Cột thu lôi – Một công cụ chống sét hiệu quả

Dụng cụ thí nghiệm của ông rất đơn giản chỉ với một chiếc diều lớn, dùng lụa thay cho giấy như thông thường để căng lên khung diều. Phía đầu chiếc diều được lắp thêm một đoạn dây thép mài nhọn để thu chớp. Dây diều thì một đầu buộc vào diều, một đầu buộc vào chiếc chìa khóa, sau đó từ chìa khóa buộc một dải lụa khô ráo, để người cầm vào dải lụa không bị điện giật. Khi dây diều bị mưa làm ướt thì thực chất là đã trở thành dây dẫn điện. Chiếc chìa khóa đóng vai trò như dụng cụ đoản mạch điện. Vì thiết bị này vốn rất nguy hiểm nên Franklin đã tích điện vào một bình Leyde. Những thí nghiệm đã chứng minh tính chất của tia chớp không khác gì điện nhân tạo. Vào thời đó, con người đã biết giữa những đám mây có hiện tượng phóng tia lửa điện với vận tốc của ánh sáng, nhanh hơn vận tốc của tiếng động nên người ta trông thấy tia chớp trước, vài giây sau mới nghe thấy tiếng nổ, đó là “sấm”. Nếu có đám mây dông tích điện đi gần mặt đất tới những khu vực trống trải, gặp một vật có độ cao như cây cối, người cầm cuốc, xẻng… thì sẽ có hiện tượng phóng tia lửa điện giữa đám mây và mặt đất. Đó là hiện tượng sét đánh. Dòng điện do sét đánh có thể đạt tới vài vạn ampe, nhiệt độ ở giữa nơi phóng điện cũng đạt tới vài vạn độ C. Người ta đã từng ví cơn dông như một nhà máy điện có công suất hàng tỷ volt, nguồn điện của một tia sét xuất hiện trong cơn dông có thể dùng để thắp sáng bóng đèn 100W trong vòng 3 tháng. Với cường độ mạnh như vậy, dông sét là một trong số những hiểm họa đối với tính mạng con người và gây ra những thiệt hại rất lớn về tài sản vật chất.

Từ thí nghiệm này, Franklin đưa ra kết luận rằng sét thường bị hút bởi các đầu nhọn bằng kim loại và ông cũng chứng minh các đám mây thường chứa điện âm. Khi thử lại với chai Leyde, Franklin thấy cùng kết quả. Sau đó, ông tiến hành những thí nghiệm để tạo ra cột thu lôi. Ông làm một gậy sắt nhỏ dài hơn 3m, nhọn đầu, lắp đặt lên nóc ống khói. Lại dùng dây kim loại để một đầu gắn chặt vào gậy sắt, một đầu buộc vào một ống nước chạy ngầm dưới mặt đất. Sau khi phát minh ra cột thu lôi, ông dựng ngay trên nóc nhà của mình một cột rồi sau lại cải tiến thêm.

Đến nay, cột thu lôi trở thành vật không thể thiếu với các công trình có độ cao như nhà cao tầng, cột điện, cột viễn thông, cột cờ… Cột thu lôi do ba bộ phận cấu thành là cột thu lôi trực tiếp, dây dẫn xuống dưới và thiết bị tiếp đất. Mỗi bộ phận đều phải có điện trở rất nhỏ, mặt cắt phải đạt tới mức độ nhất định để chịu được dòng điện cực lớn khi sét đánh qua. Cột thu trực tiếp thường là miếng gang tròn hoặc ống gang mạ kẽm có đường kính lớn hơn 4cm và dài khoảng trên 2m, nó phải được lắp đặt trên nóc các tòa nhà cao tầng hoặc trên đỉnh ống khói. Dây tiếp đất nối liền cột thu lôi trực tiếp với thiết bị tiếp đất, có thể làm bằng dây mạ kẽm hoặc thanh sắt nhỏ. Thiết bị tiếp đất phải được chôn ở một độ sâu nhất định dưới lòng đất và phải tiếp xúc tốt với mặt đất để dẫn dòng điện khi bị sét đánh. Cũng có thể sử dụng cực tiếp đất tự nhiên như ống nước máy, ốn nước thải để làm thiết bị tiếp đất.

Ngoài ra, khi chớp có mang dòng điện tiếp cận với các công trình kiến trúc cao tầng hoặc các thiết bị, điện tích mà chúng cảm ứng sẽ men theo đỉnh cột thu lôi và tiếp tục phóng điện ở đầu nhọn để trung hòa với sét. Vì thế mà cột thu lôi có thể tránh được sét.

Vậy cột thu lôi lắp ở độ cao nào là tốt nhất? Tất nhiên là càng cao càng tốt, lắp càng cao, phạm vi bảo vệ càng lớn. Nhưng cũng không được quá cao, vì nếu lắp cao quá, độ chắc chắn của cột thu lôi sẽ không đảm bảo, khi gặp gió lớn có thể sẽ bị nghiêng hoặc đổ, làm mất tác dụng của cột thu lôi. Vì vậy, trên một số cong trình có phạm vi tương đối lớn, người ta thường lắp nhiều cột thu loi, như vậy sẽ đảm bảo an toàn cho công trình.

Một điều chúng ta cần đặc biệt lưu ý, vào những ngày trời có sấm sét, người đi đường tuyệt đối không nên trú dưới các gốc cây to. Bởi vì, khi sét phóng điện xuống mặt đất, các cây cao hơn mặt đất sẽ là đường dẫn điện tốt nhất. Nếu trú mưa dưới những gốc cây đó nhiều khả năng sẽ bị sét đánh và điều này rất nguy hiểm đến tính mạng.