Sét - Hiện tượng thiên nhiên kì thú pdf

1
Sét – hiện tượng thiên nhiên kì thú

Sét là một trong những màn trình diễn đẹp nhất trong tự nhiên. Nó cũng là một
trong những hiện tượng thiên nhiên gây chết chóc nhiều nhất đối với loài người. Với nhiệt
độ chớp lửa nóng hơn bề mặt mặt trời và các sóng xung kích phát ra theo mọi hướng, sét là
một bài học trong khoa học vật lí lẫn nhân loại học.
Ngoài vẻ đẹp tráng kiện của nó, sét còn đi vào khoa học với một trong những bí ẩn
cục bộ lớn nhất của nó. Nó hoạt động như thế nào? Người ta thường biết rằng sét phát sinh
trong những hệ giông bão tích điện, nhưng phương thức các đám mây tích điện vẫn còn là
một ẩn số. Trong bài viết này, chúng ta sẽ khảo sát hiện tượng sét nhìn từ trong ra để bạn
có thể hiểu rõ hiện tượng này.

Ở Mĩ, có hơn 1000 người bị sét đánh mỗi năm.
Sét bắt đầu với một quá trình kém bí ẩn hơn: vòng tuần hoàn nước. Để hiểu trọn
vẹn vòng tuần hoàn nước hoạt động như thế nào, trước hết chúng ta phải tìm hiểu các
nguyên lí bay hơi và ngưng tụ.
Sự bay hơi là một quá trình nhờ đó một chất lỏng hấp thụ nhiệt và biến thành hơi.
Lấy thí dụ một vũng nước sau một cơn mưa rào. Vì sao vũng nước đó khô đi? Nước trong
vũng hấp thụ nhiệt từ mặt trời và môi trường xung quanh và thoát ra dạng hơi nước. “Thoát
ra” là thuật ngữ được sử dụng khi trình bày về sự bay hơi. Khi chất lỏng là đối tượng chịu
nhiệt, thì các phân tử của nó chuyển động ra xung quanh nhanh hơn. Một số phân tử có thể
chuyển động đủ nhanh để chọc thủng bề mặt chất lỏng và mang nhiệt ra ngoài dưới dạng
hơi hoặc khí. Một khi đã thoát khỏi sự ràng buộc của khối chất lỏng, hơi nước bắt đầu bốc
lên cao trong khí quyển.
Sự ngưng tụ là quá trình nhờ đó một chất hơi hoặc khí mất nhiệt và biến thành chất
lỏng. Hễ khi nào có nhiệt truyền tải, thì nó chuyển từ nhiệt cao hơn sang nhiệt độ thấp hơn.
Cái tủ lạnh trong nhà sử dụng nguyên lí này để làm lạnh thực phẩm và nước uống của bạn.
Nó cung cấp một môi trường nhiệt độ thấp hấp thụ nhiệt từ thức ăn và đồ uống của bạn và
2
mang nhiệt đó ra bên ngoài trong cái gọi là chu trình máy lạnh. Ở khía cạnh này, bầu khí

quyển đóng vai trò một cái tủ lạnh khổng lồ đối với chất khí và hơi. Khi hơi hoặc chất khí
bốc lên cao, nhiệt độ trong không khí xung quanh càng lúc càng giảm đi. Không bao lâu
sau, hơi nước, cái mang nhiệt ra khỏi chất lỏng “mẹ” của nó, bắt đầu mất nhiệt sang khí
quyển. Khi nó bốc lên những độ cao càng lớn và nhiệt độ càng thấp, cuối cùng thì phần
nhiệt mất đi đủ để làm cho hơi nước ngưng tụ và trở lại trạng thái lỏng.
Giờ ta hãy áp dụng hai khái niệm này cho vòng tuần hoàn nước.

