sấm sét và cách phòng chống

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƯ PHẠM BỘ MÔN VẬT LÝ SẤM SÉT VÀ CÁCH PHÒNG CHỐNG Luận văn tốt nghiệp Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ Chuyên ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ – CÔNG NGHỆ Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Lê Văn Nhạn Lê Hoàng Nhân Mã số SV: 1110273 Lớp: Sư phạm Vật lý – Công nghệ Khóa: 37 Cần Thơ, năm 2015 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Lê Văn Nhạn MỤC LỤC Chương 1: Lịch sử nghiên cứu loại sét 1.1 Lịch sử nghiên cứu 1.2 Dòng điện chất khí 1.2.1Sơ lượt tính dẫn điện chất khí 1.2.2 Sự phóng điện không tự lực 1.2.3 Sự phóng điện tự lực 10 1.3 Sự hình thành sét 13 1.3.1 Sấm sét gì? 13 1.3.2 Sự hình thành sét 14 1.4 Đặc điểm loại sét 16 1.4.1Cường độ dòng điện tia sét 16 1.4.2 Điện 16 1.4.3 Các hiệu ứng điện 17 1.4.4 Hiệu ứng lan truyền sét 17 1.4.5 Hiệu ứng nhiệt 17 1.4.6 Hiệu ứng 17 1.5 Các loại sét phổ biến 17 1.5.1 Từ mây xuống đất 17 1.5.2 Từ đất lên mây 18 1.5.3 Mây mây 18 1.5.4 Sét khô 19 1.5.5 Sét tên lửa 19 1.5.6 Sét dương 19 1.5.7 Sét 19 1.5.8 Sét thượng tầng khí 21 1.5.9 Sét dị hình (Sprites) 21 SVTH: Lê Hoàng Nhân Trang i Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Lê Văn Nhạn 1.6 Kích hoạt sét 22 1.6.1 Tên lửa 22 1.6.2 Núi lửa 23 1.6.3 Laser 23 Chương 2: Hậu sét gây 2.1 Tác hại 24 2.2 Đối với công trình xây dựng 24 2.3 Các dạng tác động sét thiết bị nhảy cảm 24 2.4 Tác hại đến người 25 2.4.1 Sét gây thương tích cách sau: 25 2.4.2 Phá hỏng máy tính trung tâm 28 2.4.3 Mồ hôi sôi lên, giày bị cháy thành than 28 2.4.4 Các dây thần kinh bị cháy dây dẫn 29 2.4.5 Phomai chảy 29 2.4.6 Cầu chì tác dụng 30 Chương Các phương pháp phòng chống sét 3.1 Phương pháp vòng Faraday 31 3.1.1 Vật dẫn mang điện 32 3.1.2 Nguyên tắc hoạt động 32 3.1.3 Lồng Faraday 33 3.2 Phương pháp chống sét truyền thống (hệ Franklin) 33 3.2.1 Hệ Franlkin gắn thẳng 34 3.2.2 Hệ Franlkin bao quanh hay nằm (hệ mắc xích hay lưới) 34 3.3 Phương pháp phòng chống sét không truyền thống 34 3.3.1 Hệ phát xạ sớm 34 3.3.2 Hệ ngăn chặn sét (hệ tiêu tán lượng) 34 3.3.3 Nguyên tắc hoạt động thiết bị phân tán sét 34 SVTH: Lê Hoàng Nhân Trang ii Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Lê Văn Nhạn 3.4 Hút sét laser 36 3.5 Phương pháp phòng chống tích cực 36 3.6 Các phương pháp phòng chống sét bảo vệ người 36 3.7 Thiết bị chống sét 38 3.7.1 Thiết bị chống sét gì? 38 3.7.2 Thiết bị chống sét ống (PT) 39 3.7.3 Chống sét van 40 3.7.4 Chống sét VariSTAR UItraSIL 42 3.7.5 Chống sét van từ 43 3.7.6 Van chống sét oxit kim loại 44 3.7.7 Kim thu sét phóng điện sớm STORMASTER 44 3.7.8 Kim thu sét Guarian 47 3.7.9 Hệ thống cảnh báo giông sét - ATSTORM v2 48 Chương 4: Bí ẩn, tìm ứng dụng 4.1 Bí ẩn 50 4.2 Nguồn tia X sét 54 4.3 Tiềm ứng dụng 55 4.3.1 Năng lượng từ Sét 55 4.3.2 Dự báo tiến triển bão 56 4.3.3 Tạo Ozon 56 4.3.4 Trong nông nghiệp 57 SVTH: Lê Hoàng Nhân Trang iii Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Lê Văn Nhạn Phần: MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1752, Benjamin Franklin làm thí nghiệm kinh điển với diều ông ông kết luận sét điện Từ đến nhà khoa học nghiên cứu giải thích tương đối hoàn chỉnh chế hình thành sét