Cột thu lôi

Cột thu lôi hay cột chống sét là một thanh kim loại hoặc vật bằng kim loại được gắn trên đỉnh của một tòa nhà, điện ngoại quan bằng cách sử dụng một dây dẫn điện để giao tiếp với mặt đất hoặc "đất" thông qua một điện cực, thiết kế để bảo vệ tòa nhà trong trường hợp sét tấn công. Sét sẽ đánh xuống mục tiêu là công trình xây dựng và sẽ đánh vào cột thu lôi rồi được truyền xuống mặt đất thông qua dây dẫn, thay vì đi qua tòa nhà, nơi nó có thể bắt đầu một đám cháy hoặc giật điện gây ra. Đây là một công cụ rất hữu ích với con người, có thể giúp chúng ta giảm thiểu nguy cơ từ sét.

Sự ra đời

Cột chống sét ra đời vào năm 1752 bởi nhà khoa học người Mỹ Benjamin Franklin. Khi đó, ông đã làm thí nghiệm về điện trong khí quyển rất nổi tiếng. Ông đã buộc một chiếc diều vào một chiếc cột nhà, ở đó ông cũng buộc một chiếc chìa khóa. Sau đó, cơn giông ập tới, mưa bắt đầu xối xả, thám ướt vào chiếc dây của diều. Sấm sét lúc đó cũng rất đáng sợ, đánh vào con diều. Do bị ẩm ướt nên con diều có khả năng dẫn điện. Franklin đã sờ vào chìa khóa đã cảm thấy bị điện giật rất đáng sợ. Sau đó, ông dùng chai Leyden (hình thức ban đầu của tụ điện) để tích điện và đã tích một lượng điện lớn. Benjamin Franklin thực hiện thí nghiệm này với con trai là William Franklin. Thật may mắn cho Benjamin vì 10 năm sau đó, nhà vật lý người Nga gốc Đức Georg Wilhelm Richmann đã bị sét đánh chết khi cũng thực hiện thí nghiệm tương tự.
Nhờ có thí nghiệm nói trên, Benjamin Franklin đã mạnh dạn sử dụng cột thu lôi đầu tiên tại Philadelphia. Sau nhiều ngày dông bão, căn nhà của ông, nơi đặt chiếc cột thu lôi đó, không hề bị ảnh hưởng. Thấy vậy, dân chúng vùng Philadelphia cũng làm theo. Dần dần, cột thu lôi trở nên phổ biến.
Sau này, Benjamin Franklin đã cho thấy sự hữu ích của cột thu lôi trong cuốn The Poor Richard Almanach.

Cấu tạo

Cột thu lôi gồm có một cái thanh kim loại dài nối từ đỉnh của một công trình đến mặt đất. Ở trên cùng, cột thu lôi có một cái đầu nhọn để có thể tập trung tia sét. Sau này, để tăng mức độ an toàn, người ta cho lắp thêm một cái vỏ bên ngoài bằng sứ, ngăn chặn những ảnh hưởng có thể có của sét vào các công trình.

Nguyên lý hoạt động

Cột thu lôi chỉ hoạt động khi có trận giông bão. Lúc ấy, các đám mây đã tích điện tích âm và mặt đất tích điện tích dương. Giữa mây và mặt đất có hiệu điện thế rất lớn. Khi đó, sét được hình thành. Những chỗ nhô cao trên mặt đất giống như những mũi nhọn là nơi có điện trường mạnh nhất. Sau khi hình thành, sét sẽ đánh vào những chỗ đó nhiều nhất (chính vì vậy khi khi có sấm sét dữ dội ta không nên đứng trên nhô đất cao hoặc trú dưới gốc cây mà nên nằm xuống đất). Khi đó, cái mũi nhọn của chiếc cột thu lôi sẽ phát huy tác dụng. Do cao và nhọn, cột thu lôi sẽ có điện trường lớn, nên sét sẽ đánh vào đó. Sau khi bị sét đánh, nó dẫn dòng điện ấy xuống dưới mặt đất. Dòng điện ấy sẽ được trung hòa về điện, bởi lúc này đất mang điện tích dương, còn dòng điện trong cột thu lôi mang điện tích âm

Tác dụng

Phạm vi bảo vệ của hệ thu lôi là khoảng không gian quanh hệ thu lôi, bao bọc và bảo vệ về mặt chống sét cho công trình và người ở bên trong, được xác định bằng thực nghiệm.
Phạm vi bảo vệ của hệ thu lôi phụ thuộc vào chiều cao của cột thu lôi (cao độ đỉnh kim). Cột thu lôi càng cao thì phạm vi bảo vệ càng lớn.

Hệ hai kim thu lôi cao khác nhau kết hợp bảo vệ

Từng cột thu lôi riêng rẽ có phạm vi bảo vệ độc lập giống như cột đơn, nên vùng không gian phía ngoài khoảng 2 cột về mỗi cột phạm vi bảo vệ của hệ giống như trường hợp từng cột đứng độc lập.