Đang tải... (xem toàn văn)
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...
Trng i Hc S Phm Thành ph H Chí Minh Khoa Vt Lí tài PPNC: Giáo viên hng dn: TSKH. Lê Vn Hoàng Sinh viên thc hin : Nguyn Th Thu Hin ào Th Hip Trn Th Nghip àng Th Kim Sc Lp Lý 3 Thành ph H Chí Minh_ Tháng 5/2009. Trang 1 Sét? GVHD: Lê Vn Hoàng Mc lc Mc lc 1 Li m đu 3 I. Sét là gì? 4 I.1. nh ngha: 4 I.2. Gii thích hin tng: 4 II. Phân loi sét: 6 II.1. Sét âm, Sét dng: 6 II.2. Sét hòn: 6 II.2.1. Hin tng: 6 II.2.2. c đim: 6 II.2.3. Các lý thuyt v sét hòn: 7 III. Hu qu sét đánh: 9 III.1. Tác hi chung: 9 III.2. Tác hi đn con ngi: 11 IV. Phòng chng sét: 17 IV.1. Các phng pháp chng sét: 17 IV.1.1. Dùng lng Faraday: 18 IV.1.2. Phng pháp truyn thng: 18 IV.1.3. Phng pháp không truyn thng: 19 IV.1.4. Hút sét bng tia laser: 20 IV.1.5. Phng pháp phòng chng tích cc: 20 IV.2. Thit b chng sét: 21 IV.2.1. Thit b chng sét là gì? 21 IV.2.2. Công c chng sét: 23 IV.2.2.1. Thit b chng sét ng ( PT): 23 IV.2.2.2. Chng sét van: 24 Trang 2 Sét? GVHD: Lê Vn Hoàng IV.2.2.3. Chng sét VariSTAR UItraSIL: 28 IV.3. D báo sét: 31 IV.3.1. Có th d báo giông sét sm 30 phút: 31 IV.3.2. K thut, thit b d báo sét: 32 V. Bí n v sét và tim nng ng dng: 34 V.1. Tim nng: 34 V.2. Nhng điu lý thú v sét: 37 V.2.1. Ti sao li gi là sm sét d bn ???? 37 V.2.2. Vì sao sét hay đánh vào vt th cao chót vót đng đn đc? 38 V.2.3. Ngun tia X trong sm sét 39 V.2.4. Sét bóc v cây ti nh th nào? 41 V.2.5. Sét cng la chn 42 V.2.6. Khi gp sét, nên làm gì ? 43 PH LC 45 Câu chuyn v Franklin: 45 Franklin - Chinh phc la thn: 47 Tài liu tham kho 53 Trang 3 Sét? GVHD: Lê Vn Hoàng Li m đu Bn bit không, sét là mt trong nhng hin tng t nhiên xy ra thng xuyên nht, đc quan sát tt nht nhng li là mt trong nhng hin tng con ngi hiu bit ít nht. Chúng ta ch bit đn sét nh mt th đáng s nó có th phá hoi các công trình xây dng, thâm nhp vào các thit b, phá hng đng dây đin. Gây nguy him đn cht ngi nhng các bn có bi t rng “Sét là mt trong nhng thành phn c bn cu thành s sng trên Trái t”. Nhng n lc không ngng ca các nhà khoa hc đ điu khin và nm bt đc nó đang ngày đêm đc tin hành cùng vi gic m chinh phc t nhiên huyn bí nhng cho đn tn hôm nay. H ch có th nói “Sét là mt hin tng làm chúng ta bi ri. Nhiu nm đã qua nh ng các câu hi ln vn cha có li gii đáp – sét hot đng nh th nào, bt đu ra sao trong cn bão sm, và lan truyn xuyên không khí theo cách thc nào?”