Tia sét
Hình thành > Sự tích điện

Chi tiết quá trình tích điện trong cơn dông vẫn đang được các nhà khoa học nghiên cứu, nhưng đã có một vài ý kiến thống nhất chung. Một cơn dông được hình thành khi có một khối không khí nóng ẩm chuyển động, trong đó khu vực trung tâm của đám mây dông là khu vực xảy ra sự tích điện trong đám mây chủ yếu, nơi có luồng không khí di chuyển hướng lên rất nhanh (gọi là updraft) do đối lưu và nhiệt độ từ −15 đến −25 °C (5 đến −13 °F). Ở đó, nhiệt độ thấp cùng với sự chuyển động nhanh của luồng không khí đi lên tạo ra một hỗn hợp gồm các giọt mây trong trạng thái siêu lạnh (tức các giọt ở thể lỏng dưới điểm đóng băng), các tinh thể băng nhỏ và graupel (mưa đá mềm). Dòng không khí đưa các giọt mây siêu lạnh và tinh thể băng nhỏ nhẹ lên trên, về phía đỉnh đám mây dông; trong khi các hạt graupel nặng và đặc hơn có xu hướng rơi xuống phần dưới đám mây hoặc lơ lửng trong dòng không khí.
Các chuyển động ngược chiều nhau của các hạt ngưng đọng khác nhau sẽ dẫn tới sự va chạm. Khi có va chạm giữa các tinh thể băng và các hạt mưa đá mềm, các tinh thể băng bị nhiễm điện dương và hạt mưa đá mềm bị nhiễm điện âm do cọ xát (xem H1). Các tinh thể băng tiếp tục bị đẩy lên phía đỉnh đám mây, và các hạt mưa đá mềm sẽ lơ lửng hoặc đi xuống phần phía dưới. Do đó trong đám mây dông sẽ phân li thành hai miền điện tích trái dấu chính: Miền điện tích âm ở phía dưới và miền điện tích dương ở phía trên (xem H2). Do tác động của chuyển động không khí đi lên trong cơn bão và gió trên cao trong khí quyển, đỉnh đám mây nơi có điện tích dương thường bị tản ra theo phương ngang một khoảng xa đáng kể so với chân đám mây. Khu vực này của đám mây dông vì thế trông giống hình cái đe và được gọi là vùng (đỉnh) hình đe hoặc vùng chóp đe.
Mặc dù quá trình tích điện mô tả ở trên là chủ yếu bên trong đám mây, một số điện tích có thể bị tái phân bố do tác động của các chuyển động không khí lên và xuống. Ngoài ra, một khu vực điện tích dương mỏng nhưng đáng kể phía đáy của đám mây (H2.) được hình thành do mưa và nhiệt độ ấm hơn ở gần mặt đất.
Người ta hiểu được rằng có sự phân tách và tái hợp điện tích giữa các miền đám mây, nhưng cơ chế điện hóa của quá trình thì vẫn chưa rõ.
Sự phân tách điện tích do cảm ứng và hiệu ứng điện ma sát ở nước tinh khiết thể lỏng đã được biết tới từ những năm 1840. William Thomson (Lord Kelvin) đã mô tả sự phân tách điện tích của nước có thể xảy ra tại các điện trường gần bề mặt Trái Đất và dựa vào hiểu biết đó ông đã phát triển một thiết bị đo điện trường liên tục.
Sự phân li vật lý của các điện tích thành những vùng khác nhau của nước thể lỏng đã được thực nghiệm bởi Kelvin với một thiết bị nhỏ giọt nước, trong đó các phần tử mang điện tích có khả năng nhất đã được cho là các ion hydro và ion hydroxide dạng nước. Sự tích điện của nước đá thể rắn cũng đã được xem xét và các thành phần điện tích một lần nữa được cho là ion hydro và ion hydroxide.
Một electron là không ổn định trong nước thể lỏng với một ion hydroxide cộng với hydro hòa tan trên quy mô thời gian liên quan đến các cơn dông bão, hơn nữa, các hạt mang điện tích trong tia sét chủ yếu là các electron trong thể plasma. Do đó quá trình đi từ các điện tích dưới dạng ion (ion hydro dương và ion hydroxide âm) của nước thể lỏng hoặc rắn sang các electron của một tia sét phải liên quan đến một loại quá trình điện hóa, tức là gồm sự oxi hóa và/hoặc sự khử của các thành phần hóa học.