Nước hoặc hơi nước trên trái đất hấp thụ nhiệt từ mặt trời và môi trường xung
quanh. Khi nhiệt lượng hấp thụ đã đủ, thì một số phân tử chất lỏng có thể có đủ năng lượng
để thoát ra khỏi chất lỏng và bắt đầu bốc lên vào trong khí quyển dưới dạng hơi. Khi hơi
bốc lên càng cao, thì nhiệt độ của không khí xung quanh trở nên càng thấp. Cuối cùng, hơi
mất đủ nhiệt sang không khí xung quanh để cho phép nó quay trở lại thành chất lỏng. Lực
hút hấp dẫn của trái đất khi đó làm cho chất lỏng “rơi” trở xuống trái đất, do đó hoàn thành
vòng tuần hoàn. Nên lưu ý rằng nếu nhiệt độ trong không khí xung quanh đủ thấp, thì hơi
nước có thể ngưng tụ và sau đó đông đặc thành tuyết hoặc băng. Một lần nữa, lực hấp dẫn
sẽ quyết định dạng đông đặc và chúng sẽ rơi trở lại mặt đất.
Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ thấy cái gì gây ra những cơn bão điện.
3
Bão điện
Trong cơn bão điện, các đám mây giông được tích điện giống như những tụ điện
khổng lồ trên bầu trời. Phần phía trên đám mây nhiễm điện dương và phần phía dưới
nhiễm điện âm. Làm thế nào đám mây tích điện như thế này thì cộng đồng khoa học vẫn
chưa có sự nhất trí, nhưng mô tả sau đây mang lại một lời giải thích đáng tin cậy.

Trong tiến trình của vòng tuần hoàn nước, hơi nước có thể tích góp trong khí
quyển. Sự tích góp này là cái chúng ta thấy dưới dạng mây. Thật thú vị, các đám mây có
thể chứa hàng triệu triệu giọt nước và băng lơ lửng trong không khí. Khi quá trình bay hơi
và ngưng tụ tiếp diễn, những giọt nước này va chạm với hơi ẩm đang ở trong tiến trình
ngưng tụ khi nó bốc lên cao. Đồng thời, hơi ẩm đang bốc lên có thể va chạm với băng hoặc
mưa đá đang trong tiến trình rơi xuống đất hoặc nằm trong phần dưới của đám mây. Tầm

quan trọng của những va chạm này là các electron bị đánh bật ra khỏi hơi nước đang bốc
lên, do đó tạo ra sự chia tách điện.
Các electron mới bị đánh bật ra tập hợp lại ở phần dưới của đám mây, làm cho nó
tích điện âm. Hơi nước đang bốc lên vừa mất electron mang điện tích dương lên phần trên
của đám mây. Ngoài các va chạm ra, sự đông đặc còn giữ một vai trò quan trọng. Khi hơi
nước đang bốc lên gặp phải nhiệt độ lạnh hơn ở những vùng mây cao hơn và bắt đầu đông
lại, thì phần đông đặc trở nên tích điện âm và các giọt chưa đông đặc thì trở nên tích điện
dương. Ở đây, dòng không khí đang bốc lên có khả năng lấy các giọt tích điện dương ra
khỏi băng và mang chúng lên phần trên của đám mây. Phần đã đông đặc còn lại có khả
năng rơi xuống phần dưới của đám mây hoặc tiếp tục rơi tới mặt đất. Kết hợp các va chạm
với sự đông đặc, chúng ta có thể bắt đầu hiểu được làm thế nào một đám mây có thể có
được sự chia tách điện tích trái ngược cần thiết cho một cú sét.
Khi có sự phân li điện tích trong đám mây, thì sẽ có điện trường đi cùng với sự chia
tách đó. Giống như đám mây, điện trường này là âm ở vùng dưới và là dương ở vùng trên.
Cường độ hay độ lớn của điện trường đó tỉ lệ với lượng điện tích hình thành nên
đám mây. Khi các va chạm và sự đông đặc tiếp tục xảy ra và điện tích ở phần trên và phần
dưới của đám mây tăng lên, thì điện trường càng lúc càng mạnh hơn – mạnh đến mức, trên
thực tế, các electron ở mặt đất bị đẩy sâu hơn vào trong lòng đất bởi điện tích âm ở phần
dưới của đám mây. Sự đẩy các electron này làm cho mặt đất bị nhiễm điện dương mạnh.
4
Tất cả những gì cần thiết lúc này là một đường dẫn cho phần dưới đám mây nhiễm
điện âm tiếp xúc với bề mặt trái đất nhiễm điện dương. Điện trường mạnh, có phần tự lực,
tạo ra đường dẫn này.
Chúng ta sẽ xét giai đoạn tiếp theo của quá trình hình thành sét, sự ion hóa không
khí, trong phần sau.
5
Sự ion hóa không khí
Mô tả sau đây còn đúng là cái xảy ra khi một máy phát Van de Graff hoạt động.
Nếu bạn có ước muốn chơi cùng tia sét, thì máy phát Van de Graff chính là cách an toàn
nhất để triển khai và có thể mang lại hàng giờ giải trí.

