Sét là gì và nó xảy ra như thế nào?

Nguồn gốc của mây giông

Sương mù bốc lên cao trên mặt đất bao gồm các hạt nước và tạo thành mây. Những đám mây lớn hơn và nặng hơn được gọi là mây tích. Một số đám mây rất đơn giản—chúng không gây ra sấm sét hoặc sấm chớp. Những người khác được gọi là giông bão vì chúng tạo ra một cơn giông, tạo thành tia chớp và sấm sét. Mây giông khác với mây mưa thông thường ở chỗ chúng được tích điện: một số mang điện tích dương, một số mang điện tích âm.

Mây giông được hình thành như thế nào? Mọi người đều biết gió mạnh như thế nào trong cơn giông bão. Nhưng các xoáy không khí mạnh hơn thậm chí còn hình thành cao hơn trên mặt đất, nơi rừng và núi không cản trở sự chuyển động của không khí. Gió này tạo ra hầu hết điện tích dương và điện tích âm trong các đám mây.

Có điện dương ở trung tâm của mỗi giọt và một lượng điện âm bằng nhau được tìm thấy dọc theo bề mặt của giọt. Những hạt mưa rơi bị gió cuốn vào và rơi vào các luồng không khí. Gió đập mạnh vào giọt nước, làm nó vỡ thành từng mảnh.Trong trường hợp này, các hạt bên ngoài tách ra của giọt nước được tích điện âm.

Phần lớn hơn và nặng hơn còn lại của giọt nước được tích điện dương. Phần của đám mây nơi tích tụ các giọt nặng được tích điện dương. Mưa rơi xuống từ đám mây truyền một phần điện năng của đám mây xuống đất, và do đó tạo ra lực hút điện giữa đám mây và mặt đất.

Trong bộ lễ phục. 1 cho thấy sự phân bố điện trong đám mây và trên bề mặt trái đất. Nếu một đám mây được tích điện âm, thì khi cố gắng bị thu hút bởi nó, điện dương của trái đất sẽ được phân bổ trên bề mặt của tất cả các vật thể trên cao dẫn điện. Vật thể đứng trên mặt đất càng cao thì khoảng cách giữa đỉnh và đáy của đám mây càng nhỏ và lớp không khí còn lại ở đây tỏa ra điện trái dấu càng nhỏ. Rõ ràng là sét xuyên qua mặt đất dễ dàng hơn ở những nơi như vậy. Chúng tôi sẽ cho bạn biết thêm về điều này sau.

Cơm. 1. Phân bố điện năng trong mây dông và vật thể trên mặt đất

Điều gì gây ra sét?

Đến gần một cái cây hoặc một ngôi nhà cao, một đám mây giông tích điện sẽ tác động lên nó. Trong bộ lễ phục. 1 đám mây tích điện âm sẽ hút điện dương lên mái nhà, và điện âm của ngôi nhà sẽ đi vào lòng đất.

Cả điện—trong đám mây và trên nóc nhà—có xu hướng hút lẫn nhau. Nếu có nhiều điện trong đám mây, thì rất nhiều điện được hình thành trong nhà thông qua ảnh hưởng.

Cũng giống như nước chảy vào có thể làm xói mòn một con đập và đổ xô vào một dòng nước lũ, làm ngập một thung lũng trong chuyển động không giới hạn của nó, thì điện, ngày càng tích tụ trong một đám mây, cuối cùng có thể xuyên qua lớp không khí ngăn cách nó với bề mặt trái đất và lao tới xuống trái đất, đến điện trái dấu. Một sự phóng điện mạnh sẽ xảy ra—một tia lửa điện sẽ trượt giữa đám mây và ngôi nhà.

Đây là sét đánh vào nhà. Phóng điện sét có thể xảy ra không chỉ giữa một đám mây và mặt đất, mà còn giữa hai đám mây được tích điện bằng các loại điện khác nhau.