- nhà vt lý hc Joe Dwyer đn t Vin k thut Florida. Cng chính vì s ít hiu bit y, chúng tôi chn đ tài nghiên cu này vi mc đích có th tìm ra li gii đáp v nhng n ca sét, nhng mong rng nhng gì chúng tôi tìm đc có th cung cp cho mi ngi kin thc ph thông nht nhm hiu rõ thêm v mc đ nguy him ca sét và cách phòng chng sét nh th nào… Quá trình thu thp tài liu cng gp rt nhiu khó khn vì nó dài và rng. Nu có gì sai sót, mong đc ch dn và góp ý ca các bn. Nhóm thc hin. Trang 4 Sét? GVHD: Lê Vn Hoàng I. Sét là gì? I.1. nh ngha: Sét là mt s phóng đin xy ra gia các phn t tích đin ca nhng đám mây dông hoc gia đám mây dông và mt đt. S phân tích đin tích trong trong mt đám mây v tích to nên mt hiu đin th khng l gia phn đnh tích đin dng ca đám mây vi phn chân tích đin âm ca đám mây và mt đ t tích đin dng nh cm ng tnh đin. Mt khi đin th hình thành va đ gia các phn tích đin khác du ca đám mây hoc gia mt đt tích đin dng nh cm ng và phn chân tích đin âm ca đám mây thì các đin tích lin b hút li gp nhau to ra mt tia sét sáng lòa kèm theo ting sm n . I.2. Gii thích hin tng: Nhiu nhà vt lí tin rng các đin tích b phân tách ra khi các ht nc và ht bng trong đám mây dông c xát vào nhau, sau đó ch yu do đi lu mà các đin tích dng dn ht v phía đnh đám mây còn các đin tích âm thì tp trung v phn chân đám mây. Hai min tích đin khác du ca đám mây ging nh hai bn ca mt t đin khng l và không khí gi a chúng là cht cách đin lúc đu ngn không cho đin tích chy li gp nhau và nâng dn hiu đin th gia hai bn t đin. Gia phn chân đám mây dông và mt đt tích đin do cm ng cng là mt t đin vi không khí cách đin nm chen gia hai bn ca t đin Khi hiu đin th gia hai bn t đin đ ln đ đánh thng cht cách đin xen gia hai bn thì có tia la sét phóng qua chúng. H1.1: Sét đánh tháp Eiffel Trang 5 Sét? GVHD: Lê Vn Hoàng Trái vi ý ngh ca nhiu ngi, s phóng đin gia các phn ca mt đám mây dông hoc gia các đám mây dông vi nhau xy ra thng xuyên hn sét phóng gia đám mây và mt đt. in tích di chuyn gia các phn hoc gia các đám mây dông d dàng hn gia đám mây và mt đt, và do đó ch có mt phn t ln sét đánh xy ra t đám mây xu ng mt đt mà thôi. Sét bt đu hình thành t mt lung dn đng, ví d phóng t đám mây xung phía di, chy dích dc và phân thành nhiu nhánh. Lung dn đng có dng ngon ngoèo là do các ht dn đin hình thành mt cách hoàn toàn ngu nhiên. Khi lung dn đng đi ti mt đt hoc đn đ gn đ cho các đin tích dng đang có trên mt đt cm nhn đc l c hút t lung dn đng thì s có nhng lung đin tích dng đi lên t nhng vt th cao nh cây, tòa cao c, tháp. Khi lung dn đng và lung đi lên gp nhau thì s phóng đin gia đám mây và mt đt din ra ào t. ng đi ca tia sét thot đu là t đim tip xúc vi mt đt sau đó mi nhánh ca lung dn đng li liên tip phóng đin xung đt đ lôi cun nhng lung đin dng đi lên nhiu hn. Hiu đin th trong phóng đin sét lên đn hàng trm triu vôn, Nhng tia la tnh đin khng l xé toc khí quyn vi tc đ 60 triu dm/gi. Cng đ dòng đin trong mt lung sét đt t 25000 đn 30000 ampe. S phóng đin sét ch xy ra trong khong thi gian khong mt phn t giây đng h. Tip theo sau phn nhìn thy đc ca mt cú sét đánh là giai đon không nhìn thy đc c a mt ct đin tích kéo dài t đám mây xung đt. S phóng nhanh ca các