Điện trường mạnh làm cho không khí xung quanh đám mây bị “chọc thủng”, cho
phép dòng điện chạy trong một nỗ lực nhằm trung hòa sự phân li điện tích. Nói đơn giản,
không khí bị chọc thủng tạo ra một lối dẫn làm ngắn mạch đám mây/trái đất như thể có
một dây kim loại dài nối đám mây với trái đất. Sau đây là cách thức sự chọc thủng này
hoạt động.
Khi điện trường trở nên rất mạnh (vào bậc hàng chục ngàn volt trên inch), thì điều
kiện đã chín muồi cho không khí bắt đầu bị chọc thủng. Điện trường làm cho không khí
xung quanh trở nên bị phân li thành các ion dương và các electron – không khí bị ion hóa.
Chú ý rằng sự ion hóa không có nghĩa là có nhiều điện tích âm (electron) hay nhiều điện
tích dương (hạt nhân nguyên tử mang điện dương/ion dương) hơn trước đó. Sự ion hóa này
chỉ có nghĩa là các electron và ion dương tách ra xa nhau hơn so với ở trong cấu trúc phân
tử hoặc nguyên tử ban đầu. Về cơ bản, các electron bị tước ra khỏi cấu trúc phân tử của
không khí chưa bị ion hóa.

Cái quan trọng của sự phân li/chia tách này là các electron giờ đã tự do di chuyển
dễ dàng hơn nhiều so với trước khi phân li. Cho nên, không khí bị ion hóa này (còn gọi là
plasma) có độ dẫn cao hơn nhiều so với không khí chưa ion hóa trước đó. Vả lại, khả năng
hay sự tự do di chuyển của các electron là cái làm cho mọi chất dẫn điện tốt. Thông
thường, kim loại được xem là hạt nhân nguyên tử tích điện dương được bao quanh bởi đám
mây electron giống như chất lỏng. Điều đó làm cho nhiều kim loại là chất dẫn điện tốt.
Các electron này có độ linh động cao, cho phép dòng điện chạy qua. Sự ion hóa
không khí hay chất khí tạo ra plasma với các tính chất dẫn tương tự như tính chất của kim
loại. Plasma là công cụ tự nhiên dùng để trung hòa sự phân li điện tích trong một điện
trường. Độc giả đã quen thuộc với phản ứng hóa học của lửa sẽ nhớ lại sự ôxi hóa giữ một
vai trò quan trọng. Ôxi hóa là quá trình qua đó một nguyên tử hay phân tử mất đi một
electron khi kết hợp với ôxi. Nói đơn giản, nguyên tử hay phân tử đã biến đổi từ một thế
dương thấp hơn sang một thế dương cao hơn. Thật thú vị, quá trình ion hóa, cái tạo ra
plasma, cũng xảy ra qua sự mất electron. Với sự so sánh này, chúng ta có thể xem quá trình
ion hóa là “đốt đuốc” trong không khí cho tia sét đi qua, giống hệt như đào một đường hầm
xuyên qua núi cho xe lửa chạy qua.

6
Sau quá trình ion hóa, đường dẫn giữa đám mây và mặt đất bắt đầu hình thành.
Chúng ta sẽ tìm hiểu sự phóng điện tiên phát, hay đường đi của không khí bị ion hóa, trong
phần tiếp theo.
7
Sự phóng điện tiên phát
Một khi quá trình ion hóa bắt đầu và plasma hình thành, một đường dẫn không
được tạo ra ngay tức thời. Thật ra, thường thì có nhiều đường dẫn không khí bị ion hóa
phát sinh từ đám mây. Những đường dẫn này thường được gọi là dòng phóng điện tiên
phát.
Các dòng phóng điện tiên phát truyền về hướng mặt đất thành từng giai đoạn,
chúng không phải đi thẳng đến đất. Không khí không bị ion hóa đồng đều theo mọi hướng.
Bụi hay các tạp chất (bất kì vật gì) trong không khí có thể làm cho không khí bị chọc thủng
dễ hơn theo một hướng, mang lại cơ hội tốt hơn cho dòng phóng điện tiên phát đi tới đất
theo hướng đó. Đồng thời, hình dạng của điện trường có thể ảnh hưởng đáng kể lên đường
dẫn ion hóa. Hình dạng này tùy thuộc vào vị trí các của các hạt tích điện, trong trường hợp
này chúng nằm dưới đáy đám mây và tại mặt đất. Nếu như đám mây song song với mặt
đất, thì vùng diện tích đủ nhỏ để bỏ qua được độ cong của mặt đất, và hai vị trí tích điện sẽ
xử sự như thể hai bản tích điện song song nhau. Các đường sức điện phát sinh bởi sự phân
li điện tích sẽ vuông góc với đám mây và mặt đất.
Các đường sức luôn đi ra vuông góc với bề mặt tích điện trước khi tiến về phía đích
của chúng (vị trí tích điện ngược lại). Có kiến thức này, chúng ta có thể nói nếu mặt dưới
của đám mây là không thẳng, thì các đường sức sẽ không đồng đều. Hãy thử như thế này:
Vẽ hai điểm tại hai phía đối diện của một quả bóng rỗ. Sau đó, vẽ một đường thẳng trên
quả bóng rỗ nối liền hai điểm đó. Sự cong của đường thẳng đó là tương tự với các đường
sức trong một điện trường không đều. Đường sức không đồng đều có thể làm cho dòng
phóng điện tiên phát đi theo một đường dẫn không phải là đường thẳng xuống mặt đất.
Xem xét những khả năng này, rõ ràng là có những nhân tố khác nhau ảnh hưởng
đến hướng của dòng phóng điện tiên phát. Chúng ta đã được dạy trong nhà trường rằng
khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm là một đường thẳng; nhưng trong trường hợp điện

