🔬 Nó có tác dụng "chống sét" như thế nào nhỉ?

Cột thu lôi thực ra không hề chống sét, mà là lợi dụng vị trí có lợi chĩa lên trời cao của nó hút lấy sét vào bản thân, chịu bị sét đánh, qua đó bảo vệ các thiết bị khác khỏi bị sét đánh. Cột thu lôi do ba bộ phận: đầu thu sét, dây dẫn và tấm nối đất cấu thành. Các bộ phận của cột thu lôi đều phải có điện trở rất nhỏ, mặt cắt phải đạt một kích thước nhất định để chịu đựng được dòng điện sét lớn lao đi qua. Đầu thu sét, thông thường dùng thép tròn mạ kẽm đường kính lớn hơn 4 cm hoặc ống thép để chế tạo ra, độ dài khoảng 2 m trở lên. Nó phải được lắp vững chắc trên đỉnh toà nhà hoặc trên ống khói. Dây dẫn nối liền đầu thu sét với tấm nối đất, có thể dùng dây thép xoắn mạ kẽm hoặc dây thép bẹt để làm thành. Tấm nối đất phải chôn ở độ sâu nhất định dưới mặt đất và tiếp xúc tốt với đất, dễ dàng truyền dòng điện sét xuống đất sâu. Cũng có thể lợi dụng những vật tiếp đất tự nhiên như đường ống nước máy, ống thoát nước bẩn v.v. để làm tấm nối đất. Ngoài ra, khi mây giông chứa điện đến gần toà kiến trúc hoặc thiết bị, các điện tích mà chúng ta cảm ứng dọc theo đỉnh đầu của cột thu lôi có thể lần lượt tiến hành phóng điện chóp nhọn, trung hoà lẫn nhau với sét. Vì vậy, cột thu lôi còn có thể tránh xảy ra sét cảm ứng. Phải lắp cột thu lôi cao tới đâu mới tốt? Tất nhiên là càng cao càng tốt. Lắp được càng cao, phạm vi bảo vệ cũng càng lớn. Nhưng cũng không nên quá cao, vì như vậy thì sự vững chắc của cột thu lôi sẽ gặp rắc rối, khi gió to thổi thì nó có thể bị nghiêng hoặc đổ sập xuống, sẽ mất đi tác dụng chống sét. Vì vậy, trên toà kiến trúc có phạm vi tương đối lớn, thường người ta lắp vài cột thu lôi có tác dụng bảo vệ an toàn như nhau. Ở ngoại ô, mỗi khi gặp cơn mưa giông, không nên đến trú mưa ở dưới gốc cây to, vì khi mây giông phóng điện xuống mặt đất, bao giờ cũng theo con đường gần nhất, cây to nhô cao lên mặt đất chính là con đường phóng điện tốt nhất. Chúng ta thường thấy khi sét đánh bao giờ cũng đánh gẫy một số cây cao to. Nếu bạn nấp dưới cây để tránh mưa, thế thì sẽ gặp nguy cơ bị sét đánh. Từ khoá: Cột thu lôi; Phóng điện; Sét đánh. Nam châm là đá hút sắt, bạn đã chơi với nó lần nào chưa? Dùng nam châm có thể hút được đồ vật làm bằng sắt như đinh, kim v.v., rất là thú vị. Vì sao nam châm có thể hút được sắt nhỉ? Cái đó phải giải thích từ kết cấu phân tử của vật chất trở đi. Mọi vật chất đều do phân tử cấu thành cả. Phân tử do nguyên tử hợp thành, nguyên tử lại do hạt nhân nguyên tử và electron hợp thành. Electron không ngừng tự quay trong nguyên tử và quay xung quanh hạt nhân nguyên tử. Hai loại chuyển động đó của electron đều có thể sinh ra từ tính. Song, trong đại đa số vật chất, hướng chuyển động của electron không giống nhau, lộn xộn, lung tung. Điều đó làm cho hiệu ứng từ tính của nội bộ vật chất triệt tiêu lẫn nhau. Vì vậy, trong tình trạng bình thường, phần lớn