tìm cách khai thác hạn chế thiệt hại Sét gây Sét tượng tự nhiên nỗi kinh hoàn người Chúng làm thiệt hại tài sản, tính mạng người Vì năm gần nước giới thành lập trung tâm nghiên cứu Sét Đặc biệt năm 2003 NASA (cơ quan quản lý hàng không không gian Hoa Kỳ) phóng hai vệ tinh có gắn thiết bị nghiên cứu Sét Vật lý học ngành thuộc lĩnh vực tự nhiên nhằm giải thích vấn đề tự nhiên đặt cách khoa học Mục tiêu người học vật lý đem kiến thức học ứng dụng vào sống Sét tượng tự nhiên mà vài kỷ trước người nghĩ công cụ lực siêu nhiên Và tiếp cận, tìm hiểu sét đặt cho câu hỏi: Có phải đấng siêu nhiên sinh sét hay không, hay đến từ đâu? sinh nó? chất gì? Làm để hạn chế tác hại sét khai thác lợi ích tiềm mà mang lại, Để hiểu rõ vấn đề người giáo viên tương lai muốn có thêm kiến thức tượng tự nhiên gần gũi, bổ sung cho giảng để giúp học sinh thêm tin tưởng yêu thích học vật lý hơn, lý chọn đề tài “Sấm sét cách phòng chống” 1.1 Mục đích đề tài Việc nghiên cứu sấm sét giúp hiểu rõ chất sấm sét Thông qua học, tuyên truyền giúp cho học sinh có nhìn đắn sấm sét, cách phòng chống sấm sét, tự bảo vệ thân người khác Làm phong phú giảng cho học sinh Nắm thành tựu người công chống sấm sét 1.2 Giới hạn đề tài Do điều kiện tham gia nghiên cứu sấm sét em tìm hiểu thông qua tài liệu tham khảo Các phương pháp phương tiện thực đề tài 2.1 Phương pháp thực đề tài Nghiên cứu lý thuyết, phân tích, tổng hợp tài liệu 2.2 Phương tiện thực đề tài Sử dụng sách báo loại tài liệu liên quan qua thư viện khai thác thông tin Internet Các bước thực đề tài SVTH: Lê Hoàng Nhân Trang Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Lê Văn Nhạn Bước 1: Nhận đề tài Bước 2: Nghiên cứu tài liệu liên quan đến đề tài Bước 3: Tiến hành viết đề tài trao đổi với giáo viên hướng dẫn Bước 4: Viết báo cáo Bước 5: Bảo vệ luận văn SVTH: Lê Hoàng Nhân Trang Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Lê Văn Nhạn Phần: NỘI DUNG Chương 1: LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC LOẠI SÉT 1.1Lịch sử nghiên cứu Hình 1.1 Benjamin Franklin làm thí nghiệm năm 1752 [19] Benjamin Franklin (1706–1790) cố gắng kiểm tra lý thuyết tia lửa tạo phóng điện cầu thủy tinh quay giống tia sét cách dựng lên tháp có hình nón Philadelphia Trong lúc chờ đợi tháp dựng xong ông nảy ý tưởng sử dụng diều Trong dông vào tháng năm 1752 ông trai thử nghiệm Ơng buộc chìa khóa vào đoạn cuối dây diều cắm xuống đất (ông buộc chìa khóa vào dây diều dây lụa loại vật liệu dẫn điện kém) Sau hồi chuyện xảy ông thấy sợi dây bị lỏng đưa tay lại để buộc chặt tia sét đánh trúng diều (vì ông trở thành vật dẫn điện) Sống sót sau thí nghiệm ông đưa kết luận sét điện Franklin người thí nghiệm với diều Thomas-François Dalibard De Lors thực thí nghiệm tương tự Marly-la-Ville Pháp vài tuần trước thí nghiệm Franklin Trong tự truyện (viết năm 1771-1788 xuất năm 1790) Franklin tự nhận ông thực thí nghiệm sau người Pháp vài tuần mà điều năm 1752 Tin tức thí nghiệm lan rộng người khác bắt đầu thực lại Tuy nhiên thí nghiệm sét nguy hiểm gây chết người Một chết tiếng bắt chước Franklin giáo SVTH: Lê Hoàng Nhân Trang Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Lê Văn Nhạn sư Georg Richmann Saint Petersburg, Nga Ông tạo hệ thống thu sét giống Franklin, ông