trường, các đường sức không đi theo đường đi ngắn nhất, vì đường đi ngắn nhất không
luôn luôn thể hiện đường đi có điện trở thấp nhất.
Giờ thì chúng ta có một đám mây tích điện với các dòng phóng điện tiên phát kéo
dài dần về hướng mặt đất thành từng giai đoạn. Những dòng tiên phát này phát sáng yếu ớt
dưới dạng lóe màu hơi tía và có thể sinh ra những dòng tiên phát khác ở những nơi dòng
tiên phát ban đầu uốn cong hoặc đổi hướng. Một khi đã bắt đầu, dòng tiên phát sẽ vẫn tồn
tại cho đến khi dòng điện chạy, cho dù nó có phải là dòng tiên phát đầu tiên đi tới đất hay
không. Dòng tiên phát về cơ bản có hai khả năng: tiếp tục lớn lên trong các giai đoạn tăng
trưởng plasma hoặc kiên nhẫn chờ trong điều kiện plasma hiện tại của nó cho đến khi dòng
tiên phát khác đi tới đích của nó.
Dòng tiên phát đầu tiên đi tới đất sẽ gặt được kết quả của hành trình là mang lại
một đường dẫn giữa đám mây và mặt đất. Dòng tiên phát này không phải là tia sét; nó chỉ
vẽ đường cho tia sét đi theo. Tia sét là một dòng điện lớn, đột ngột chạy từ mây xuống đất.
Trước khi tiếp tục câu chuyện, chúng ta phải xét xem cái gì đang xảy ra với bề mặt
trái đất và các vật trên mặt đất. Chúng ta sẽ xét các cột sáng dương và cái xảy ra khi những
cột sáng này gặp các dòng tiên phát trong phần tiếp theo.



8
Cột sáng dương và không khí bùng nổ

Khi các dòng phóng điện tiên phát đi tới đất, các vật trên mặt đất bắt đầu phản ứng
với điện trường mạnh đó. Các vật vươn tới đám mây bằng cách “mọc lên” những cột sáng
dương. Những cột sáng này còn có màu hơi đỏ và xuất hiện nổi bật hơn ở những chỗ nhô
lồi sắc nhọn. Cơ thể con người có thể và thật sự tạo ra những cột sáng dương này khi chịu
một điện trường mạnh như điện trường của một đám mây giông. Trên thực tế, mọi vật trên
mặt đất đều có khả năng gởi lên một cột sáng dương. Một khi đã được tạo ra, các cột sáng
dương không tiếp tục vươn về phía các đám mây; việc nối nhịp khe trống là công việc của
các dòng tiên phát khi chúng trên hành trình đi xuống. Các cột sáng dương kiên nhẫn chờ,

