Lịch sử Điện từ học (Phần 15)

1910 - 1929

Năm 1911 chứng kiến hai khám phá lớn. Khám phá thứ nhất đã mở ra cánh cửa vào một loại mới của dòng điện tỏ ra hứa hẹn to lớn là nguồn cấp điện cho các máy phát tương lai. Khám phá thứ hai đánh dấu một bước quan trọng trong sự hiểu biết của các nhà khoa học về nguyên tử.

Năm 1911 cũng đánh dấu sự tạm biệt của mô hình “bánh bông lan rắc nho” của nhà vật lí Anh J.J Thomson về nguyên tử, mô hình giả thuyết nguyên tử có các điện tích dương và âm phân bố đều đặn. Chỗ rạn nứt trong mô hình này được khai thác bởi thí nghiệm lá vàng nổi tiếng do Ernest Rutherford của New Zealand nghĩ ra. Trong thí nghiệm đó, do các nhà vật lí Hans Geiger và Ernest Marsden thực hiện, một lá vàng bị bắn phá với các hạt alpha (hạt nhân helium). Dựa trên mô hình của Thomson, các nhà khoa học trông đợi tất cả các hạt đi qua lá vàng không bị làm rối. Thay vào đó, một phần trăm nhỏ bị tán xạ, cho thấy chúng đã va phải cái gì đó rất nhỏ và rất đặc. Điều này đưa Rutherford đến ý tưởng một hạt nhân có điện tích dương với các electron quay xung quanh, giống như các hành tinh quay xung quanh Mặt trời, một ý tưởng ông công bố vào năm 1911.

Mặc dù chính xác hơn mẫu nguyên tử của Thomson, nhưng nguyên tử của Rutherford cũng có những chỗ rạn nứt của nó. Điều này phơi bày ra trước nhà vật lí Đan Mạch Niels Bohr, một đồng nghiệp của Rutherford. Hai năm sau khi tin tức mô hình hệ Mặt trời được công bố, Bohr đã đi đến mô hình của riêng ông, lấy cảm hứng từ các lí thuyết mới xuất hiện về lượng tử năng lượng. Bohr ấn định rằng các electro phải ở trong những quỹ đạo rất đặc biệt, và những quỹ đạo này có thể dung chứa một số lượng nhất định các electron và không nhiều hơn. Các electron, Bohr giải thích, có thể nhày từ quỹ đạo này sang quỹ đạo tiếp theo, tùy thuộc vào sự ổn định của nguyên tử và những điều kiện khác.

alt

Những cái nhìn ngày càng sâu sắc hơn về nguyên tử lần lượt xuất hiện trong thời kì này. Trong những năm 1920, George Uhlenbeck và Samuel Goudsmit, những chàng sinh viên đang nghiên cứu vật lí ở Hà Lan, đề xuất rằng các electron không chỉ quay xung quanh hạt nhân, mà còn quay tròn xung quanh trục của chúng, y hệt như Trái đất. Năm 1928, nhà vật lí Anh Paul Dirac tiên đoán sự tồn tại của một phản hạt với electron có cùng khối lượng nhưng điện tích và spin ngược lại. Các tiên đoán trở thành hiện thực bốn năm sau đó với việc nhà vật lí Mĩ Carl Anderson khám phá ra positron.

Trong khi tất cả những công trình này tiếp tục đi vào trí tuệ và phòng thí nghiệm của các nhà vật lí hàng đầu thế giới, thì công chúng thường dân thấy điện và những đổi mới do nó truyền cảm hứng làm biến đổi cuộc sống của họ. Một ví dụ là họ đang truyền đạt thông tin khác đi. Năm 1915, nhờ đèn ba cực của Lee De Forest, cuộc gọi điện thoại xuyên lục địa đầu tiên diễn ra, giữa San Francisco và New York. Năm 1920, một phần ba hộ gia đinh ở khắp nước Mĩ có một máy điện thoại. Dịch vụ sẽ được cải tiến với cáp đồng trục băng rộng, với nó một bằng sáng chế đã được cấp vào năm 1929.

Các tiến bộ về radio đã mang môi trường mới đến với nhiều người hơn. Năm 1920, đài phát thanh đầu tiên trên thế giới mở cửa kinh doan ở Pittsburgh, Pennsylvania. Vài năm sau đó, người Mĩ đã nghe tin đưa về vụ xử án lớn đầu tiên, vụ thử nghiệm “Monkey” nổi tiếng. Kĩ sư điện người Mĩ Edwin Armstrong phát minh ra mạch hồi phục, máy thu đổi tần và mạch đổi tần trong thời kì này, thực hiện những cải tiến lớn với radio.

Việc thắp sáng đi đến chỗ không còn chỉ là thiết thực, mà còn có tính trang hoàng. Đèn ống neon trở thành sản phẩm thương mại vào đầu thập niên 1920, và sớm được các nhà quảng cáo tóm lấy.

