Nguồn gốc phát hiện sét và cột thu lôi

1 Nhà khoa học Benjamin Franklin

Benjamin Franklin (1706-1790), người mỹ, là một người có tài năng trên nhiều lĩnh vực. Ông là một luật sư, lại là một chính trị gia xuất sắc. Hơn nữa ông còn là khoa học tự học thành tài. Benjamin Franklin sinh ra trong một gia đình thương nhân. Cha ông, Josiah Franklin, là một người làm nến, xà phòng và bán hàng tạp hóa, người vợ thứ hai của ông, Abiah Folger, là mẹ của Benjamin. Hai cuộc hôn nhân của Josiah mang lại 17 người con; Franklin là con thứ mười lăm và là con trai nhỏ tuổi nhất. Josiah từng muốn Franklin tới trường dòng nhưng chỉ có đủ tiền cho ông theo học trong hai năm. Ông đã theo học tại Trường Latinh Boston nhưng không tốt nghiệp; ông tiếp tục học bằng cách đọc những cuốn sách có được. Sự học của Franklin chấm dứt khi ông lên mười. Sau đó ông làm rất nhiều việc như công nhân in ấn, xuất bản tạp chí, làm báo. Khi có điều kiện kinh tế nhất định, ông xây dựng thư viện công cộng đầu tiên ở mỹ, đồng thời sáng lập Viện khoa học Philadelphia.

1.1 Sự nghiệp chính trị:

Với vai trò một chính trị gia và một nhà ngoại giao, ông là một nhân vật quan trọng trong việc phát triển các quan hệ thân thiện Pháp-Mỹ. Ông là người sớm đề xướng về sự thống nhất của các thuộc địa. Franklin đã trở thành một anh hùng quốc gia tại Mỹ khi ông dẫn đầu nỗ lực đòi Nghị viện Vương quốc Anh huỷ bỏ một Đạo luật tem thư gây mất lòng dân. Từ năm 1775 tới năm 1776, Franklin là Tổng giám đốc Bưu điện thuộc Đại hội Thuộc địa và từ năm 1785 tới năm 1788 là Chủ tịch Hội đồng Hành pháp Tối cao Pennsylvania.

Franklin là một chiến binh kì cựu trong chiến tranh giành độc lập Mỹ. Ông tham gia soạn thảo Tyên ngôn độc lập cùng Hiến pháp Mỹ. Franklin tích cực chủ trương bải bỏ chế độ nô lệ. Năm 1970, Franklin đã đệ đơn kiến nghị bãi bỏ chế độ nô lệ lên Quốc hội Mỹ.

1.2 Cống hiến của franklin đối với khoa học:

Franklin là nhà khoa học, nhà phát minh và nhạc sĩ đầu tiên của Mỹ nổi tiến quốc tế. Ông đã đưa ra nhiề danh từ chuyên môn ngành điện như: điện dương, điện âm, dẫn điện , pin, nạp điện, phóng điện. Pranklin mượng khái niệm âm dương trong toán học để diển tả tính chất của điện tích. Ông là người đầu tiên đưa ra ý tưởng cột thu lôi, sau đó chế tạo cột thu lôi. Franklin không những có thành tựu về điện học, ông còn nghiên cứu nhiệt học, âm học toán học, hải dương học. Franklin có một loạt phát minh như lò bếp kiểu mới, cột thu lôi, đồng hồ ba vòng, kính hai tiêu cựu, máy nướng thịt tựu động, nhạc cụ thủy tinh, phát hiện nguyên lý làm lạnh bằng bay hơi. Vì vậy Franklin được Đại học Harvard, Đại học Oxford, Đại học Edinburgh, Đại học Andrew trao tặng học vị thạc sĩ, tiến sĩ.

2. Thí nghiệm thả diều nổi tiếng:

2.1 Hình thành sét:

Sét là một hiện tượng thời tiết. Trong quá trình hình thành mây, một số đám mây có điện tích dương, một số đám mây có chứa điện tích âm. Chúng làm mặt đất bị cảm ứng tĩnh điện sinh ra điện tích trái dấu. Giữa hai đám mây mang điện tích trái dấu hoặc giữa đám mây và mặt đất lúc này như hai bản cực của tụ điện còn không khí là lớp điện môi. Điện tích được tích tụ giữa hai bản cực. Đến khi lượng điện đủ lớn không khí trở nên dẫn điện. Điện tích đi xuyên qua không khí trung hòa nhau hình thành tia sét.

