí an toàn hơn

Tránh sét ngoài trời Khi dông sét cần

-Tránh các khu vực địa hình cao hơn xung quanh - Không trú nấp dưới các cây cao

- Tránh xa các vật dụng kim loại