các vật chất không thể hiện từ tính. Còn nam châm thì không phải như vậy. Nói chung nam châm do nguyên liệu sắt từ như sắt, coban, niken hoặc ferit v.v. làm thành. Từ tính của nam châm bắt nguồn chủ yếu từ sự tự quay của electron. Trong chất sắt từ, sự tự quay của electron có thể tự phát sắp xếp ở phạm vi nhỏ, tức là mọi electron trong nguyên tử ở trong phạm vi nhỏ đó đều giữ được hướng tự quay như nhau, hình thành một vùng từ hoá nhỏ tự phát. Loại vùng từ hoá tự phát này gọi là miền từ (đômen từ). Kích thước của miền từ không giống nhau. Tóm lại, mỗi miền từ chiếm thể tích khoảng 109 cm3, chứa khoảng 1015 nguyên tử. Vì hướng từ tính của tất cả nguyên tử trong một miền từ đều đồng nhất, kết quả của sự xếp chồng là từ tính tăng cường lẫn nhau. Một miền từ tương đương với một "nam châm nhỏ", cục nam châm là do một lượng lớn "nam châm nhỏ" như vậy hợp thành. Trước khi từ hoá, hướng từ tính của mọi miền từ trong nội bộ nguyên liệu sắt từ không giống nhau, không phối hợp với nhau, hướng nào cũng có. Kết quả là các từ trường khác hướng triệt tiêu lẫn nhau, đối với bên ngoài vẫn là không thể hiện từ tính. Tuy nhiên, sau khi đặt vào từ trường mạnh bên ngoài, chúng liền sắp xếp lại theo hướng của từ trường. Chúng ta nói chất sắt từ đã bị từ hoá. Nó liền biến thành một cục nam châm. Nhưng, ở những vật liệu khác khi đặt trong từ trường, các electron trong nguyên tử không tuân "mệnh lệnh" mà "xếp hàng ngay ngắn", vẫn chuyển động hỗn độn. Đó là các vật liệu phi từ tính như đồng, nhôm, chì v.v. Ở đó các electron lại giống như một đám trẻ con không vâng lời, cho dù có đặt vào một từ trường bên ngoài mạnh hơn nữa, chúng vẫn vận động lộn xộn theo ý mình. Cho nên những vật liệu ấy không thể từ hoá, cũng tức là không có từ tính. Sở dĩ nam châm hút được sắt là vì nam châm có từ tính. Khi ở gần sắt, từ trường của nam châm liền làm cho cục sắt bị từ hoá. Giữa các cực khác nhau của nam châm và cục sắt sinh ra lực hút, cục sắt liền "dính" chặt vào nam châm. Song các kim loại như đồng, nhôm, chì v.v. không thể bị từ trường của nam châm từ hoá, không sinh ra được từ tính, vì vậy nam châm đành bất lực đối với chúng. Nam châm vĩnh cửu mà chúng ta thường gặp có hai loại: nam châm nhân tạo và nam châm thiên nhiên. Nam châm nhân tạo được chế tạo bằng cách đặt nguyên liệu có tính sắt từ vào trong từ trường, làm cho nó từ hoá. Sau khi rút bỏ từ trường bên ngoài, điện tử trong nguyên liệu có tính sắt từ vẫn duy trì "hàng lối chỉnh thể", thể hiện từ tính rất mạnh đối với bên ngoài. Còn nam châm thiên nhiên là một loại đá quặng sắt trong thiên nhiên, dưới tác động từ hoá của từ trường Trái Đất, nó có mang từ tính vĩnh cửu. Từ khoá: Nam châm; Miền từ; Từ hoá; Nam châm nhân tạo; Nam châm thiên nhiên. Hiểu rõ nguyên lí hút sắt của nam châm rồi, nhưng bạn đã làm thử thí nghiệm này hay chưa: nếu nung cho nam châm đỏ hồng lên, liệu nó có còn hút được sắt? Có còn