ĐI TÌM NGỌN LỬA – Bài 3

LỬA TRONG KHOA HỌC

Với những gì Thiên Nhiên đã làm được thì Khoa Học cũng có thể làm theo, và có rất nhiều cách mà Khoa Học đã tạo ra Lửa như dưới đây.

1. Lửa Kali và Natri

Có những nguyên tố hóa học có hoạt tính rất mạnh, có thể tự gây ra phản ứng cháy. Những nguyên tố này tồn tại trong thiên nhiên dưới dạng hợp chất, nhưng Khoa Học có thể tách chúng ra dưới dạng đơn chất và bảo quản một cách đặc biệt để không tự cháy. Điển hình như hai kim loại kiềm mạnh trong bảng tuần hoàn hóa học là Kali và Natri phản ứng cực kỳ mãnh liệt, nó có thể tự bốc cháy khi gặp nước, phản ứng cháy xảy ra tạo thành khí Hydro bốc lên.



2. Tia lửa điện do cọ xát

Có những đồ vật khi cọ xát vào nhau chúng sẽ tạo ra những ion mang điện tích, kết quả sau khi cọ xát các đồ vật trở thành một vật nhiễm điện, khi đó chúng có thể hút hoặc đẩy những vật khác. Nhựa, hổ phách, thủy tinh, len, lông tóc v.v… là những chất dễ bị nhiễm điện như thí nghiệm dưới đây.

SVCZ YouTube Player
ERROR: If you can see this, then YouTube is down or you don't have Flash installed.

Khi điện tích đủ lớn, chúng phóng ra tia lửa điện, kèm theo tiếng nổ lách tách. Hiện tượng này chúng ta thường gặp vào ngày thời tiết lạnh và hanh khô, tia lửa điện lách tách khi ta chải tóc bằng lược nhựa, hoặc khi thay áo khoác lông, hoặc khi mặc quần áo bằng vải polyeste, nylong, khi vải cọ xát vào nhau xuất hiện tia lửa điện.

Các phương tiện giao thông chuyển động nhanh như xe chạy và máy bay v.v… sự cọ xát với không khí cũng xảy ra hiện tượng nhiễm điện. Vì vậy, đối với xe bồn chở nhiên liệu dễ cháy như xăng dầu, vì lý do an toàn người ta thường treo dây xích sắt phía cuối xe chạm tới đất, để khi sự nhiễm điện xảy ra, chúng sẽ phóng điện xuống đất, không gây cháy nổ cho nhiên liệu trong bồn chứa.

3. Lửa điện hồ quang

Một mạch điện đang hoạt động với dòng điện lớn, nếu ngắt cầu dao đột ngột sẽ phát sinh ra tia lửa điện màu sáng xanh ngay tại cầu dao, gọi là lửa hồ quang có nhiệt độ rất cao. Ứng dụng lửa hồ quang người ta chế tạo các máy hàn điện, với dòng điện hàng trăm ampe trở lên, tạo ra lửa hồ quang có thể làm nóng chảy kim loại, để hàn cắt sắt thép.



4. Tia lửa điện cao áp

Khi điện áp cao hàng ngàn vôn trở lên, sẽ có hiện tượng phóng tia lửa điện. Người ta ứng dụng để chế tạo hệ thống đánh lửa cho động cơ. Đối với xe gắn máy, điện áp phóng điện tại bugi là 5.000-20.000 vôn. Đối với động cơ ô tô là 12.000-50.000 vôn.



Đối với đường dây điện cao áp trên đường phố có điện áp từ 12 kilovôn đến 110 kilovôn, khi vô tình chạm vào vật dẫn điện sẽ phóng ra tia lửa điện màu xanh sáng chói, kèm theo tiếng nổ lớn khủng khiếp.

5. Bếp điện

Có một thời kỳ trước khi bếp gas ra đời, người ta thường dùng bếp điện. Bếp thật đơn giản, gồm một đĩa bằng gạch, trên đó đặt dây điện trở nhiệt, hay còn gọi là dây mayso, làm bằng hợp kim Crôm, Niken rất bền. Khi cắm điện dây điện trở nóng đỏ như than, nấu rất nhanh. Dây điện trở thường được sản xuất có công suất từ 800W đến 1200W. Nhược điểm của loại bếp điện thời kỳ trước đó là sự kém an toàn, dây điện trở lộ ra ngoài, khi nấu thức ăn rơi vãi xuống, dẫn điện sang nồi nhôm dễ bị điện giật. Ngày nay bếp điện được thiết kế với kiểu dáng gọn gàng, dây nấu bọc sứ an toàn và nút điều khiển tiện lợi cho người sử dụng.



