Sét đánh như thế nào?

Câu trả lời: Khi điện tích tụ trong mây được phóng xuống mặt đất, sẽ phát ra ánh sáng mạnh và âm thanh lớn.
Sét là hiện tượng điện phát sinh trong mây dông (mây hình nấm). Thông thường, không khí trong mây không dẫn điện, nhưng khi lượng điện tích tụ trong mây quá lớn đến mức không thể giữ lại trong mây, điện sẽ truyền qua không khí và xuống đến mặt đất. Hiện tượng điện từ mây truyền xuống mặt đất (phóng điện) như vậy được gọi là "sét đánh".
Vậy tại sao điện lại được tạo ra trong mây? Điện đó truyền qua không khí như thế nào để đến được mặt đất? Hãy cùng xem xét theo trình tự từ nơi điện được tạo ra trong mây.
(1) Điện được tạo ra trong mây và phân chia thành "+" (dương) và "-" (âm).
Mây là những giọt nước nhỏ "Mây」와 얼음 알갱이 「얼음 결정」으로 이루어져 있습니다 (관련 기사 「Mây được hình thành từ đâu và như thế nào?). Khi mây phát triển thành mây dông, các tinh thể băng tăng lên và di chuyển mạnh mẽ lên xuống cùng với không khí, các tinh thể băng va chạm vào nhau và tích điện. Hiện tượng này được gọi là "điện tích」라고 합니다. 1)。
Khi điện tích tụ lại, ở phần cao của mây sẽ hình thành "cấu trúc ba cực" gồm "+", "-" và "+". Khi đó, trong mây, để loại bỏ sự mất cân bằng điện tích này, điện tích "-" ở lớp giữa sẽ di chuyển xuống dưới, loại bỏ điện tích "+" ("trung hòa") 2). Sau đó, điện tích "-" sẽ tiếp tục di chuyển xuống dưới, tức là hướng về mặt đất.
(2) Có thể tạo ra "bước dẫn" để tìm đường dẫn điện tích
Không khí có tính chất khó dẫn điện, do đó điện không di chuyển một cách liên tục mà lặp đi lặp lại quá trình di chuyển rồi dừng lại, di chuyển rồi dừng lại, tìm kiếm con đường dễ đi nhất để di chuyển. Quá trình này được gọi là "Step Leader" (phóng điện tiền thân theo từng bước).
Step leader di chuyển khoảng 50m, dừng lại trong khoảng 30 micro giây đến 90 micro giây (0,00003 đến 0,00009 giây), rồi tiếp tục di chuyển 3). Tốc độ trung bình là khoảng 150km/giây, nên khi độ cao của mây là khoảng 3000m so với mặt đất, thời gian step leader tiếp cận mặt đất là khoảng 0,02 giây.
(3) Điện tích "đi lại" để trung hòa trong đám mây
Khi bước dẫn điện đến gần bề mặt đất, đầu bước dẫn điện và phóng điện từ bề mặt đất kết nối với nhau, tạo ra "điện trở lại" (sét trở lại), trong đó điện dương từ mặt đất chảy một lần vào đám mây. Bộ step leader và return stroke này tạo thành một tia sét. Ánh sáng phát ra từ đường dẫn điện là "tia chớp" và "tia sét", còn sự rung động của không khí do nhiệt của sét tạo ra là "tiếng sét" (bài viết liên quan "Tại sao sét lại phát ra ánh sáng zigzag?" "Tại sao sét lại phát ra tiếng ầm ầm?").
Tuy nhiên, chỉ với một lần "đi lại" giữa bước dẫn và hành trình trở lại, có thể không thể trung hòa hết điện tích trong mây. Lúc này, quá trình phóng điện từ mây xuống mặt đất sẽ bắt đầu lại.
Trong lần phóng điện thứ hai này, do đường dẫn điện đã được hình thành, điện âm sẽ di chuyển thẳng xuống bề mặt đất. Hiện tượng này được gọi là "dart leader" (phóng điện tiên phong hình mũi tên). Khi tia dẫn điện chạm đến mặt đất, quá trình phóng điện ngược lại sẽ xảy ra. Thời gian của một lần sét đánh là khoảng 0,5 giây đến 1 giây, nhưng quá trình "đi và về" của điện trung bình xảy ra 3 đến 4 lần, nhiều khi lên đến hơn 10 lần.
Theo nghĩa đen của từ "落雷" (sét đánh), sét được hình dung là thứ "rơi" từ trời xuống mặt đất. Tuy nhiên, trên thực tế, cũng có những tia sét đi từ dưới lên trên.
Sét được chia thành 4 loại sau đây 4).
① Điện tích "-" trong mây phóng điện xuống mặt đất mang điện tích "+" (từ trên xuống dưới).
②Điện tích "+" trên mặt đất phóng điện hướng tới điện tích "-" trong mây (từ dưới lên trên)
③Điện tích "+" ở cao hoặc ở đáy đám mây phóng điện xuống mặt đất mang điện tích "-" (từ trên xuống dưới).
④Điện tích "-" trên mặt đất phóng điện hướng tới điện tích "+" ở cao trên mây (từ dưới lên trên)
① chiếm khoảng 90% số vụ sét đánh vào mùa hè. Mặt khác, ②③④ là những vụ sét đánh thường xảy ra vào mùa đông. Ngoài ra, ② thường xảy ra ở những nơi có các công trình cao như tháp sắt, tuabin gió, tòa nhà cao tầng hoặc vùng núi.
Bài viết được công bố: Tháng 4 năm 2022
Tài liệu tham khảo
1) Kentaro Araki, Sayaka Tsuda, "Sách khoa học hóa học cho trẻ em NEXT: Hiểu về mối quan hệ giữa thời tiết và dự báo tương lai. Hãy cùng ngắm bầu trời! Cơ chế hình thành mây". Tháng 1 năm 2022. Seibundo Shinkosha.
2) Franklin Japan "Kiến thức về sét" "Sét là gì?": https://www.franklinjapan.jp/raiburari/knowledge/lightning/37/
3) Otowa Electric Industry "Thông tin kỹ thuật: Các điểm chính trong phòng chống sét, hiện tượng phóng điện sét": https://www.otowadenki.co.jp/basic4/
4) Kobayashi Bunmei, "Sấm sét". Tháng 6 năm 2020. Nhà xuất bản Seizandō.
Giám sát: Mitsuharu Oyama

Sinh năm 1957 tại Tokyo. Tốt nghiệp thạc sĩ tại Đại học Công nghệ Tokyo. Từng là giáo viên vật lý tại trường trung học, giám đốc giáo dục tại Ủy ban Giáo dục tỉnh Chiba, hiệu trưởng trường trung học Chosei tỉnh Chiba, hiện là giáo sư tại Khoa Sư phạm Đại học Shumei, phụ trách giảng dạy và thực hành về phương pháp giảng dạy "nghiên cứu toán học và khoa học" và "giờ học tổng hợp". Ông cũng thường xuyên xuất hiện trong các chương trình thí nghiệm khoa học trên truyền hình và các lớp học thí nghiệm khoa học. Ông là cố vấn dự án của Bảo tàng Khoa học Chiba, giám đốc điều hành của Hiệp hội Giáo dục Vật lý Nhật Bản, thành viên của Hiệp hội Giáo dục Khoa học Nhật Bản và Hiệp hội Giáo dục Khoa học Tự nhiên Nhật Bản, thành viên ban biên tập tạp chí "Giáo dục Khoa học Tự nhiên" hàng tháng.