vươn lên trên khi các dòng tiên phát đến nơi.
Cái xảy ra tiếp theo là sự gặp gỡ thật sự của một dòng tiên phát và một cột sáng
dương. Như đã trình bày ở phần trước, cột sáng dương mà dòng tiên phát đi đến gặp không
nhất thiết là cột sáng gần đám mây nhất. Chuyện rất thường hay xảy ra với sét là nó đánh
xuống đất mặc dù có một cái cây hay một cột đèn hoặc bất cứ vật nào khác có chiều cao ở
trong khu vực lân cận. Thực tế dòng tiên phát không đi theo hành trình thẳng đã cho phép
điều này xảy ra.
Sau khi dòng tiên phát và cột sáng dương gặp nhau, không khí bị ion hóa (plasma)
hoàn tất hành trình của nó đến mặt đất, để lại một đường dẫn từ đám mây xuống đất. Với
đường dẫn hoàn toàn này, sẽ có dòng điện chạy giữa đất và đám mây. Sự phóng thích dòng
điện là phương thức của tự nhiên nhằm cố gắng làm trung hòa sự phân li điện tích. Lóe
sáng chúng ta nhìn thấy khi sự phóng điện này xảy ra không phải là cú sét đánh – nó là
những tác động cục bộ của cú đánh.
Hễ khi nào có dòng điện, sẽ có nhiệt đi cùng với dòng điện ấy. Vì có lượng rất lớn
của dòng điện trong một cú đánh của sét, nên cũng có lượng nhiệt sinh ra rất lớn. Thật vậy,
một chớp sét còn nóng hơn cả bề mặt mặt trời. Nhiệt lượng này thật ra là nguyên do của
lóe sáng màu trắng xanh rực rỡ mà chúng ta thấy.
Khi một dòng tiên phát và một cột sáng dương gặp nhau và có dòng điện chạy (cú
sét), thì không khí xung quanh cú đánh trở nên cực kì nóng. Nóng đến mức nó thật sự phát
nổ vì nhiệt làm cho không khí giãn nở quá nhanh. Tiếng nổ sớm xảy ra sau đó là cái mà
mọi người chúng ta đều biết là sấm.
Sấm là sóng xung kích phát ra xa từ đường đi cú đánh. Khi không khí nóng lên, nó
giãn nở nhanh chóng, tạo nên một sóng nén truyền ra không khí xung quanh. Sóng nén này
9
tự biểu hiện ở dạng một sóng âm. Điều đó không có nghĩa sấm là vô hại. Trái lại, nếu bạn
ở đủ gần, bạn có thể cảm nhận sóng xung kích ấy khi nó làm chấn động môi trường bao
quanh. Hãy nhớ rằng khi một vụ nổ hạt nhân xảy ra, thường thì đa phần sự phá hủy là do
năng lượng của sóng xung kích đang di chuyển nhanh. Thật vậy, sóng xung kích tạo nên
tiếng sấm từ một cú sét có thể gây nguy hại cho các cấu trúc và con người nhất định. Sự
nguy hiểm này nổi bật hơn khi bạn ở gần cú đánh, vì sóng xung kích ở đó mạnh hơn và sẽ

tắt dần (giảm dần) theo khoảng cách. Vật lí cho chúng ta biết rằng âm thanh truyền chậm
hơn nhiều so với ánh sáng, cho nên chúng ta thấy lóe sáng trước khi chúng ta nghe tiếng
sấm. Trong không khí, âm thanh truyền đi xấp xỉ 340 mét mỗi giây. Ánh sáng truyền đi ở
tốc độ 299.000 kilomet mỗi giây.
10
Những cú đánh bội
Bạn đang ngồi trong xe hơi và bạn trông thấy một lóe sáng từ một tia chớp. Cái đầu
tiên bạn lưu ý là có nhiều nhánh khác lóe sáng đồng thời với tia chớp chính. Sau đó, bạn để
ý thấy tia chớp chính sáng lên hoặc mờ đi một vài lần nữa. Các nhánh bạn thấy thật ra
những dòng tiên phát nối liền với dòng tiên phát đã đi tới được mục tiêu của nó.

Khi tia chớp đầu tiên xuất hiện, thì dòng điện chạy trong một nỗ lực nhằm trung
hòa sự phân li điện tích. Điều này đòi hỏi dòng điện cùng với năng lượng trong những
dòng tiên phát khác cũng chạy xuống đất. Electron trong những dòng tiên phát khác, đang
tự do chuyển động, chạy qua dòng tiên phát ấy sang tia chớp chính. Cho nên khi tia chớp
xuất hiện, thì những dòng tiên phát khác đang cung cấp dòng điện và biểu hiện cùng đặc
điểm nhiệt sáng lòe như tia chớp thực sự. Sau khi tia chớp ban đầu xuất hiện, thường thì
xuất hiện một loạt tia chớp thứ cấp. Những tia chớp này chỉ đi theo hành trình của tia chớp
chính; còn những dòng tiên phát khác không tham gia vào sự phóng điện này.
Trong tự nhiên, cái chúng ta thấy thường không phải là cái chúng ta có, và đây
đúng là trường hợp với các tia chớp thứ cấp. Rất có khả năng là tia chớp chính có thể được
theo sau bởi 30 đến 40 tia chớp thứ cấp. Tùy thuộc vào thời gian trễ giữa các tia chớp,
chúng ta có thể thấy cái trông giống như một tia chớp chính tồn tại lâu, hoặc một tia chớp
chính theo sau bởi những lóe sáng khác theo hành trình của tia chớp chính. Những điều
kiện này dễ dàng hiểu được nếu chúng ta nhận ra rằng tia chớp thứ cấp có thể xuất hiện
trong khi lóe sáng từ tia chớp chính vẫn còn trông thấy. Rõ ràng, đây là nguyên do khiến
cho người nhìn nghĩ rằng tia chớp chính tồn tại lâu hơn thật sự nó tồn tại. Cũng mang dấu
hiệu tương tự, các tia chớp thứ cấp có thể xuất hiện sau khi lóe sáng từ tia chớp chính tắt
đi, làm cho có vẻ như tia chớp chính đang bập bùng.
Giờ thì bạn đã rõ cơ chế của hiện tượng sét. Thật bất ngờ khi nhận ra rằng toàn bộ