Dây điện trở dùng trong công nghiệp, sử dụng trong các lò nung, nhiệt luyện thép, có kích thước và công suất lớn hơn nhiều, công suất hàng chục Kilowatt trở lên.



Ngày nay người ta vẫn sử dụng điện trở nhiệt để chế tạo nhiều vật dụng cần nhiệt độ cao hoặc nung đỏ như: ấm điện đun nước siêu tốc, sử dụng loại dây điện trở nhỏ nhưng có công suất cao, từ 1000W đến 3000W, đun 1 lít nước chỉ trong 1 phút; máy sấy tóc, mỏ hàn điện v.v… Chỉ cần cắm điện, bạn sẽ tạo ra một nhiệt lượng khá lớn, hoặc làm nóng đỏ như lửa than.

6. Bếp halogen

Bếp halogen là tên gọi theo bộ phận chính của bếp là bóng đèn halogen. Giống như một bếp điện đã nói phần trước, đèn halogen gồm một dây điện trở nung nóng đỏ tỏa ra nhiệt lượng cao, đặt trong một bóng thủy tinh kín, chứa đầy chất khí thuộc nhóm halogen (gồm flo, clo, brôm, iốt…). Ưu điểm của đèn halogen là dây điện trở được bảo quản trong bóng thủy tinh kín không xảy ra hiện tượng oxyhóa, nâng cao tuổi thọ dây điện trở. Bếp halogen có công suất từ 1000W đến 2500W. Một loại lò nướng halogen rất đẹp, bằng thủy tinh, đèn halogen bố trí trên nắp lò, chúng ta dễ dàng nhìn thấy thức ăn chín trong quá trình đang nướng.



7. Bếp từ trường

Bếp từ trường hay bếp cảm ứng được chế tạo dựa trên nguyên lý từ trường trong cuộn dây và dòng điện Foucault. Người ta đặt một cuộn dây dẫn điện bên dưới một tấm vật liệu cách điện, cách nhiệt (thường là sứ thủy tinh vì ngoài khả năng cách điện, cách nhiệt, nó còn có tính thẩm mỹ). Khi cho dòng điện chạy qua cuộn dây sẽ tạo ra từ trường trên bề mặt bếp. Đáy nồi bằng kim loại có tính nhiễm từ gặp từ trường này sẽ sinh ra dòng điện Foucault bên trong đáy nồi và nóng lên, làm chín thức ăn như đối với cách đun nấu thông thường.

Ưu điểm của bếp từ trường hay bếp cảm ứng là tốc độ đun nấu nhanh, do nhiệt lượng sản sinh ngay tại đáy nồi truyền trực tiếp sang thức ăn, không mất nhiệt qua không khí trung gian từ bếp đến nồi như các loại bếp thông thường khác. Việc điều chỉnh nhiệt độ được thực hiện bằng các mạch điện tử nên có độ chính xác cao. Để tăng hiệu quả dẫn nhiệt, người ta chế tạo đáy nồi có lớp kim loại dẫn nhiệt tốt như nhôm, đồng phủ lên lớp vật liệu sắt từ, dưới cùng có thể là lớp vật liệu có độ bền cao như inox.

Hình ảnh dưới đây là một bếp từ trường sản xuất tại Italia, mặt bếp bằng phiến đá phẳng, rất gọn gàng và sạch sẽ, có nhiều vị trí đặt nồi tiện lợi, công suất bếp lên đến 6000W.



8. Bếp năng lượng mặt trời

Chúng ta biết rằng ánh sáng Mặt Trời ban ngày, nhất là giờ giữa trưa có thể làm nóng đồ vật lên 50-70ºC trong điều kiện bình thường, người ta thường lợi dụng nguồn nhiệt miễn phí này để phơi khô quần áo, phơi nông sản, phơi khô thức ăn dự trữ, làm nước nóng sinh hoạt v.v… Nếu chúng ta có thể hội tụ tất cả ánh nắng Mặt Trời chiếu trên một diện tích rộng về chung tại một điểm, sử dụng một thấu kính hội tụ, hoặc một gương cầu lõm hình parabol, sẽ thu được nhiệt lượng rất lớn, làm sôi nước, có thể đun nấu như một bếp lò, thậm chí đạt nhiệt độ 200ºC để quay nướng thức ăn hoặc các mục đích sử dụng khác.



9. Tia laze

Hàng đêm các vũ trường sử dụng loại ánh sáng cực mạnh sáng trắng để tăng hiệu ứng cho các bài nhạc rock, tạo cảm giác hi-tech cho sàn nhảy. Ánh sáng cực mạnh chớp tắt nhanh đó là ánh sáng laze (laser).