từ tính nữa không nhỉ? Thí nghiệm cho thấy, nam châm sau khi nung đỏ, nó liền mất đi từ tính. Đó là vì sao vậy? Chúng ta biết rằng, nam châm có từ tính là vì bên trong nam châm có rất nhiều miền từ đang sắp xếp hàng lối ngay ngắn theo cùng một hướng. Khi các đinh sắt ở gần nam châm, bị từ trường của nam châm từ hoá, cũng biến thành "nam châm nhỏ", từ cực khác nhau của chúng hút nhau, nam châm liền hút chặt lấy đinh. Nhưng, theo đà nhiệt độ tăng cao, chuyển động nhiệt của phân tử trong nam châm tăng mạnh. Khi ấy, hướng sắp xếp của miền từ liền không quy tắc, lắc lư sau, trước, trái, phải, từng miền từ một biến thành tự do tản mạn, dần dần ngả về trạng thái vô trật tự, kết cục dẫn tới từ tính bị suy yếu. Khi nam châm nóng đỏ lên, nhiệt độ tăng cao đến một giá trị nào đó, chuyển động nhiệt của phân tử dữ dội làm cho miền từ trở lại trạng thái hoàn toàn vô trật tự, nam châm liền hoàn toàn mất từ tính. Các nhà vật liệu học gọi nhiệt độ sắt từ hoàn toàn mất từ tính là "nhiệt độ Curie". Nhiệt độ Curie của sắt thép là 769°C. Bây giờ bạn đã hiểu vì sao nam châm nung đỏ không hút được sắt. Cùng với nguyên lí như vậy, nếu ngược lại đốt nóng cho đinh sắt đỏ lên, nam châm cũng không hút được nó. Trong nhà máy luyện thép, người ta dùng cần cẩu điện từ nhấc nguyên liệu gang v.v. cho vào lò luyện thép, nhưng lại không sao dùng cần cẩu điện từ để mang thép thỏi vừa mới sản xuất đi chỗ khác. Trên cần cẩu điện từ có một nam châm điện rất lớn. Lợi dụng nam châm điện hút gang tất nhiên không có vấn đề gì, nhưng đối với thép thỏi vừa mới đông cứng thì nó đành bất lực. Vì nhiệt độ của thép thỏi lúc ấy cao tới 1400°C cho dù hơi nguội đi thì trong thời gian ngắn cũng có nhiệt độ trên nghìn độ Celsius, vượt rất xa nhiệt độ Curie của sắt thép, thép thỏi mất tính sắt từ, miền từ bên trong không thèm để ý đến từ trường của nam châm điện, từng cái từng cái vẫn rất sống động. Thép thỏi không bị từ trường bên ngoài từ hoá, nam châm điện cũng đành bó tay. Người ta chỉ còn cách dùng bánh xe guồng để chuyển dịch các thép thỏi vừa mới đúc xong. Thực ra, ngoài nhiệt độ cao có thể phá hoại tính sắt từ ra, chấn động dữ dội, từ trường cao tần cũng sẽ làm cho từ tính của nam châm suy yếu hoặc mất đi. Từ khoá: Nam châm; Miền từ; Nhiệt độ Curie; Nam châm điện. Tác dụng của điện trong cuộc sống của chúng ta thì không nói cũng rõ. Máy giặt, tủ lạnh, lò vi sóng, tivi... các loại đồ điện gia dụng đều không tách rời với điện được. Nhà máy, trường học, cửa hàng cũng không thể không có điện. Người ta dùng điện để chiếu sáng, sưởi ấm, làm lạnh, truyền tin... Có điện, cuộc sống của chúng ta ngày càng thoái mái, ngày càng tiện lợi. Thế thì, điện từ đâu đến nhỉ? Điện mà chúng ta thường sử dụng là điện thành phố 220 vôn, đến từ nhà máy điện. Trong nhà máy điện, máy phát điện phát ra điện, rồi lại thông qua các đường tải điện đưa đến hàng ngàn, hàng vạn hộ gia đình. Vậy