Home Lưu trữ

 Benjamin Franklin và thí nghiệm cái diều huyền thoại

Viết bởi THPT An Minh   
Chủ nhật, 13 Tháng 12 2009 16:24

Bài tặng các em 11A1&2, THPT An Minh, Kiên Giang

 

Vào một ngày hè năm 1752 (ngày 10/6), Benjamin Franklin đã tiến hành một thí nghiệm với các đám mây tích điện. Ông thả một cái diều tự tạo trong một cơn giông. Cái diều may từ vải lụa gắn trên một khung chữ thập bằng gỗ, với một sợi dây sắt dài chừng một foot thò ra phía trên cái diều. Một cái khóa buộc với đầu của dây kim loại nối với cái diều và đầu kia của khóa buộc với dải ruy băng bằng lụa mà Benjamin giữ trong tay trong khi thả diều. Một tia sét đánh vào sợi dây diều và truyền xuống khóa gây ra một tia lửa điện. Điều này chứng tỏ rằng sét là dòng điện phát sinh từ các đám mây có thể dẫn xuống đất. Đã có một thời những tòa nhà cao tầng bị phá hỏng khá thường xuyên bởi tia sét. Và Benjamin Franklin đã phát minh ra cột thu lôi bảo vệ cho các tòa nhà.


Đó là câu chuyện thường hay được sách vở kể lại. Tuy nhiên, xung quanh câu chuyện lí thú này, có nhiều quan điểm khác nhau. Sau đây, chúng tôi trích giới thiệu với bạn một vài ý kiến trong số đó. Đây là bài viết trích từ ToEScience.

 

Có lẽ thí nghiệm nổi tiếng nhất với tia sét là thí nghiệm của Benjamin Franklin và cái diều nổi tiếng của ông.

Cái Franklin đang nghiên cứu là xem sét có phải là một hiện tượng điện hay không. Điều này dường như khá hiển nhiên đối với đa số chúng ta ngày nay, nhưng chúng ta phải nhớ rằng vào thời đại của Franklin, những tia lửa điện lớn nhất mà họ có thể tạo ra dài chưa tới 1 inch! Vì tia sét dài đến vài ba dặm nên không rõ là chúng có cùng bản chất hay không.

 

Câu hỏi thường hay đặt ra là không biết Franklin có thật sự tiến hành thí nghiệm này hay không, và câu trả lời là chúng ta không biết chắc cho lắm. Tuy nhiên, có một thứ là chắc chắn: nếu ông đã tiến hành một thí nghiệm như thế này, thì ông đã không thực hiện nó theo kiểu như người ta thường nói. Nghĩa là, ông đã không buộc một cái chìa khóa vào sợi dây diều, thả nó lên trong một cơn giông, và chờ cho đến khi nó bị sét đánh trúng! Một thí nghiệm như thế sẽ rất kịch tính và khá mạo hiểm.


Tuy nhiên, có những cách an toàn tiến hành những cái tương tự, và Franklin, trong nhiều tác phẩm đa dạng của ông, trình bày rằng ông nhận thức khá rõ cả về sự nguy hiểm và những phương án lựa chọn khác.

Franklin nhận ra rằng nếu sét là điện, thì nó phải là một lượng lớn vật liệu, và nó phải cần thời gian dài để tích góp trong cơn giông. Do đó, ông đề xuất, thả cái diều ngay đầu cơn giông trước tia sét tiến gần đến bạn.

 

Ông đã có vài biến thể làm thế nào chỉ rõ điện có mặt – bạn có thể thấy các tia lửa điện từ cái khóa buộc vào sợi dây, hoặc bạn có thể gắn sợi dây đó với một chai Leyden, một loại dụng cụ tích góp điện (một tụ điện). Nếu cái chai rỗng trước khi thả cái diều và tích đầy điện sau đó thì đó là một bằng chứng tốt cho thấy các đám mây giông có chứa điện.

 

Trong thí nghiệm chứng minh của chúng tôi, cái diều được thả lơ lửng từ một thanh plastic (vì không có gió). Sợi dây nối xuống vào một cái chai (không phải chai Leyden), trong đó nó gắn với một cái khóa. Dưới cái khóa là một khe trống 1-2 inch trước một quả cầu kim loại nối đất.

 

 

Chú ý trong hình ở trên (chụp với cỗ máy đang chạy, nhưng không đủ mạnh để tạo ra tia lửa điện), cái đuôi diều bị hút về phía vòm của máy phát. Đây là một thí dụ của lực hút tĩnh điện – cái làm cho quần áo của bạn dính vào nhau trong máy sấy quần áo. Cũng lưu ý là có một tia lửa điện nhảy giữa cái khóa và quả cầu bên trong chai.

 

Còn có một hiệu ứng khác chúng tôi chứng minh bằng cái diều của mình, nhưng nó quá yếu để chụp ảnh dễ dàng. Nó được gọi là Dây Thánh Elmo, hay, với các nhà khoa học, là điện hoa. Nó xuất hiện dạng một lóe sáng màu tía nhạt xung quanh rìa của cái diều, và được trông thấy ở cột buồm và dây chằng bởi các thủy thủ trên những con tàu buôn bằng gỗ cũ kĩ.

Với các thủy thủ, họ đặt tên cho nó theo tên thánh đỡ đầu của họ, đó là một dấu hiệu được bảo vệ, nhưng bạn có thể thấy trong bức ảnh này nó chẳng bảo vệ cái diều được bao nhiêu! Thật ra, nó là dấu hiệu của một mối hiểm họa lớn. Vậy làm thế nào các thủy thủ lại có kinh nghiệm sai lầm như thế?

Nguyên do có thể là toàn bộ thủy thủ trong cơn giông đều thấy điện hoa, nhưng chỉ những người có con tàu không bị đánh trúng và bị phá hủy mới còn sống sót để kể cho mọi người nghe về nó!

Phần 2

Thí nghiệm cái diều hết sức nguy hiểm của Benjamin Franklin đã trở thành huyền thoại của người Mĩ. Hầu như mọi người đều từng nghe nói Franklin đã thả một cái diều với một cái chìa khóa trong một cơn bão điện, nhưng ít người trong số chúng ta thật sự hiểu được thí nghiệm đó hoạt động như thế nào. Ben đã giả sử rằng sét là một hiện tượng điện, và tác động điện của sét có thể truyền sang vật khác và gây ra hiệu ứng có thể ghi nhận là điện. Ông đã tiến hành chứng minh giả thiết đó trong một thí nghiệm.

 

Năm 1752, vào một buổi chiều tháng sáu u ám ở Philadelphia, ngày Ben Franklin 46 tuổi đã quyết định thả một cái diều. Với sự hỗ trợ của người con trai, William, họ đã gắn cái diều của ông với một sợi dây lụa, buột một cái chìa khóa bằng sắt ở đầu bên kia. Sau đó, họ buột một dây kim loại mỏng vào cái khóa và đưa sợi dây vào trong một chai Leyden, một bình chứa dùng tích trữ điện tích. Cuối cùng, khi bầu trời tối sầm và cơn giông bão ập đến, họ gắn một dải ruy-băng lụa với cái khóa. Giữ cái diều trên tay bằng dải ruy-băng, Ben thả cái diều và một khi nó đã lên cao, ông lùi vào trong một chuồng ngựa để không bị ướt. Đám mây giông trôi qua trên cái diều của Franklin, và rồi thì các điện tích âm trong đám mây truyền vào cái diều của ông, truyền xuống sợi dây lụa ướt, đến cái khóa, và đi vào chai Leyden. Tuy nhiên, Ben không bị ảnh hưởng bởi các điện tích âm vì ông đang giữ dải ruy-băng lụa khô, cách điện giữa ông với điện tích trên cái khóa. Khi ông đưa cánh tay không kia của ông đến gần cái khóa sắt, ông cảm nhận một cú sốc. Tại sao như vậy? Do các điện tích âm trong cái khóa hút quá mạnh với các điện tích dương trên cơ thể của ông, cho nên một tia lửa điện nhảy từ cái khóa sang tay của ông. Thí nghiệm của Franklin đã chứng tỏ thành công rằng sét là một hiện tượng tĩnh điện. Bạn có thể trải nghiệm phản ứng tương tự khi bạn lê chân mình trên một tấm thảm và rồi chạm vào một núm cửa bằng kim loại.


Thật ra thì Franklin đã may mắn sống sót, và sau tình tiết nổi tiếng này, một số người-là-nhà-khoa-học khác tiến hành thí nghiệm cái diều tương tự đã chết vì tai nạn điện.

Nhận ra dạng điện này có thể tích trên một vật dẫn và rồi truyền xuống đất, Franklin đã phát minh ra cột thu lôi và vật dẫn, cung cấp cho tia sét một đường đi khác để xuống đất. Về sau này trong đời ông, sét đã đánh vào nhà riêng của ông, nhưng cột thu lôi do ông phát minh đã bảo vệ nó không bị cháy.

Theo http://www.codecheck.com/