chạy nhà nghe tiếng sấm lúc giảng học viện khoa học Ông chạy với người thợ điêu khắc để ghi lại kiện Ông đặt bóng thủy tinh lên vòng kim loại gần hoàn hảo cho hệ thống thu lôi thời lại quên gắn dây nối đất, kết theo báo cáo sét đánh chạy vào vòng kim loại, bao lấy cầu thủy tinh tạo cục sét (do chạy xuống đất cách trực tiếp) văng trúng đầu Georg Richmann giết ông Mặt dù thí nghiệm từ thời Benjamin Franklin sét phóng điện, lý thuyết tìm hiểu sét cập nhật (cụ thể hình thành) 150 năm Các nguồn động lực cho nghiên cứu gần đến từ lĩnh vực kỹ thuật điện: Các cột điện cao bắt đầu đưa vào phục vụ kỹ sư cần biết sét nguy hiểm đến mức để bảo vệ cột điện Năm 1900, Nikola Tesla tạo sét nhân tạo cuộn Telstra máy phát điện công suất cao đủ để tạo sét đủ lớn để xem[17] 1.2 Dòng điện chất khí 1.2.1Sơ lượt tính dẫn điện chất khí Chất khí trạng thái tự nhiên Chúng phân tử trung hòa, cách ta làm cho phân tử khí xuất hạt mang điện tự (tức ion hóa chất khí) chúng trở thành chất dẫn điện Người ta gọi dẫn điện chất khí phóng điện chất khí Sự phóng điện chất khí kèm theo xuất hay phần tử mang điện (các electron hay ion) Nếu trình ion hóa xảy với tác nhân bên như: nhiệt độ, tia tử ngoại, tia rơnghen, tác nhân ion hóa, ta có phóng điện không tự lực Ngược lại, phóng điện xảy trình biến đổi bên chất khí tác dụng điện trường ngoài, ta có phóng điện tự lực Thực nghiệm cho thấy phóng điện chất khí phụ thuộc vào chất hóa học chất khí, vị trí tương đối cực, nhiêt độ, ánh sáng, Vì thế, phóng điện chất khí muôn hình, muôn vẻ, đặc biệt kèm theo phát quang nổ.[1] Quãng đường tự trung bình electron chất khí Electron chuyển động chất khí va chạm với nguyên tử phân tử khí Có thể xác định quãng đường tự trung bình electron nhờ cách lập luận quãng đường tự trung bình phân tử khí Quãng đường tự trung bình phân tử khí:  2 n0 Trong đó: n0 số phân tử có đơn vị thể tích   r  r , đường kính hiệu dụng phân tử Khi r r' bán kính hiệu dụng phân tử Từ công thức ta xét hai đặc điểm sau: + Do re [...]... quyển tia sét có thể di chuyển với tốc t độ 36.000 km/h và đạt tới nhi nhiệt 30.000 °C (54.000 °F) đủ để biến cát silica thành thủy tinh, những viên đá được tạo ra bởi sét đánh vào cát gọi là fulgurite (thườ ờng nó có dạng hình ống do sét di chuyển vào lòng đất) Hình 1.8 Sấm sét [19] 1.3.2 Sự hình thành sét Hình 1.9 S Sơ đồ tóm tắt quá trình hình thành sét Dông là hiện tượng x xảy ra chủ yếu vào mùa... dạng tác động đã nêu *Các con đường chính sét xâm nhập vào thiết bị: -Sét đánh thẳng vào công trình -Sét xâm nhập qua thiết bị ăng-ten -Sét xâm nhập qua các đường dây treo nổi -Sét xâm nhập qua đường cáp đặt ngầm -Sét xâm nhập qua cáp nối giữa các thiết bị -Sét xâm nhập qua các mạch cung cấp điện cho thiết bị viễn thông -Sét xâm nhập qua hệ thống tiếp đất và các điểm đấu chung Trong thời đại hiện nay,... tập hợp lại các chỗ nào đó cao, dễ dẫn điện và phóng lên trên để nối vào luồng ion âm đang di chuyển xuống dưới chính nó quyết định tia sét sẽ đánh vào đâu khi sét đánh xuống đất Vì có rất nhiều tia sét ion dương hình thành khi luồng ion âm tiến xuống tia nào nối được vào luồng ion âm sẽ dẫn cả tia sét vào chỗ mà nó phóng ra, vì thế nó giống như một dây câu sét mà nơi mà nó xuất phát là cần câu vì thế... cao hơn thì tỉ lệ nối được vào luồng ion âm trước sẽ cao vì thế sét thường hay đánh vào những nơi cao, nhưng đôi khi nơi thấp hơn nhưng dễ dẫn điện hơn sẽ tạo ra dây dẫn dài hơn và nhanh hơn nên sẽ nối vào luồng ion âm trước các dây dẫn xuất phát từ những nơi cao hơn nhưng dẫn điện kém hơn và mang cả tia sét vào khu vực thấp.