🔬 Vì sao cá chình điện có thể sinh ra điện?

Cá trình điện thực ra không phải cá chình, mà là một loại cá thuộc bộ cá chép. Nó sinh sống ở dải sông Orinoco và sông Amazôn Nam Mĩ. Vì thân mình nó dài dài rất giống với cá chình, dựa vào phóng điện để bắt mồi và tự vệ, nên người ta gọi nó là cá chình điện. Cá chình điện sinh ra điện như thế nào nhỉ? Điều đó có liên quan với kết cấu của thân thể nó. Nói chung có tới bốn phần năm chiều dài của thân thể nó là do các tế bào sinh điện tổ hợp thành. Những tế bào đầu mút dây thần kinh này xếp chặt vào nhau, một tế bào tương đương với một viên pin nho nhỏ. Thông thường một tế bào dài khoảng 0,1 mm, có thể sinh ra điện áp 0,14 vôn. Rất nhiều tế bào như vậy xếp chồng vào nhau như kiểu nhiều viên pin ghép nối tiếp nhau, có thể thu được điện áp rất cao. Cũng giống như chiếc rađiô bán dẫn mà bạn dùng cần có nguồn điện 3 vôn, bạn có thể lấy hai cục pin 1,5 vôn đấu nối tiếp thì sẽ có được một điện áp 3 vôn. Trong thân thể của một con cá chình điện nhỏ, 1 cm độ dài có thể có 230 tế bào đầu mút dây thần kinh có thể sinh ra điện, cũng tức là có thể sinh ra điện áp 32 vôn. Cá chình điện lớn, số lượng tế bào trong 1 cm độ dài của thân mình ít hơn một chút, song thể tích của tế bào lại lớn hơn một ít, thân mình nó cũng dài hơn. Những tế bào này tập trung ở phần đuôi của cá chình. Khi cá chình điện phát hiện con mồi hoặc gặp nguy hiểm, nó liền phóng ra dòng điện mạnh, điện áp có thể cao tới 400 - 600 vôn. Phóng điện vừa có thể giết chết hoặc làm choáng váng ếch, cá con v.v., giúp cho cá chình điện bắt được mồi, lại vừa có thể trong cơn nguy cấp, đánh trúng kẻ thù, giúp cho cá chình điện tự vệ. Ngoài những điều đó ra, phóng điện còn có thể dẫn đường cho cá chình điện, vì sau khi trưởng thành thì hai mắt của nó bị mờ đi. Ngoài cá chình điện ra, còn có nhiều loại cá có thể sinh ra điện, ví dụ như cá diêu điện, cá vòi voi v.v., tổng cộng tới vài trăm loại! Nguyên lí phóng điện của chúng cũng giống như của cá chình vậy. Từ khoá: Cá chình điện; Phóng điện. Do có những ưu điểm: giá rẻ, chạy chính xác, tiện dùng v.v., đồng hồ thạch anh ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Ai cũng biết rằng, cấu kiện cốt lõi của đồng hồ cơ khí là dây cót và bánh lắc điều khiển các kim chỉ thời gian. Vậy đồng hồ thạch anh dùng phương pháp gì để tính giờ nhỉ? Trên mặt đồng hồ thạch anh nói chung đều có ghi tiếng Anh chữ QUARTZ, nghĩa là thạch anh. "Quả tim" của đồng hồ thạch anh chính là miếng tinh thể thạch anh nhỏ ở bên trong. Thạch anh là silic đioxit, là thành phần chủ yếu của sa thạch. Trong sa thạch còn có chứa nhiều tạp chất khác. Phân tử silic đioxit tinh khiết, thông qua sự sắp xếp có quy tắc, cấu thành một tinh thể, đó tức là tinh thể thạch anh. Khi tinh thể thạch anh chịu áp lực xảy ra biến dạng, ở hai bên của nó liền sinh ra điện áp. Đó là hiệu ứng áp điện. Lợi dụng hiệu ứng áp điện mà tinh thể thạch anh có