hoạt động trên, từ lúc sự ion hóa bắt đầu cho tới lúc có tia chớp, xảy ra trong một phần nhỏ
của một giây. Các camera dùng để ghi hình của tia sét thật sự đã chụp được những cột sáng
dương trên phim. Nếu bạn muốn quan sát hiện tượng này trong môi trường an toàn, thì hãy
chế tạo một máy phát Van de Graff và cho nó hoạt động trong một phòng tối. Khi bạn
bước lại gần máy phát, thì các đầu ngón tay của bạn sẽ bắt đầu lóe lên một màu hơi tía đỏ
giống như màu của dòng tiên phát hoặc cột sáng dương.
11
Các loại tia chớp và các loại sét
Các loại tia chớp
- Từ mây xuống đất – Đã trình bày ở phần trước.

Sét từ mây xuống đất
- Từ đất lên mây – Tương tự như trên, ngoại trừ ở chỗ thường thì một vật cao, nối
liền với đất phóng tia chớp lên đám mây.

Ảnh: NASA
Sét từ đất lên mây
- Từ mây sang mây – Cũng có cơ chế tương tự như đã trình bày ở phần trước, ngoại
trừ chỗ tia chớp đi từ đám mây này sang đám mây kia.
12

(Ảnh: NOAA)
Sét từ mây sang mây
Các loại sét
Sét thường – Đã trình bày trong phần trước.
Sét bản – Sét thường phản xạ trong các đám mây.
Sét nhiệt – Sét thường ở gần đường chân trời bị phản xạ bởi những đám mây trên
cao.
Sét cầu – Một hiện tượng trong đó sét hình thành một quả cầu di chuyển chậm chạp
có thể đốt cháy mọi vật trên đường đi của nó trước khi nổ tung hoặc cháy sạch.

Yêu tinh đỏ - Một sự bùng phát màu đỏ được tường thuật xảy ra ở trên những đám
mây giông và đạt tới chiều dài vài ba dặm (hướng lên tầng bình lưu).
Sét vòi – Một sự bùng phát hình nón, màu lam xuất hiện ở phía trên phần giữa của
một đám mây giông và phóng lên trên (về hướng tầng bình lưu) ở tốc độ cao.
Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ tìm hiểu về cột thu lôi và kĩ thuật an toàn sét.
13
Cột thu lôi
Cột thu lôi ban đầu do Benjamin Franklin phát triển. Một cái cột thu lôi thì rất đơn
giản – nó là một thanh kim loại có đầu nhọn gắn thẳng trên nóc tòa nhà. Thanh kim loại ấy
đường kính có thể chừng 2cm. Nó nối liền với một dây đồng hoặc dây nhôm đường kính
cũng chừng 1,5cm. Sợi dây được nối với một lưới dẫn chôn dưới đất gần đó.