Gió càng mạnh, đám mây được tích điện càng nhanh. Gió tiêu tốn một lượng công việc nhất định để phân tách điện dương và điện âm.

Làm thế nào để sét phát triển?

Thông thường, sét đánh xuống đất đến từ các đám mây tích điện âm. Sét đánh từ một đám mây như vậy phát triển theo cách này.

Đầu tiên, một lượng nhỏ electron bắt đầu di chuyển từ đám mây xuống mặt đất, trong một kênh hẹp, tạo thành một loại dòng điện trong không khí.

Trong bộ lễ phục. Hình 2 cho thấy sự bắt đầu hình thành sét này. Trong phần của đám mây nơi kênh bắt đầu hình thành, các electron có tốc độ chuyển động cao đã tích tụ, do đó chúng va chạm với các nguyên tử không khí, phá vỡ chúng thành hạt nhân và electron.

Cơm. 2. Sét bắt đầu hình thành trong đám mây

Các electron được giải phóng trong trường hợp này cũng lao xuống đất và một lần nữa va chạm với các nguyên tử của không khí, tách chúng ra.Nó giống như tuyết rơi trên núi, lúc đầu là một cục nhỏ, lăn xuống, sau đó lớn dần bị bao phủ bởi những bông tuyết dính vào nó, và khi nó bay nhanh hơn, nó trở thành một trận tuyết lở lớn.

Và tại đây, trận tuyết lở điện tử thu giữ những thể tích không khí mới, chia tách các nguyên tử của nó thành từng mảnh. Trong trường hợp này, không khí được làm nóng và khi nhiệt độ tăng, độ dẫn điện của nó tăng lên. Nó biến từ chất cách điện thành chất dẫn điện. Thông qua kênh không khí dẫn điện từ đám mây, điện bắt đầu tiêu hao ngày càng nhiều. Điện tiếp cận trái đất với tốc độ khủng khiếp, đạt 100 km mỗi giây.

Trong một phần trăm giây, dòng điện tử rơi xuống đất. Điều này chỉ kết thúc phần đầu tiên, có thể nói là phần "chuẩn bị" của tia sét: tia sét đã đi xuống đất. Phần thứ hai, phần chính trong quá trình phát triển của Lightning vẫn chưa đến. Phần được xem xét của sự hình thành sét được gọi là dây dẫn. Từ nước ngoài này có nghĩa là "lãnh đạo" trong tiếng Nga. Hướng dẫn nhường chỗ cho phần thứ hai, mạnh hơn của tia sét; phần này được gọi là phần chính. Ngay khi kênh tiếp đất, dòng điện bắt đầu chạy qua nó dữ dội và nhanh hơn nhiều.

Bây giờ có một mối liên hệ giữa điện âm tích lũy trong kênh và điện dương rơi xuống đất cùng với các hạt mưa, và do tác động điện, có sự phóng điện giữa đám mây và mặt đất. Sự phóng điện như vậy là một dòng điện có cường độ cực lớn - cường độ này lớn hơn nhiều so với cường độ dòng điện trong mạng điện thông thường.

Dòng điện chạy trong kênh tăng rất nhanh, sau khi đạt cường độ cực đại thì bắt đầu giảm dần.Kênh sét mà dòng điện mạnh như vậy chạy qua nóng lên rất nhiều và do đó phát sáng rực rỡ. Nhưng thời gian dòng điện chạy trong một tia sét rất ngắn. Quá trình phóng điện kéo dài trong một phần rất nhỏ của giây và do đó năng lượng điện được tạo ra trong quá trình phóng điện là tương đối nhỏ.

Trong bộ lễ phục. Hình 3 thể hiện chuyển động dần dần của dây dẫn sét về phía mặt đất (ba hình đầu tiên bên trái).

Cơm. 3. Sự phát triển dần dần của dây dẫn sét (ba hình đầu tiên) và phần chính của nó (ba hình cuối).