được, có thể chuyển đổi tín hiệu dao động cơ học thành tín hiệu điện xoay chiều. Người ta còn biết rằng, tần số dao động của tinh thể thạch anh phụ thuộc vào hình dạng và kích thước hình học của tinh thể. Nếu cắt tinh thể theo một hướng nhất định, có thể làm cho dao động của nó chỉ có một tần số, tức là tần số dao động riêng của tinh thể. Dùng tần số dao động riêng của tinh thể thạch anh để điều khiển mạch điện tử, sinh ra điện trường xoay chiều có cùng tần số, rồi lại qua bộ phận phân tần phân ra tần số thấp cần thiết, thì có thể thúc đẩy kim đồng hồ chạy, chỉ ra thời gian tương ứng. Tính chính xác của đồng hồ phụ thuộc chủ yếu vào tần số dao động của linh kiện dao động mà nó sử dụng. Tần số dao động này càng cao, sai số trong một đơn vị thời gian sẽ càng nhỏ, đồng hồ sẽ chạy càng chuẩn xác. Tần số dao động riêng của tinh thể thạch anh được dùng trong đồng hồ thạch anh có thể cao đến 65536 hec, hoặc thậm chí còn cao hơn. Còn tần số dao động của đồng hồ đeo tay cơ khí chỉ có vài hec. Cho nên đồng hồ thạch anh chạy đúng giờ hơn đồng hồ đeo tay cơ khí rất nhiều, sai số mỗi ngày có thể không vượt quá một phần vạn giây! Cũng với nguyên lí như vậy, lợi dụng dao động nguyên tử có tần số dao động càng cao, các nhà khoa học có thể chế tạo ra đồng hồ nguyên tử chạy 100 năm mà sai số dồn lại không đến một giây. Từ khoá: Tinh thể thạch anh; Đồng hồ; Hiệu ứng áp điện; Tần số dao động; Đèn ống tiết kiệm điện hơn đèn dây tóc, vì nó phát ra ánh sáng lạnh. Nó không cần phải có rất nhiều điện năng chuyển đổi thành nhiệt năng như kiểu đèn dây tóc, lãng phí một cách vô ích. Cho nên hiệu suất phát sáng của đèn nêon tương đương với bốn lần của đèn dây tóc. Song con người vẫn nghĩ cách nâng cao hiệu suất phát sáng của đèn ống hơn nữa. Các nhà khoa học về nguồn sáng điện chú ý đến mối quan hệ giữa hiệu suất phát sáng của đèn ống với chất huỳnh quang phết lên mặt trong của ống đèn. Thời kì đầu, đèn ống dùng bột hỗn hợp của silicat kẽm beryli, magie vonframat, cađimi borat, làm chất huỳnh quang, hiệu suất phát quang là 40 lumen/oat (lm/W; lumen là đơn vị thông lượng ánh sáng). Về sau dùng kali halosunfat làm chất huỳnh quang, hiệu suất phát sáng được nâng cao tới 60 lm/W. Đầu những năm 80 của thế kỉ XX, đèn ống ba màu gốc đất hiếm do hãng Philip của Hà Lan nghiên cứu chế tạo thành, làm cho đèn ống tiến một bước dài về mặt tiết kiệm điện năng. Loại đèn được gọi là nguồn sáng mới thế hệ ba này còn có tên là đèn tiết kiệm năng lượng điện tử. Nó sở dĩ tiết kiệm được điện năng là nhờ hai "phẫu thuật" lớn mà các nhà khoa học đã thực hiện đối với hệ thống phát sáng của đèn. "Phẫu thuật" thứ nhất là cải cách bột huỳnh quang, chất mà đèn ống dựa vào để phát sáng. Đèn ống kiểu mới này dùng bột huỳnh quang do các nguyên tố đất hiếm như europi oxit, ytri oxit v.v. phối chế ra. Những chất này lần lượt có thể sinh ra hỗn hợp đất hiếm có ánh áng ba màu gốc: đỏ, xanh, chàm. Nếu