Mục đích của cột thu lôi thường bị người ta hiểu sai. Nhiều người tin rằng cột thu
lôi “hút lấy” tia sét. Tốt hơn hết nên nói rằng cột thu lôi mang lại một đường dẫn nối đất
điện trở thấp có thể dùng để dẫn những dòng điện rất lớn khi có sét xảy ra. Nếu tia sét đánh
vào, thì hệ thống cố gắng mang dòng điện tai hại ấy ra khỏi cấu trúc tòa nhà và đi xuống
đất một cách an toàn. Hệ thống có khả năng đương đầu với dòng điện rất lớn đi cùng với
tia sét. Nếu tia sét tiếp xúc với một chất không phải là chất dẫn điện tốt, thì chất đó sẽ chịu
sự phá hủy nhiệt rất lớn. Hệ thống cột thu lôi và một chất dẫn tuyệt vời và do đó cho phép
dòng điện chạy xuống đất mà không gây ra bất kì sự phá hủy nào do nhiệt tỏa ra.
Tia sét có thể “nhảy múa” khi nó đánh xuống. “Điệu nhảy” này liên quan đến điện
thế của mục tiêu tia chớp nhắm tới so với điện thế của đất. Sét có thể đánh vào và sau đó
“tìm” một đường đi có điện trở thấp nhất bằng cách nhảy vòng quanh các vật lân cận cung
cấp một đường dẫn tốt hơn đi xuống đất. Nếu tia sét xuất hiện ở gần hệ thống cột thu lôi,
thì hệ sẽ có một đường dẫn điện trở rất thấp và có thể nhận một “cú nhảy”, lái dòng điện tia
sét xuống đất trước khi nó có thể gây ra bất kì sự phá hủy nào khác nữa.
Như bạn có thể thấy, mục đích của cột thu lôi không phải hút lấy tia sét – nó đơn
thuần chỉ cung cấp một phương thức an toàn cho tia sét chọn lựa. Điều này nghe có chút gì
đó kiểu cách, nhưng sẽ không đâu nếu bạn xem cột thu lôi chỉ trở nên có liên quan khi một
tia sét xuất hiện hay tức thời sau khi một tia sét xuất hiện. Cho dù có hay không có hệ

thống cột thu lôi, thì tia sét vẫn sẽ xảy ra.
14

Nếu kiến trúc bạn đang cố gắng bảo vệ nằm ngoài một khu vực rộng lớn, bằng
phẳng, thì bạn thường tạo một hệ thống bảo vệ chống sét sử dụng một cột thu lôi rất cao.
Cột này phải cao hơn tòa kiến trúc đó. Nếu khu vực ấy đang nằm trong một điện trường
mạnh, thì cái cột cao có thể bắt đầu gởi lên các cột sáng dương trong một nỗ lực nhằm làm
tiêu hao điện trường. Trong khi không hẳn là cái cột sẽ luôn luôn dẫn tia sét phóng điện
trong khu vực ngay trước mắt, thì nó thật sự có cơ hội dẫn tốt hơn tòa kiến trúc cần bảo vệ
kia. Một lần nữa, mục đích của mang lại một đường dẫn điện trở thấp xuống đất trong khu
vực có khả năng nhận lấy một cú sét. Khả năng này phát sinh từ cường độ điện trường gây
ra bởi những đám mây giông.
Bạn có biết ? Benjamin Franklin không hề bị sét đánh chết. Trái lái những gì được dạy trong nhà
trường, ngài Franklin đã rất may mắn sống sót sau thí nghiệm của ông. Tia lửa ông nhìn thấy là sản
phẩm của hệ thống cái diều/chìa khóa đang nằm trong một điện trường mạnh. Nếu hệ cái diều/chìa
khóa thật sự bị sét đánh trúng, thì ngài Franklin chắc chắn không qua khỏi. Như ngày nay chúng ta
đều biết, thí nghiệm của ông cực kì nguy hiểm và không nên lặp lại. (Xem thêm bài Benjamin
Franklin và thí nghiệm cái diều huyền thoại).

15
An toàn chống sét
Hơn 1000 người bị sét đánh mỗi năm ở nước Mĩ, và hơn 100 người trong số họ qua
đời do sét đánh. Sét không phải là thứ để chơi đùa.
Nếu bạn đang ở ngoài trời lúc mưa bão, thì hãy luôn tìm một chỗ nương náu thích
hợp. Đừng để cho sự may rủi – sét có thể dùng bạn làm một đường dẫn xuống đất dễ dàng
như nó có thể dùng bất kì vật nào khác. Chỗ nương náu thích hợp là một tòa nhà hay một
xe hơi. Nếu bạn không có chỗ nào để chọn, thì bạn nên tránh nấp dưới bóng cây. Cây cao
sẽ thu hút sét. Khép hai chân bạn lại càng gần nhau càng tốt và cúi đầu xuống càng thấp
càng tốt nhưng đừng chạm đất.
Không bao giờ được nằm trên đất. Sau khi sét đánh xuống đất, sẽ có một thế điện