Laze là tên viết tắt của Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation trong tiếng Anh, có nghĩa là "khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích". Nôm na laze là một chùm tia sáng khuếch đại cực mạnh, đơn sắc và cùng hướng. Tính chất ưu điểm của chúm ánh sáng laze là:
+ Độ định hướng cao: tia lase phát ra hầu như là chùm song song do đó khả năng chiếu xa hàng nghìn km mà không bị phân tán.
+ Tính đơn sắc rất cao: chùm sáng chỉ có một màu (hay một bước sóng) duy nhất. Do vậy chùm lase không bị phân tán khi đi qua mặt phân cách của hai môi trường khác nhau. Đây là tính chất đặc biệt nhất mà không nguồn sáng nào có.
+ Tính đồng bộ: có khả năng phát xung cực ngắn cỡ 1/ngàn giây (ms), 1/triệu giây (ns), thậm chí 1/tỷ giây (ps), cho phép tập trung năng lượng tia lase cực lớn trong thời gian cực ngắn.

Ứng dụng phổ biến nhất của tia lase trong y học là làm đèn laze đốt tàn nhang, đốt mụn ruồi hoặc đốt các sẹo lồi. Dưới sức mạnh của laze tập trung sẽ bắn từng lớp tế bào trên da, bóc đi từng lớp cực mỏng để xóa dấu vết ngoài mong muốn trên da mặt.



Trong công nghiệp tia laze năng lượng cao có thể dùng làm dao cắt kim loại cực kỳ chính xác. Trong quân sự người ta có thể chế tạo các loại súng laze bắn phá và đốt cháy được xe tăng và máy bay của đối phương.


http://vnexpress.net/gl/khoa-hoc/2002/11/3b9c241c/

10. Lò cao tần

Trong công nghiệp, người ta có thể tạo ra nhiệt độ cao từ 500ºC đến 1000ºC mà không cần dây điện trở hoặc đèn halogen như nói trên, ứng dụng một nguyên lý rất đơn giản tạo ra nhiệt lượng cao bằng sóng tần số cao từ 100kHz đến 500kHz. Khi bị tác động bởi sóng điện từ tần số cao, chuyển động phân tử trong vật chất tăng lên và nhiệt độ tăng theo. Ứng dụng trong công nghiệp người ta sử dụng các lò nung cao tần để nhiệt luyện kim loại, tôi thép, và sấy gỗ v.v…



11. Lò vi sóng

Sóng vi ba, hay còn gọi là vi sóng (microwave) là sóng điện từ nằm khoảng giữa tia hồng ngoại và sóng phát thanh. Sóng vi ba có tần số cao từ 1.000 MHz đến 30.000 MHz. Dưới tác động của sóng vi ba làm cho vật chất nóng lên rất nhanh. Người ta ứng dụng tính chất này để chế tạo lò vi ba hay lò vi sóng, được sử dụng rộng rãi ngày nay. Cấu tạo của lò vi sóng gồm có các bộ phận sau:
+ Máy phát sóng (magnetron)
+ Ống dẫn sóng
+ Mạch điều khiển
+ Ngăn nấu



Trong lò vi sóng, sóng vi ba được sinh ra từ máy phát magnetron với tần số khoảng 2.500 MHz (bước sóng khoảng 12cm). Dưới kích thích của sóng vi ba, các phân tử trong thức ăn sẽ chuyển động nhanh, chuyển hóa thành chuyển động nhiệt hỗn loạn làm nóng thức ăn rất nhanh. Những thức ăn khô sẽ bị làm nóng nhanh chóng và có thể bốc cháy sau 3-5 phút trong lò vi sóng.

12. Lò phản ứng hạt nhân

Trong lòng Trái Đất và Mặt Trời là một lò lửa vĩ đại đã cháy, đang cháy và sẽ cháy mãi mãi. Nhiệt độ trong tâm Trái Đất là 4000ºC và nhiệt độ tâm Mặt Trời là 8.000.000ºC (như đã giới thiệu bài trước). Nhiệt độ này sinh ra nhờ phản ứng phân rã hạt nhân, tạo nhiệt lượng vô cùng lớn.

Khoa học đã mô phỏng phương pháp của Trái Đất và Mặt Trời, để tạo ra lò phản ứng hạt nhân có kiểm soát nhiệt độ. Trung tâm của lò phản ứng hạt nhân là các lõi thép chứa các thanh nhiên liệu uranium hoặc plutonium, gọi là các thanh nhiên liệu phóng xạ, nơi phản ứng hạt nhân diễn ra.