đin tích xung đt to ra va chm gia chúng và không khí làm phát sinh ánh sáng chói lòa kèm theo hiu ng n inh tai. Bán kính ca ct đin tích dánh xung đt trung bình khong 6m, nhng các đin tích phóng mnh xung s chy lan theo mt đt và các dòng đin trên đt này cng cc kì nguy him. Sét là mt trong nhng thành phn c bn cu thành s sng trên trái đt Trang 6 Sét? GVHD: Lê Vn Hoàng H2.1: Sét hòn bay vào phòng H2.2: Sét hòn đui theo xe II. Phân loi sét: II.1. Sét âm, Sét dng: Sét gây tác hi cho con ngi khi nó đánh xung đt. Trong loi sét đánh xung đt ngi ta phân chúng ra làm hai loi: sét âm và sét dng; Sét âm (90%) ch yu xut hin t phn di đám mây đánh xung đt. Sét dng thng xut hin t trên đnh đám mây đánh xung. Loi sét dng này xut hin bt ng và đôi khi rt nguy him vì tri vn quang và phn di ch a ma. II.2. Sét hòn: II.2.1. Hin tng: Tn ti di dng mt vt th bay cháy sáng trong thi gian dài. i kèm vi hin tng sm chp khi có ma to. Xut hin hu nh dng thi vi mt tia sét đánh t mây xung đt, cách mt đt vài mét. II.2.2. c đim: Dng hình cu, hình trng, hình que hay hình git nc. Kích thc ln nht quan sát đc 40-50cm. Sét hòn có nhiu màu khác nhau, thông thng là màu đ, da cam và màu vàng. Chúng không nht thit phi to sáng rc r nhng có th nhìn thy rt rõ di ánh sáng ban ngày. Chuyn đng theo phng nm ngang vi vn Trang 7 Sét? GVHD: Lê Vn Hoàng tc vài m/s, và tn ti không quá 5s. Chúng thng bám vào các đ vt kim loi nh: hàng rào dây thép gai hay đng dây đin thoi. Phân rã theo mt trong hai cách: im lng hay kèm theo ting n, sau khi phân rã có th còn đ li mt chút sng mù hay cht bã. Him khi quan sát thy mt sét hòn phân rã thành hai hay nhiu sét hòn nh hn. II.2.3. Các lý thuyt v sét hòn: Mô hình np nng lng bên trong: 1. Là mt loi khí hay không khí “hành x” mt cách bt thng khí cháy chm. 2. Là qu cu không khí b nung nóng áp sut khí quyn. 3. Là khi plasma mt đ rt cao, vi các tính cht lng t đc trng cho cht rn. 4. Là mt trong nhng cu hình ca mt dòng đin khép kín đc duy trì bi t trng do nó sinh ra. 5. Là mt vùng không khí xoáy. 6. Là trng bc x vi sóngtrong mt vành đai plasma hình cu mng. Mô hình nng lng bên ngoài: 1. Nng lng sóng vô tuyn hi t t đám mây tích đin có th hình thành và duy trì mt sét hòn. 2. Mt dòng đin không đi chy t đám mây xung đt s co li v tit din ngang vùng có đ dn cao. 3. Các ht v tr phóng x có th đc hi t bi đin trng trong cn dông, chúng to ra mt s phóng đin trong không khí, ti đim sinh ra sét hòn. H2.3: Hình nh sét hòn Trang 8 Sét? GVHD: Lê Vn Hoàng H2.4: Qua ng khói sét đt nhp vào nhà Lý gii phù hp nht v sét hòn. Ni dung thuyt: Trong s các mô hình v sét hòn, ch có lý thuyt ca nhà vt lý Nga Nobel Pyotr Kapista (mô hình Trng đin t tn s cao) là đc nhiu ngi quan tâm chnh lý, b sung. Ban đu, Kapitsa coi sét hòn là s phóng đin phi đin cc, to ra bi các sóng