250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 57)

Cây điện Lichtenberg

1777

Georg Christoph Lichtenberg (1742–1799)

Trong số những màn trình diễn đẹp nhất của các hiện tượng thiên nhiên là cây điện Lichtenberg ba chiều, làm liên tưởng đến tia sét hóa thạch mắc kẹt bên trong khối acrylic trong suốt. Các vệt phóng điện phân nhánh này mang tên nhà vật lí Đức Georg Lichtenberg, người đã nghiên cứu các vết điện tương tự như vậy trên các bề mặt vật liệu. Vào thế kỉ mười tám, Lichtenberg cho phóng điện lên bề mặt của một chất cách điện. Sau đó, bằng cách rắc các hạt bột tích điện nhất định lên bề mặt đó, ông có thể làm bộc lộ những hoa văn gân sọc đầy hiếu kì.

Ngày nay, người ta có thể tạo ra các hoa văn ba chiều trong acrylic, đó là một chất cách điện, hay điện môi, nghĩa là nó có thể giữ điện tích mà dòng điện bình thường không chạy qua được. Trước tiên, đặt acrylic trước một chùm electron tốc độ cao phát ra từ một máy gia tốc electron. Electron đâm xuyên vào acrylic và được trữ lại bên trong. Vì acrylic là chất cách điện, nên các electron lúc này bị bẫy lại (hãy nghĩ tới một tổ ong bắp cày dại đang cố phá vỡ một nhà tù acrylic). Tuy nhiên, có một điểm tại đó suất căng điện lớn hơn sức bền điện môi của acrylic, và một số đoạn thật sự bất ngờ trở nên dẫn điện [bị đánh thủng]. Người ta có thể kích cho electron thoát ra bằng cách xuyên một đầu nhọn kim loại vào acrylic. Khi đó, một số liên kết hóa học giữ các phân tử acrylic với nhau bị phá vỡ. Trong một phần nhỏ của một giây, các kênh dẫn điện hình thành bên trong acrylic khi điện tích thoát ra khỏi acrylic, làm tan chảy vật liệu dọc theo đường truyền. Kĩ sư điện Bert Hickman ngờ rằng các vết nứt li ti này lan truyền nhanh hơn tốc độ âm thanh bên trong acrylic.

Cây điện Lichtenberg là các fractal, biểu hiện các cấu trúc phân nhánh giống y hệt nó khi phóng to lên nhiều lần. Thật vậy, hình ảnh phóng điện kiểu cây dương xỉ này thật sự có thể lan tỏa đến cấp độ phân tử. Các nhà nghiên cứu đã phát triển các mô hình toán học và vật lí cho quá trình tạo ra các hoa văn hình cây, đó là niềm yêu thích của các nhà vật lí bởi vì các mô hình như vậy có thể tóm bắt những đặc điểm thiết yếu của sự hình thành hoa văn ở nhiều hiện tượng vật lí đa dạng. Các hoa văn như thế cũng có thể có các ứng dụng trong y khoa. Ví dụ, các nhà nghiên cứu tại Đại học Texas A&M tin rằng các hoa văn hình lông chim này có thể dùng làm khuôn mẫu để nuôi cấy mô mạch máu trong các cơ quan nhân tạo.

Cây điện Lichtenberg của Bert Hickman ở acrylic, được tạo ra bằng cách chiếu xạ chùm electron, sau đó là sự phóng điện thủ công. Điện thế nội của mẫu trước khi phóng điện ước tính vào khoảng 2 triệu volt.

XEM THÊM. Con diều của Ben Franklin (1752), Cuộn Tesla (1891), Thang Jacob (1931), Tiếng nổ Siêu thanh (1947).

250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí
Clifford A. Pickover
Bản dịch của Thuvienvatly.com
<< Phần trước | Phần tiếp theo >>

Bài trước | Bài kế tiếp