Tất cả các thanh nhiên liệu này được ngâm dưới nước trong lò phản ứng tạo ra một nhiệt lượng rất lớn làm sôi nước dưới áp suất cao. Điều quan trọng là không cho phản ứng xảy ra tự do, vì nhiệt độ quá cao sẽ phá hỏng toàn bộ vật liệu của lò, mà phải trong sự kiểm soát nhiệt độ, bằng cách xen kẽ giữa các thanh nhiên liệu phóng xạ (màu đỏ) là các tấm cản màu đen, có tác dụng làm chậm lại hoặc dừng hẳn các phản ứng dây chuyền.



Sơ đồ một nhà máy điện hạt nhân tiêu biểu như dưới đây. Toàn bộ nhiệt lượng tạo ra trong lò phản ứng hạt nhân sẽ làm sôi nước, bốc thành hơi nước, chạy qua buồng tuabin hơi nước áp lực cao (màu xanh) quay các cánh tuabin để chạy máy phát điện (màu hồng). Hơi nước sau khi làm quay tuabin sẽ được thu hồi, làm mát và đưa trở lại vào lò phản ứng khép kín chu trình.



BẢN CHẤT NHIỆT NĂNG LÀ GÌ?

Chúng ta đã tìm hiểu những hình thức của Lửa và những phương pháp tạo ra nguồn nhiệt, đây là yếu tố chính của mọi sự Cháy Nổ. Vậy Lửa, hay Sự Cháy, hay Nhiệt Năng, Nhhiệt Độ có bản chất là gì?

Bản chất của sức nóng, hay nhiệt năng, chính là dạng năng lượng của vật chất do sự chuyển động của các phân tử trong vật chất tạo nên, gọi là chuyển động nhiệt (temperature movement). Khi các phân tử vật chất chuyển động càng nhanh thì nhiệt độ của vật càng cao.



Vật chất xung quanh ta tồn tại chủ yếu dưới 3 dạng cơ bản: chất rắn, chất lỏng và chất khí. Chúng khác nhau về mối liên kết giữa các phân tử. Đối với chất khí, các phân tử có khoảng cách ở xa nhau, mối liên kết giữa các phân tử yếu ớt, chúng dễ dàng tách rời xa nhau. Đối với chất rắn, các phân tử ở gần sát với nhau, lực liên kết mạnh hơn tạo nên chất rắn bền vững về hình dạng. Đối với chất lỏng, như nước chẳng hạn, có mối liên kết phân tử trung bình, khi tăng nhiệt độ, các phân tử chuyển động nhanh hơn, chúng dễ dàng thoát khỏi sự liên kết với nhau và bứt phá ra khỏi bề mặt nước để bay hơi.

Nhiệt độ được đo bằng độ C (Celsius), theo cách so sánh với nhiệt độ nước đông đặc là 0ºC và nhiệt độ nước sôi là 100ºC tại áp suất bình thường khí quyển. Tại Mỹ sử dụng đơn vị nhiệt độ là độ F (Fahrenheit). Đây là nhiệt độ mang tính tương đối, so sánh nhiệt độ của nước làm tiêu chuẩn.

Theo lý thuyết người ta thấy rằng khi làm cho mọi phân tử ngừng chuyển động nhiệt, thì nhiệt độ sẽ đạt thấp nhất tuyệt đối, là trạng thái lý tưởng của vật chất. Trạng thái này, theo kết quả tính toán lý thuyết là ở nhiệt độ -273,16°C, gọi là độ 0 tuyệt đối, hay 0 độ Kelvin, để ghi nhớ tên nhà vật lý người Anh đã tìm ra, ký hiệu là độ K.

Trong thực tế, người ta thường dùng nhiệt độ -200ºC để trữ lạnh tế bào, ở nhiệt độ này dường như tế bào tạm ngừng mọi hoạt động để bảo quản lâu dài. Thậm chí người ta mơ ước ướp lạnh con người dưới nhiệt độ tuyệt đối -273ºC, tạm ngừng sự sống của người đó, và chờ đến 100 năm sau sẽ rã đông để có thể sống trong một thế kỷ mới văn minh hơn.

Tóm lại, như chúng ta đã tổng kết có hàng chục phương pháp khác nhau để tạo ra nguồn nhiệt, một yếu tố chính làm nên sự cháy (3 yếu tố sự cháy là: vật cháy, ôxy và nguồn nhiệt như phân tích bài trước).

Các phương pháp rất khác nhau về nguyên lý, từ đơn giản như cọ xát, dùng ánh sáng mặt trời, dùng nguồn điện, cho đến phức tạp như dùng tia laze, dùng sóng vi ba, dùng sóng cao tần và thậm chí rất phức tạp như dùng năng lượng hạt nhân. Chúng ta hãy tìm hiểu tất cả những cách Cháy Nổ của Thiên Nhiên, của Khoa Học... trước khi bước vào tìm hiểu Lửa Trong Tâm Linh.