trộn chúng theo một tỉ lệ nhất định, rồi xịt lên mặt trong của ống đèn, sau khi có điện kích thích bức xạ có thể phát ra ánh sáng trắng gần với ánh sáng tự nhiên của vạch quang phổ. Hiệu suất phát sáng của nó cao tới trên 85 lm/W, nâng cao lên được 40% nữa so với đèn ống bình thường. Trong khi tìm đủ mọi cách để cải tiến chất huỳnh quang, cùng lúc ấy, các nhà khoa học phát hiện, tần số nguồn điện của chấn lưu đèn ống cũng có quan hệ chặt chẽ với hiệu suất phát sáng. Nếu nâng cao tần số nguồn điện từ 50 hec (Hz) thông thường đến 10000 Hz, hiệu suất phát sáng có thể cao lên 20%. Đó quả là một nguồn tiết kiệm điện đáng được khai thác! Tuy nhiên, nguồn điện làm việc của cái chấn lưu đèn ống là điện thành phố thông thường, tần số cố định ở 50 hec, còn cái chấn lưu có lõi sắt mà đèn ống thông thường sử dụng chỉ có thể giữ vai trò tăng cao điện áp trong mạch điện, chứ không thể sửa đổi tần số trong mạch điện. Cho nên, các nhà khoa học phải tìm cách thực hiện hạng mục "phẫu thuật" thứ hai cho đèn ống, làm một cuộc "cách mạng" triệt để đối với kết cấu của cái chấn lưu. Trải qua nghiên cứu và thí nghiệm, cuối cùng họ đã thiết kế thành công một loại chấn lưu biến tần điện tử hoàn toàn đổi mới. Nó là mạch điện dao động cao tần do linh kiện điện tử cấu thành, chuyển đổi điện xoay chiều 50 Hz thành điện cao áp 30 - 50 kHz. Phương thức chuyển đổi loại này gọi là kĩ thuật biến áp biến tần điện tử. Chấn lưu biến tần điện tử theo thiết kế mới chẳng những nâng cao hiệu suất phát sáng của bột huỳnh quang ba màu gốc lên một bước, mà còn giảm nhẹ trọng lượng của cả cái đèn đi 80% vì đã gạt bỏ cái chấn lưu lõi sắt tự tiêu hao điện, thành thử điện năng cũng được tiết kiệm. Theo đo đạc, tính toán, cái chấn lưu lõi sắt dùng trong đèn ống thông thường có mức tiêu hao điện là 4 oat, còn chấn lưu biến tần điện tử chỉ tiêu hao khoảng 0,6 oat. Chỉ riêng điểm này thôi thì cũng đã tiết kiệm được điện năng 3,4 oat so với trước rồi. Chính là nhờ áp dụng hai biện pháp: dùng bột huỳnh quang có hiệu suất phát sáng cao và chấn lưu biến tần điện tử, mới làm cho hiệu suất sử dụng điện năng của đèn tiết kiệm năng lượng được nâng cao rất nhiều. Mức tiêu thụ điện của một bóng đèn điện tử ba màu gốc 11 oat chỉ bằng 17% của đèn dây tóc 60 oat có cùng một độ chói, và chỉ bằng 65% của đèn ống bình thường 15 oat có cùng một độ chói. Đèn tiết kiệm năng lượng điện tử ba màu gốc, ngoài tiết kiệm năng lượng, hiệu suất cao, màu ánh sáng đẹp ra, tuổi thọ sử dụng của ống đèn dài tới 5000 giờ. Tuy nhiên, ngoài loại đèn này ra, còn có nhiều loại đèn tiết kiệm năng lượng áp dụng chấn lưu biến tần điện tử khác nữa. Ví dụ đèn natri cao áp chấn lưu biến tần điện tử, đèn halogen điện áp thấp, đèn ống cao áp v.v. Ở những nơi cần có nguồn sáng mạnh trên diện tích rộng, đèn tiết kiệm năng lượng có thể đạt được mục đích tiết kiệm nhiều điện năng. Nếu chiếc đèn tiết kiệm năng lượng nho nhỏ có thể đi vào mọi nhà, mọi hộ thì nó sẽ phát huy tác dụng tiết kiệm điện càng lớn. Từ khoá: Đèn ống; Đèn tiết kiệm năng lượng; Hiệu suất phát sáng; Kĩ thuật biến áp biến tần điện tử; Cái chấn lưu biến tần điện tử. Nếu người ta hỏi bạn: "sóng ánh sáng và sóng điện, sóng nào truyền nhanh hơn? Chắc chắn bạn sẽ nghĩ, tất nhiên là sóng ánh sáng chạy nhanh hơn! Mọi người đều biết, sóng ánh sáng là thứ chạy nhanh nhất trên thế giới. Tốc độ lan truyền của nó là 300.000 km/s. Trong một giây, nó có thể chuyển động quanh Trái Đất đến 7,5 vòng kia đấy! Chúng ta hãy xem xét sóng điện trước đã. Sóng điện tức là sóng điện từ. Chính là thông qua việc phát xạ sóng điện từ mà đài phát thanh và đài truyền hình đưa các tiết mục đặc sắc đến hàng ngàn, hàng vạn gia đình. Chúng ta vừa bật rađiô hoặc tivi lên là lập tức có thể thu nghe hoặc thu nhìn được các tiết mục tại chỗ cách xa tới vài chục nghìn kilômét. Điện thoại di động cũng có thể lợi dụng sóng điện từ để truyền thông tin. Thông qua điện thoại di động, bạn chuyện trò cùng người thân hoặc bạn bè cứ như là ở bên cạnh mình vậy. Xem ra, tốc độ của sóng điện từ chắc cũng rất nhanh nhỉ? Đúng thế! Các nhà khoa học đo được tốc độ truyền của sóng điện từ cũng là 300.000 km/s, không hề chậm hơn sóng ánh sáng tí nào! Tốc độ của sóng ánh sáng và sóng điện từ bằng nhau, đó thuần tuý chỉ là một loại trùng hợp ngẫu nhiên chăng? Cố nhiên là không! Năm 1865, nhà vật lí người Anh, Maxwell, đã dùng nhóm phương trình của ông, tính ra tốc độ của sóng điện từ bằng với tốc độ của ánh sáng, và dựa vào đó mà mạnh dạn dự đoán: ánh sáng đúng là một loại sóng điện từ. Làm sao có thể nhập ánh sáng vào sóng điện từ được? Chúng ta có thể nhìn thấy ánh sáng, song lại chẳng hề nghe nói có thể trông thấy sóng điện từ của đài phát thanh, đài truyền hình phát ra. Kì thực thì đó là bởi lí do tần số của chúng khác nhau đấy thôi. Sóng điện từ mà mắt người có thể nhìn thấy chỉ là một dải rất hẹp, chỉ có sóng điện từ tần số từ 410 triệu - 770 triệu megahec mới có thể kích thích thị giác của người. Đó tức là ánh sáng nhìn thấy. Sóng điện từ có tần số cao hơn ánh sáng nhìn thấy lần lượt là tia tử ngoại, tia X, tia γ. Còn sóng điện từ có tần số thấp hơn ánh sáng nhìn thấy là tia hồng ngoại, vi sóng, sóng vô tuyến điện v.v. Những sóng điện từ này không sao kích thích được thị giác của người, mắt chúng ta không nhìn thấy được. Sóng điện từ do đài phát thanh, đài truyền hình phát ra là sóng vô tuyến điện có tần số từ vài trăm kilohec đến vài chục nghìn megahec. Ví dụ như Đài phát thanh Nhân dân của thành phố Thượng Hải sử dụng sóng điện từ có tần số 990 kilohec, còn điều tần FM ở đó sử dụng sóng điện từ có tần số là 103,7 megahec. Tần số của chúng cách biệt rất xa với tần số của ánh sáng nhìn thấy, cho nên mắt người hoàn toàn không nhìn thấy được. Ánh sáng và sóng điện phát ra từ đài phát thanh và đài truyền hình đều là sóng điện từ cả, chỉ có