Ba hình cuối cùng cho thấy những khoảnh khắc riêng biệt của sự hình thành phần thứ hai (chính) của tia sét. Tất nhiên, một người nhìn vào đèn flash sẽ không thể phân biệt phần dẫn hướng của nó với phần chính, vì chúng theo nhau cực kỳ nhanh, trên cùng một con đường.

Sau khi nối hai loại điện khác nhau thì dòng điện bị ngắt. Thông thường tia sét không dừng lại ở đó. Thường thì một nhà lãnh đạo mới ngay lập tức lao theo con đường được phát sáng bởi cú ném đầu tiên, và phía sau anh ta, trên cùng một con đường, lại là phần mắt của cú ném. Điều này hoàn thành xả thứ hai.

Có thể có tới 50 loại riêng biệt như vậy, mỗi loại bao gồm người lãnh đạo và cơ quan chính của riêng nó. Thông thường có 2-3 trong số họ. Sự xuất hiện của các phóng điện riêng biệt làm cho tia sét không liên tục và thường một người nhìn vào tia sét sẽ thấy nó nhấp nháy. Đây là nguyên nhân khiến đèn flash nhấp nháy.

Thời gian giữa việc hình thành các phóng điện riêng biệt là rất ngắn. Nó không vượt quá một phần trăm giây, nếu số lượng phóng điện rất lớn thì thời lượng sét có thể lên tới cả giây hoặc thậm chí vài giây.

Chúng tôi chỉ xem xét một loại sét, đây là loại phổ biến nhất.Tia sét này được gọi là tia sét tuyến tính vì nó xuất hiện bằng mắt thường dưới dạng một đường—một dải hẹp, sáng có màu trắng, xanh nhạt hoặc hồng sáng.

Sét đường dây có chiều dài hàng trăm mét đến nhiều km. Đường đi của sét thường ngoằn ngoèo. Sét thường có nhiều nhánh. Như đã đề cập, phóng điện sét tuyến tính có thể xảy ra không chỉ giữa đám mây và mặt đất mà còn giữa các đám mây.

Sấm sét

Tuy nhiên, ngoài tuyến tính, còn có các loại sét khác ít gặp hơn nhiều. Chúng tôi sẽ xem xét một trong số chúng, thứ thú vị nhất - bóng sét.

Đôi khi có những tia phóng điện là những quả cầu lửa. Sét cầu hình thành như thế nào vẫn chưa được nghiên cứu, nhưng những quan sát hiện có về kiểu phóng sét thú vị này cho phép chúng ta rút ra một số kết luận.

Thông thường, bóng sét có hình dạng giống quả dưa hấu hoặc quả lê. Nó kéo dài tương đối lâu — từ một phần giây đến vài phút.

Thời lượng phổ biến nhất của bóng sét là 3 đến 5 giây. Thông thường, sét cầu xuất hiện vào cuối cơn giông dưới dạng những quả bóng phát sáng màu đỏ có đường kính từ 10 đến 20 cm. Trong những trường hợp hiếm hơn, nó cũng lớn. Ví dụ, một tia sét có đường kính khoảng 10 mét đã được chụp ảnh.

Quả bóng đôi khi có thể có màu trắng chói mắt và có các đường viền rất sắc nét. Bóng sét thường phát ra âm thanh rít, ù hoặc rít.

Tia sét cầu có thể biến mất trong im lặng, nhưng nó có thể phát ra tiếng nổ nhỏ hoặc thậm chí là tiếng nổ điếc tai. Khi nó biến mất, nó thường để lại một làn sương có mùi hăng. Gần mặt đất hoặc trong nhà, bóng sét di chuyển với tốc độ của một người đang chạy — khoảng hai mét mỗi giây.Nó có thể đứng yên trong một thời gian, và một quả bóng "đã ổn định" như vậy rít lên và phát ra tia lửa cho đến khi nó biến mất. Đôi khi bóng sét dường như được điều khiển bởi gió, nhưng thông thường chuyển động của nó không phụ thuộc vào gió.