đng siêu cao tn UHF, ngun gc cha rõ, tn ti gia mt đt và đám mây.Trên c s lý thuyt này, Giáo s Peter H. Handel, i hc Missouri (M) đã đa ra lý thuyt Soliton-Maser nm 1975.Theo đó, sét hòn ngoài tri đc to ra bi mt maser khí quyn có th tích nhiu km 3 . Maser là thit b to ra s khuch đi bc x vi sóng, ging nh laser là thit b to ra s khuych đi ánh sáng. Trong mt s điu kin nht đnh, maser to ra mt đin trng đnh x (hay soliton), xut hin nh mt sét hòn quan sát đc. Nói cách khác, sét hòn là các soliton (các gi ht) do maser to ra trong không khí. Tuy nhiên, mt s xut hin nh vy cha đc to ra trong phòng thí nghi m. Lý thuyt đúng trong thc t: - Sét hòn không h có mt ti các vách núi cao, nhà cao tng hay các đim cao thng thu hút các loi sét khác. Chính điu đó khin nhiu ngi nghi ng s tn ti ca chúng. Tuy nhiên, theo lý thuyt Soliton-Maser, các vùng không gian cht hp bên cnh các cu trúc đ cao ln nh th là không thích hp cho s xut hin sét hòn. Ngc li, khi sét đánh xung cánh đng vng, trng tác đng cao 3 km và r ng ti 10 km. - Sét hòn vô hi trong khoang máy bay, tàu ngm hay trong nhng ngôi nhà có cu trúc dn đin. Theo lý thuyt Soliton-Maser, nng lng ca maser trong các Trang 9 Sét? GVHD: Lê Vn Hoàng H3.1 cu trúc đó ch khong 10 jun, so vi mc hàng t jun ngoài tri, nên không nguy him đi vi con ngi. - Sét hòn ngoài tri thng kt thúc bng mt v n mnh, đôi khi có sc phá hoi ghê gm. iu đc bit là các đ vt có tính dn đin chu tác đng mnh hn rt nhiu so vi vt không dn đin. To ra sét hòn trong phòng thí nghim: Các nhà nghiên cu ca vin Max Planck và i hc Humboldt Berlin đã li dng hin tng phóng đin di nc đ to ra nhng đám mây plasma sáng chói tng t nh sét hòn, tn ti gn na giây và có đng kính ti 20cm. Khong 4 nm trc, mt nhóm nghiên cu St.Peterburg cng đã thành công khi phóng đin trên mt nc đ to nên qu cu phát sáng có dng gn ging v i sét hòn t nhiên. T đó cng có c s đ tin rng sét hòn đc sinh ra t s tng tác ca tia sét và nc. III. Hu qu sét đánh: III.1. Tác hi chung: Theo c tính trong mi giây đng h có khong mt trm sét đánh xung mt đt. Sét gây ra các tai nn cho con ngi, phá hoi các công trình xây dng, nng lng đin, hàng không, thit b đin t, các đài, trm quan sát t đng, các h thng thông tin liên lc, trm vin thông,.v.v. Trong nhng nm gn đây, cùng vi s phát trin ca k thut hin đi thì s phá hoi c a sét ngày càng tng. Theo báo cáo và kho sát thng kê, các h hng do sét gây ra đi vi các công trình vin thông là cc k nghiêm trng : làm cht và b thng hàng trm [...]... 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 dng: 6 II.2. Sét hòn: 6 II.2.1. Hin tng: 6 II.2.2. c đim: 6 II.2.3. Các lý thuyt v sét hòn: 7 III. Hu qu sét đánh:. Phòng chng sét: 17 IV.1. Các phng pháp chng sét: 17 IV.1.1. Dùng lng Faraday: 18 IV.1.2. Phng pháp truyn thng: 18 IV.1.3. Phng pháp không