lan tỏa ra từ điểm tiếp xúc đó. Nếu cơ thể của bạn nằm trong vùng này, thì dòng điện có
thể chạy qua người bạn. Bạn chẳng bao giờ muốn dòng điện có khả năng đi qua người
mình cả. Bằng cách hạ thấp cơ thể bạn càng gần đất càng tốt và giảm tối đa lượng tiếp xúc
của cơ thể bạn với đất, bạn có thể giảm bớt khả năng bị tổn thương có liên quan đến sét.
Nếu tia sét xảy ra ở gần bạn, thì trong tình huống này, dòng điện khó có khả năng đi qua
người bạn được.
Nếu bạn đang ở trong nhà, thì hãy buông điện thoại xuống. Nếu bạn phải gọi cho ai
đó, thì bạn hãy dùng một điện thoại không dây hoặc điện thoại di động. Nếu sét đánh vào
đường dây điện thoại, thì tia sét sẽ truyền đến mỗi máy điện thoại trên đường dây (và có
khả năng đến chỗ bạn nếu bạn đang giữ máy).
Nên tránh xa các ống dẫn nước trong nhà (bồn tắm, vòi sen). Sét có khả năng đánh
vào một ngôi nhà hay gần một ngôi nhà và truyền điện tích sang các ống kim loại dùng để
dẫn nước. Mối nguy hiểm này thường không lớn, vì ngày nay người ta thường dẫn nước
bằng ống nhựa PVC (polyvinyl chloride). Nếu bạn không chắc ống dẫn nước nhà mình làm
bằng gì, thì tốt hơn hết là tránh xa nó ra.

Bạn có biết ? Lốp cao su không là nguyên nhân bạn được an toàn khi ở trong xe hơi lúc có bão sét.
Trong điện trường mạnh, lốp cao su thật sự trở nên dẫn điện nhiều hơn là cách điện. Bạn ở an toàn
trong xe vì sét sẽ truyền xung quanh bề mặt của khung xe và sau đó đi xuống đất. Điều này xảy ra
được vì khung xe đóng vai trò như một lồng Faraday. Michael Faraday, nhà vật lí người Anh, đã
phát hiện ra rằng một lồng kim loại sẽ che chắn các vật ở trong lồng khi có sự phóng điện thế cao
vào lồng. Kim loại, là chất dẫn điện tốt, sẽ lái dòng điện đi vòng quanh các vật và phóng nó xuống
đất an toàn. Quá trình che chắn này được sử dụng rộng rãi ngày nay để bảo vệ các mạch tích hợp
nhạy tĩnh điện trong thế giới điện tử.

16
Một số hình ảnh về sét

(Ảnh: Goran Stojanovic | Agency: Dreamstime.com)
Sét là một hiện tượng thiên nhiên ấn tượng, nó vừa đẹp vừa nguy hiểm.

(Ảnh: Paul Schneider | Agency: Dreamstime.com)
Sét từ mây xuống đất là cái đa số mọi người nghĩ tới khi hình dung về sét.

17

(Ảnh: Jcpjr | Agency: Dreamstime.com)
Hai loại điện: loại hoang dã dưới dạng sét và loại được khai thác để thắp sáng đường phố.


(Ảnh: Yegor Piaskovsky | Agency: Dreamstime.com)
Để tránh sét, hãy luôn nhớ tìm nơi trú ẩn an toàn trong cơn bão điện.

18

(Ảnh: Soldeandalucia | Agency: Dreamstime.com)
Các chớp sáng phản chiếu trên nền những đám mây tạo ra hiệu ứng thật đẹp mắt.


(Ảnh: Jerry Horn | Agency: Dreamstime.com)
Tia sét này trông tựa như một con rồng, điều đó dễ dàng lí giải vì sao sét từng được người
ta xem là một hiện tượng siêu nhiên.

19

(Ảnh: William Attard Mccarthy | Agency: Dreamstime.com)
Nước là một chất dẫn điện tốt, vì thế khôn ngoan hơn hết là hãy tránh xa nơi có nước khi
có bão điện.

(Ảnh: John Leaver | Agency: Dreamstime.com)
Lóe sáng màu trắng xanh của tia chớp gây bởi nhiệt cực lớn của nó. Một cú sét còn nóng
hơn cả bề mặt của mặt trời.

20

(Ảnh: Maksim Dyachenko | Agency: Dreamstime.com)
Trong cơn bão điện, sét thường đánh vào những chỗ cao nhất. Tia sét có thể đánh xuống
đất ở gần một vật cao.


(Ảnh: Dan Mccauley | Agency: Dreamstime.com)
Tia chớp đầu tiên thường được nối tiếp theo bởi một loạt tia chớp thứ cấp, tất cả diễn ra chỉ
trong một phần nhỏ của giây.



Nguồn: How Stuff Work
Dịch: 123physics (thuvienvatly.com)