Sét cầu bị thu hút vào không gian kín, nơi chúng xuyên qua cửa sổ hoặc cửa ra vào đang mở, và đôi khi thậm chí qua các vết nứt nhỏ. Đường ống là một cách tốt cho họ; đó là lý do tại sao những quả cầu lửa thường thoát ra từ lò nướng trong nhà bếp. Sau khi di chuyển quanh phòng, quả cầu sét rời khỏi phòng, thường thoát ra theo cùng một con đường mà nó đã đi vào.

Đôi khi tia chớp lên xuống hai ba lần ở khoảng cách vài cm đến vài mét. Đồng thời với những thăng trầm này, quả cầu lửa có lúc di chuyển theo hướng nằm ngang, sau đó bóng sét xuất hiện để thực hiện các cú nhảy.

Thông thường, bóng sét "định cư" trên dây, ưu tiên những điểm cao nhất hoặc cuộn dọc theo dây, chẳng hạn như dọc theo đường ống thoát nước. Di chuyển dọc theo cơ thể con người, đôi khi bên dưới quần áo, những quả cầu lửa gây bỏng nặng và thậm chí tử vong. Có nhiều mô tả về các trường hợp thiệt hại nghiêm trọng cho người và động vật do sét đánh. Sét nhiệt có thể gây ra thiệt hại rất nghiêm trọng cho các tòa nhà.

Sét đánh ở đâu?

Vì sét là sự phóng điện qua độ dày của chất cách điện - không khí, nó thường xảy ra nhất khi lớp không khí giữa đám mây và bất kỳ vật thể nào trên bề mặt trái đất sẽ nhỏ hơn. Các quan sát trực tiếp cho thấy điều này: sét có xu hướng đánh vào các tháp chuông cao, cột buồm, cây cối và các vật thể cao khác.

Tuy nhiên, sét không chỉ lao vào các vật thể cao.Từ hai cột liền kề có chiều cao bằng nhau, một cột bằng gỗ và cột kia bằng kim loại, đứng cách nhau không xa, tia sét sẽ lao đến cột kim loại. Điều này xảy ra vì hai lý do: Thứ nhất, kim loại dẫn điện tốt hơn nhiều so với gỗ, ngay cả khi bị ướt. Thứ hai, cột kim loại được kết nối tốt với mặt đất và điện từ mặt đất có thể truyền tự do hơn đến cột trong quá trình phát triển đầu dẫn.

Tình huống thứ hai được sử dụng rộng rãi để bảo vệ các tòa nhà khác nhau khỏi sét. Diện tích bề mặt của cột kim loại tiếp xúc với mặt đất càng lớn thì điện từ đám mây truyền xuống đất càng dễ dàng.

Điều này có thể được so sánh với cách một dòng chất lỏng được đổ qua phễu vào chai. Nếu lỗ mở trong phễu đủ lớn, tia nước sẽ đi thẳng vào chai. Nếu lỗ mở trong phễu nhỏ, thì chất lỏng sẽ bắt đầu tràn qua mép phễu và đổ xuống sàn.

Sét có thể đánh ngay cả trên bề mặt phẳng của trái đất, nhưng đồng thời nó cũng lao tới nơi mà độ dẫn điện của đất lớn hơn. Vì vậy, ví dụ, đất sét ướt hoặc đầm lầy bị sét đánh sớm hơn cát khô hoặc đất đá khô. Vì lý do tương tự, sét đánh vào bờ sông và suối, thích chúng hơn những cây cao nhưng khô mọc gần chúng.

Đặc tính này của sét - lao tới các vật thể dẫn điện tốt và nối đất tốt - được sử dụng rộng rãi để thực hiện các thiết bị bảo vệ khác nhau.