dải tần số của hai loại đó khác nhau, mà tốc độ truyền của sóng điện từ không liên quan gì với tần số, vì vậy tốc độ của sóng ánh sáng và sóng điện bằng nhau là điều tất nhiên rồi. Từ khoá: Sóng ánh sáng; Tốc độ ánh sáng;Sóng điện; Sóng điện từ. Bật công tắc lên, bóng điện sáng ngay lập tức, như kiểu điện từ công tắc chạy đến bóng đèn chẳng mất thời gian chút nào. Điện chạy mới nhanh làm sao ! Quả thực như vậy. Trong chớp mắt bạn bật công tắc, trong toàn mạch điện nhanh chóng lập nên điện trường. Có rất nhiều electron tự do tồn tại trong mạch điện. Chúng chịu tác động của điện trường, chuyển động nhằm về một hướng, hình thành dòng điện. Khi dòng điện đi qua bóng đèn, đèn liền sáng lên ngay. Vì vậy, tốc độ truyền của điện, trên thực tế là chỉ tốc độ lập nên điện trường trong mạch điện. Nó bằng với tốc độ sóng điện từ, tức là 300.000 km/s. Ở đây, chúng ta không nên có sự lẫn lộn giữa tốc độ truyền của điện với tốc độ chuyển động của electron trong vật dẫn. Cần phải biết rằng tốc độ của electron chuyển động về một hướng nhất định trong vật dẫn còn chưa đến 1 mm/s, còn chậm hơn kiến cơ đấy! Điều đó giống như trường hợp rất đông người xếp thành một đội ngũ hàng dọc dài dài, có người ở đằng trước hô "đi đều bước", tiếng khẩu lệnh từ phía trước truyền đến sau đuôi chỉ cần có một chút xíu thời gian, còn như đợi cho cả đội ngũ đi qua thì lại cần có thời gian rất dài. Vì tốc độ lan truyền của tiếng hô khẩu lệnh và tốc độ đi bộ của người là hai sự việc, hai cái đó khác biệt nhau vô cùng, vô cùng lớn. Tình hình tương tự là, trong vật dẫn đâu đâu cũng có electron tự do, những electron này giống như đám người xếp thành một hàng dọc dài. Tốc độ chuyển động định hướng của electron tựa như tốc độ đi bộ của người. Còn tốc độ lập nên điện trường trong toàn bộ vật dẫn tựa như tốc độ lan truyền của khẩu lệnh. Vì vậy, vừa bật công tắc lên, electron trong vật dẫn chịu sự chỉ huy của điện trường hầu như đồng loạt vùng lên chuyển động, cũng tức là sinh ra dòng điện, làm cho đèn sáng điện, chứ không phải đợi cho electron ở chỗ công tắc chuyển động đến bóng điện rồi thì đèn mới bắt đầu phát sáng. Chúng ta biết rằng, sóng điện từ đài phát thanh và đài truyền hình phát ra là một loại sóng điện từ, tốc độ lan truyền là 300.000 km/s. Trên thực tế, điện truyền trong vật dẫn là sóng điện lan truyền trong vật dẫn. Tốc độ của cả hai đều bằng nhau, tức là 300.000 km/s. Vậy thì vì sao sóng điện do đài phát thanh, đài truyền hình phát, khi lan truyền trên không, không cần phải nhờ vào bất cứ thứ gì, còn điện thì phải trong một mạch điện kín mới có thể lan truyền, sinh ra dòng điện, làm cho bóng đèn có điện sáng lên nhỉ? Đó là do nguyên nhân tần số của chúng khác nhau. Kiến thức vật lí cho chúng ta biết, năng lực bức xạ của sóng điện ra ngoài vật dẫn tỉ lệ thuận với luỹ thừa bậc bốn của tần số. Tần số sử dụng của đài phát thanh và đài truyền hình đều từ vài trăm kilohec