[3] Thường thì loại sét này xuất hiện khá mờ nhạt và rất nhanh nhưng rất nhiều,... đoán cá nhân và sẽ tiếp tục tiến hành những nghiên cứu khác để tìm ra câu trả lời cuối cùng 1.5.8 Sét thượng tầng khí quyển Đã có các báo cáo về các tia sét kỳ lạ trong các cơn bão từ những năm 1886 Tuy nhiên chỉ vài năm trở lại đây các nghiên cứu mới được thực hiện về loại sét này và nó đôi khi được gọi là siêu sét (megalightning).[4] 1.5.9 Sét dị hình (Sprites) Sét dị hình là một loại sét có qui mô... thống chống sét do đó sẽ là tổng số học của hai thành phần là điện áp cảm ứng và điện áp kháng 1.4.4 Hiệu ứng lan truyền sét Điểm mà sét đánh vào hệ thống chống sét có thể có điện thế bị tăng cao hơn rất nhiều so vơi với các vật thể kim loại xung quanh Bởi vậy sẽ có nguy cơ lan truyền sét sang các vật kim loại trên hoặc phía bên trong công trình Nếu sự lan truyền này xảy ra, một phần của dòng điện do sét. .. cực nói đất của hệ thống chống sét, nó sẽ tạo ra sự tụt điện áp kháng và có thể làm tăng tức thới hiệu điện thế với đất của hệ thống chống sét Nó cũng có thể tạo nên xung quanh cực nối đất một vùng có chênh lệch điến thế cao có thể gây nguy hiểm cho người và động vật Tương tự như vậy cũng cần lưu ý đến điện cảm tự cảm của hệ thống chống sét do đoạn dốc đứng của xung điện do sét gây ra Độ tụt điện áp... đó càng lớn và điện trường của nó càng mạnh so với các vật xung quanh Vì vậy, khi dòng tiên đạo phát triển xuống gần tới mặt đất thì nó sẽ chọn vật có điện trường mạnh nhất để đánh vào mà ta gọi là phóng điện sét, nơi tiếp xúc của chúng gọi là kênh sét Người ta lợi dụng tính chất chọn của sét để bảo vệ chống sét đánh thẳng cho các công trình bằng cách dùng các thanh kim loại hay dây thu sét bằng kim... hàng năm sét gây thiệt hại hàng tỷ đồng đối với công trình xây dựng, sét đánh trực tiếp vào các công trình gây hỏa hoạn, hư hại cơ sở vật chất, sét đánh vào các đường dây truyền tải điện gây ra hiện tượng rã mạch Năm 1769 khi nhân loại chưa biết các thiết bị chống sét như ngày nay Một thảm họa xảy ra khi sét đánh trúng một kho thuốc nổ hơn 1000 tấn ở một thành phố của Italia Cả tòa nhà nổ tung và làm... khung khiếp do sét đánh như thế không còn xảy ra nữa Từ năm 1989-1994 đã có 286 cú sét đánh xuống đường dây 220kV 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 Tháng 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 ... tài Sấm sét cách phòng chống 1.1 Mục đích đề tài Việc nghiên cứu sấm sét giúp hiểu rõ chất sấm sét Thông qua học, tuyên truyền giúp cho học sinh có nhìn đắn sấm sét, cách phòng chống sấm sét, ... hiệu chống sét 100% Tuy sét đánh vào kim thu sét nhiều hiệu PPCS tốt, song nhiều kết thực nghiệm cho thấy sét bỏ qua kim thu sét mà đánh trực tiếp vào nhà làm kim thu sét lên cao Ngay sét đánh vào... pháp phòng chống tích cực 36 3.6 Các phương pháp phòng chống sét bảo vệ người 36 3.7 Thiết bị chống sét 38 3.7.1 Thiết bị chống sét gì? 38 3.7.2 Thiết bị chống