thì, điện do máy phát điện "chế tạo" ra đấy ư? Không! Điện không phải được tạo ra một cách không có cơ sở. Điện tức là điện năng, nó là một loại năng lượng. Ngày thường, chúng ta hay nói dùng hết bao nhiêu điện, kì thực là chỉ sự tiêu hao bao nhiêu điện năng. Ví dụ như lò sưởi điện phải dùng điện, khi ấy chính là chuyển đổi điện năng thành nhiệt năng. Còn máy phát điện thì ngược lại, nó chuyển đổi năng lượng của các dạng năng lượng khác thành điện năng. Trong nhà máy thuỷ điện, nước chảy có cơ năng. Khi dòng nước đẩy tuabin nước quay, làm cho cụm nam châm của máy phát điện quay theo, sinh ra từ trường biến đổi. Từ trường biến đổi lại cảm ứng ra dòng điện trong cuộn dây quấn ở xung quanh. Thế là máy phát điện phát ra điện. Vì vậy, thuỷ điện làm chuyển đổi cơ năng của dòng nước thành ra điện năng. Trong nhà máy phát điện bằng sức gió, từng hàng từng hàng cánh quạt gió to lớn đồng thời quay, kéo máy phát điện quay theo và phát ra điện. Đó là tiêu hao cơ năng của không khí chuyển động để sinh ra điện năng. Trong nhà máy nhiệt điện, đốt các nhiên liệu như than đá, dầu mỏ, ga thiên nhiên v.v. đun nước trong lò hơi thành hơi nước, hơi nước đẩy tua bin khí quay, điện được phát ra. Đó là chuyển đổi hoá năng được giải phóng ra khi đốt cháy nhiên liệu thành điện năng. Theo đà sử dụng điện năng ngày càng rộng rãi, lượng nhu cầu của con người đối với nó cũng ngày càng lớn. Còn trữ lượng của tài nguyên thiên nhiên trên Trái Đất như than đá, dầu mỏ, ga thiên nhiên v.v. lại cạn kiệt dần dần. Lấy tốc độ tiêu hao hiện nay mà xét, trữ lượng dầu mỏ chỉ còn đủ cho loài người sử dụng khoảng 70 năm nữa. Tài nguyên than đá tuy có phong phú hơn một ít, song nhiều nhất cũng chỉ đủ dùng cho 500 năm. Sự cạn kiệt của nguồn năng lượng đã trở thành một vấn đề nghiêm trọng mà loài người sắp phải đối mặt. Các nhà khoa học phát hiện, trong hạt nhân nguyên tử có ẩn chứa năng lượng lớn lao, gọi là nguyên tử năng lượng. Một kilo urani-235 khi xảy ra phản ứng phân hạch, nguyên tử năng lượng được giải phóng tương đương với năng lượng được giải phóng khi đốt khoảng 2700 tấn than tiêu chuẩn. Có thể dùng nguyên tử năng lượng để phát điện không nhỉ? ở nhà máy điện hạt nhân, chính là dựa vào việc đốt cháy nhiên liệu hạt nhân để phát điện. Nhiên liệu hạt nhân hiện dùng chủ yếu là urani và thori. Một loại nhiên liệu hạt nhân khác - đơteri, có thể giải phóng năng lượng nhiều hơn. Trữ lượng của đơteri trong nước biển có thể cung cấp cho loài người sử dụng 10 triệu năm! Làm thế nào để lợi dụng năng lượng bên trong đơteri nhỉ? Các nhà khoa học vẫn đang không ngừng nghiên cứu tìm tòi. Do khó khăn về mặt kĩ thuật quá lớn, hiện nay vẫn chưa thể dùng nó để phát điện. Sử dụng năng lượng nguyên tử vào mục đích hoà bình là một vấn đề hàng đầu của các nhà vật lí hiện tại. Từ khoá: Điện năng; Nhà máy điện; Máy phát điện; Thuỷ điện; Phát điện bằngsức gió; Nhiệt điện; Nguyên tử năng.