Điện học, cùng với loạt ứng dụng ngày càng nhiều mà nó truyền cảm hứng, thực hiện hành trình của nó bước vào ngày càng nhiều nhà hơn. Năm 1913, máy rửa bát đĩa và tủ lạnh gia dụng đầu tiên đi vào thị trường, sau đó là lò nướng bánh đầu tiên nă 1919 và, năm 1927, máy nghiền rác đầu tiên. Nhà phát minh người Nga Vladimir Zworykin đăng kí một bằng sáng chế năm 1923 cho cái iconoscope, phương tiện hoàn toàn điện tử đầu tiên quét hình cho truyền hình; hai thập kỉ sau, công nghệ này sẽ đi vào các hộ gia đình Mĩ, và Zworykin sẽ đi vào lịch sử là “cha đẻ của truyền hình”.

Xem lại Phần 14

1910 - 1929
1911	Nhà vật lí Đức Heike Kamerlingh Onnes phát hiện thấy một số chất biểu hiện hầu như không có điện trở khi chúng được làm lạnh đến những nhiệt độ cực thấp, một hiện tượng gọi là siêu dẫn.
1911	Dưới sự hướng dẫn của Ernest Rutherford, Hans Geiger và Ernest Marsden tiến hành hàng loạt thí nghiệm về sự tán xạ tia alpha, đưa Rutherford đến việc ấn định một mô hình mới của nguyên tử.
1912	Đèn thủy ngân áp suất cao được phát minh, nhưng không trở thành sản phẩm thương mại mãi cho đến hơn 20 năm sau.
1912	Trong khi còn là sinh viên ở trường Đại học Columbia, Edwin Armstrong phát minh ra mạch đổi tần, cho phép khuếch đại tín hiệu nhiều lần bởi cùng một ống chân không.
1912	Nhà vật lí Đức Max von Laue chứng minh tia X có bản chất điện từ.
1915	Nhờ đèn ba cực của nhà phát minh người Mĩ Lee De Forest, tín hiệu điện thoại có thể mang đi xuyên quốc gia, mang đến khả năng gọi điện thoại xuyên lục địa lần đầu tiên giữa San Francisco và New York.
1919	Nhà vật lí Đức Heinrich Barkhausen phát hiện thấy chất sắt từ đặt vào một từ trường tăng dần đều đặn bị từ hóa từng bậc thay vì liên tục. Gọi là hiệu ứng Barkhausen, hiện tượng này mang lại sự ủng hộ rõ ràng cho lí thuyết các miền sắt từ.
1919	Nhà phát minh Mĩ Edwin Armstrong phát minh ra máy thu đổi tần, cung cấp cho ngành công nghiệp phát thanh một cách cải tiến lớn để thu nhận, chuyển đổi và khuếch đại các sóng điện từ yếu, tần số cao.
1919	Các nam châm thép chịu nhiệt được đưa ra thị trường.
1919	Nhà điện sinh học người Anh Edgar Adrian chứng minh rẳng các tế bào thần kinh phát ra điện áp gây co cơ.
1920	Đài phát thanh vô tuyến đầu tiên trên thế giới, đài KDKA ở Pittsburgh, Pennsylvania, được thành lập bởi Công ti Điện và Sản xuất Westinghouse.
1922	Đèn ống neon trở thành sản phẩm thương mại và được sử dụng đặc biệt cho các mục đích quảng cáo.
1922	Các nhà vật lí Đức Otto Stern và Walther Gerlach chứng minh qua việc sử dụng một chùm phân tử rằng sự định hướng không gian của các hạt nguyên tử trong từ trường bị hạn chế (một khái niệm gọi là sự lượng tử hóa không gian).
1923	Nhà phát minh người Nga Zworykin đăng kí bằng sáng chế máy iconoscope, phương tiện hoàn toàn điện tử đầu tiên quét hình cho ti vi.
1924	Là một phần của luận án tiến sĩ của ông, nhà vật lí Đức Ernst Ising đưa ra một mô hình, ngày nay gọi là mô hình Ising, để giải thích hành trạng của các chất sắt từ.
1925	Trong khi là sinh viên chưa ra trường ở Hà Lan, George Uhlenbeck và Samuel Goudsmit cho rằng ngoài chuyển động quỹ đạo của chúng, các electron còn quay tròn xung quanh trục của chúng.
1928	Nhà vật lí Anh Paul Dirac tiên đoán chính xác rằng phải tồn tại một phản hạt với electron có cùng khối lượng như electron nhưng có điện tích và mômen từ ngược lại.
1929	Các kĩ sư Mĩ Herman Affel và Lloyd Espenschied đăng kí một bằng sáng chế cho cáp đồng trục, một đường truyền tín hiệu tần số cao có sự thất thoát bức xạ và giao thoa thấp.
1929	Nhà địa vật lí Nhật Bản Motonori Matuyama nghiên cứu sự đảo từ trong các vỉa đá và lí giải rằng Trái đất thỉnh thoảng phải chịu sự đảo cực của nó.