trở lên, sóng điện rất dễ dàng từ ăng ten phát xạ ra. Còn tần số của điện xoay chiều 220 V thông thường chỉ có 50 Hz, thấp hơn rất nhiều so với tần số sóng vô tuyến điện. Cho nên sóng điện trong đường dây tải điện hoàn toàn không thể chạy ra ngoài, mà chỉ có thể truyền đi trong dây dẫn. Từ khoá: Sóng điện từ; Ô nhiễm điện từ; Ô nhiễm môi trường. Bật rađiô hoặc tivi, chúng ta liền nghe được hoặc nhìn thấy các tiết mục hay. Đó là vì có sóng điện từ do đài phát thanh và đài truyền hình phát xạ vào không gian xung quanh, đưa tín hiệu của tiết mục đến ngàn nhà vạn hộ gia đình. Điện thoại di động không có dây mà cũng có thể trò chuyện với nhau. Đó cũng là nhờ có sóng điện từ. Ngoài những thứ đó ra, còn có rất nhiều thiết bị như: ra đa, máy hàn cao tần và thiết bị luyện cao tần, thiết bị xử lí nhiệt, thiết bị trị liệu sóng ngắn và siêu ngắn, đun nóng bằng vi sóng và thiết bị phát xạ, đều đang không ngừng bức xạ sóng điện từ vào không gian xung quanh. Tuy bạn tuyệt nhiên không cảm nhận được, song chúng ta quả thực đang sống trong môi trường đầy rẫy sóng điện từ. Đồng thời với việc mang lại cho con người sự tiện lợi lớn lao, sóng điện từ cũng không tránh được gây nên một số nguy hại. Ví dụ như tạp âm sóng điện từ có thể làm nhiễu thiết bị điện tử, đồng hồ và khí cụ điện, gây nên sai sót thông tin, điều khiển khó khăn. Khi chúng ta xem tivi, gặp phải hiện tượng hình ảnh rung rinh và "đốm trắng", thường là vì bị nhiễu của sóng điện từ gần kề. Nhiễu của sóng điện từ còn có thể gây nên những hậu quả nghiêm trọng hơn. Ví dụ như tạo thành lầm lạc của tín hiệu điều khiển đường sắt, dẫn tới sự cố vận hành của đầu máy; nếu tạo thành lầm lạc của tín hiệu chỉ thị đường bay sẽ dẫn tới sự mất điều khiển của máy bay, tên lửa, vệ tinh nhân tạo v.v. Bức xạ điện từ còn trực tiếp đe doạ sức khoẻ con người. Vi sóng là một loại sóng điện từ. Lò vi sóng dùng vi sóng chiếu rọi thực phẩm, đun nóng, nấu chín thực phẩm. Qua đó ta thấy, nếu xung quanh chúng ta tồn tại vi sóng, nó chiếu rọi lên thân thể chúng ta, cơ thể đó cũng sẽ bị "đun nóng", "nấu chín" không ngừng. Điều đó nguy hại biết bao đối với sức khoẻ của cơ thể! Các kết quả nghiên cứu đều chứng tỏ, nếu bị bức xạ điện từ trong thời gian dài, con người sẽ xuất hiện các triệu chứng suy nhược thần kinh như bải hoải, giảm trí nhớ v.v., cùng với các triệu chứng tim đập mạnh và loạn nhịp, tức ngực, thị lực giảm sút v.v. Bức xạ điện từ đã cấu thành mối đe doạ lớn lao đối với môi trường sống của loài người, trở thành kẻ phá hoại lớn môi trường chung mà con người hết sức chú ý. Bức xạ điện từ đã trở thành một loại ô nhiễm môi trường thực sự. Để khống chế ô nhiễm điện từ, Tổ chức Y tế Thế giới và Hiệp hội Bảo vệ bức xạ Quốc tế đã chế định ra "Quy tắc vệ sinh môi trường" và tiêu chuẩn cường độ bức xạ điện từ có liên quan. Bộ Y tế Trung Quốc cũng đã công bố "Tiêu chuẩn vệ sinh môi trường sóng điện từ" vào tháng 12 năm