Trước thế kỷ 18, con người không thể nhận thức chính xát sét là gì. Khi đó một số người coi đó là cơn giận của Thượng Đế. Giớ khoa học cho sấm sét là một vụ nổ của chất khí. Từ sau khi loài người dùng máy phát điện ma sát và chai leyden để tạo ra tia lửa điện nhiều nhà khoa học đã liên tưởng tia lửa điện với sấm sét có quan hệ. Franklin cho rằng tia chớp và tia lửa ddienj có những điểm giống nhau:

1. – Phát sáng
2. – Có màu sắt ánh sáng
3. – Hình dạng ngoàn nghèo
4. – Di chuyển nhanh
5. – Có thể truyền qua kim loại
6. – Khi nổ có tiếng nổ
7. – Tồn tại dưới nước hoặc trong băng
8. – Khiến vật thể cvhungs đi qua bị vỡ
9. – Nguy hại với đọng vật
10. – Làm chảy kim loại
11. – Làm cháy chất dễ cháy
12. – Có mùi luu huỳnh

2.2 Chứng minh bản chất của sét:

Để chứng minh đám mây sinh ra chớp có điện hay không Franklin đưa ra một thí nghiệm sau: Khi mây chứa sét hạ xuống, dùng chớp để nạp điện cho chai Leyden. Nếu chớp và tia lửa điện cùng loại thì có thể nạp điện cho chai Leyden.

Ngày 10-6-1952, Ý tưởng thu điện từ đám mây dông của Franklin được Thomas François Dalibard thực hiện. Ông dùng một cột thép cao 12,2m đường kính 0,3m để thu điện từ đám mây.

Ngày 15 tháng 6 năm 1952, Franklin cùng con trai ông thực hiện thí nghiệm thả diều lừng danh ở Philadelphia. Ông thả một con diều lên cao, đầu dưới buộc dây vãi lụa để cách điện và một chiết chìa khóa. Khi thả diều, tay cầm dây vãi khô là chất cách điện, dây diều ước và chìa khóa dẫn điện. Khi đám mây chứa điện tích hạ xuống tầng trời thấp. Franklin đưa tay gần chìa khóa nhưng không chạm vào, giữa tay ông và chìa khóa xuất hiện tia lửa điện. Đưa dây dẩn vào chai Layden có thể nạp điện cho chai Leyden. Thông qua thí nghiệm này có thể chứng minh bản chất của sét là điện.

3. Phát minh cột thu lôi:

Franklin tiến hành một thí nghiệm sau: treo một nút li e gần một quả đạn pháo bị nhiểm điện do ma sát. Nút li e bị quả đạn pháo đẩy ra rồi nằm yên ở đó. Đưa một kim kim loại nhọn lại gần đạn pháo, nút li e trở lại vị trí ban đầu, dường như cây kim làm quả đạn mất điện từ. Quan sát thí nghiệm trong tối ông phát hiện có ánh lửa ở đầu nhọn của kim. Franklin nhận thấy vật có đầu nhọn dể hút và phóng điện hơn vật có hình dạng khác. Franklin lập tức có ý tưởng đưa thanh kim loại đầu nhọn lên trên đỉnh các công trình xây dựng. Điện tích của đất cảm ứng với đám mây trên trời qua dây dẩn tập trung về đầu kim thu sét. Do mật độ điện tích tập trung rất mạnh nên không khí xung quanh nó bị điện li. Lúc này, Không khí là mang điện tích nhờ điện trường đưa lên mây. Nhờ đó, Điện tích tích tụ trong đám mây giông bị suy hao không hình thành tia lửa điện đánh xuống đất.

Sau một loạt những thí nghiệm tại chính nhà của Franklin, các cột thu lôi đã được lắp đặt trên Hàn lâm viện Philadelphia (sau này là Đại học Pennsylvania) và Tòa Thị chính Pennsylvania (sau này là Independence Hall) năm 1752.