Ảnh của Matthew Kosloski trên Unsplash

Đã bao nhiêu lần bạn ước mình có thể cất cánh? Không phải trên máy cất cánh, hay mang theo một gói phản lực, mà hãy cất cánh đi theo cách Peter Pan-esque. Chà, một chú ếch may mắn vào năm 1997 đã có được điều ước đó . Một nhà khoa học đã đặt anh ta giữa không trung trong một căn phòng nhỏ, thay vì rơi xuống đáy, con ếch nhỏ này lơ lửng ở giữa, hình như mặc kệ trọng tải. Nhà khoa học đã làm việc này đã giành được giải Ig Nobel cho công trình của họ, vậy làm sao để tạo ra một con ếch chống trọng tải?

Căn phòng này hơi đặc biệt . Nó là trung tâm của một Bitter Solenoid, một cỗ máy tạo ra từ trường mạnh mẽ. Chính những cánh đồng điên rồ này đã cho phép loài động vật lưỡng cư nhỏ nhắn của tất cả chúng ta cất cánh. Để phân phối cho bạn ý tưởng về mức độ mạnh của trường này, đây là một số ví dụ về từ trường và mức độ mạnh của chúng trong Teslas (nhà cung cấp tiêu chuẩn của từ trường mạnh như vậy nào). Từ trường của Trái đất là 30 microtesla (0,00003 Tesla), một nam châm tủ lạnh điển hình là 0,001 Tesla và một nam châm neodymium mạnh là 1,4 Tesla. Nhưng buồng của chúng tôi có 16 Telsa khiến nó mạnh hơn nam châm tủ lạnh 16.000 lần.

Vì vậy, vào năm 1997, Andre Geim (một nhà khoa học đáng ngạc nhiên đang làm việc tại đây) đã có một căn phòng nhỏ nhắn (đường kính 3,2cm), từ trường mạnh đến mức ngu ngốc và một con ếch cực nhỏ. Ông đã thiết kế trường cực kỳ mạnh để nó mạnh hơn ở phía dưới và hai bên. Điều này có nghĩa là phần yếu nhất của trường nằm ở trung tâm của buồng. Sau đó anh ta thả con ếch vào và nó cất cánh lên! Hầu hết nằm gọn giữa buồng.

Con ếch chống trọng tải đang hoạt động – HFML

Bạn có thể nghĩ rằng Andre đã cấy nam châm vào con ếch, nhưng anh ta đã không, nếu anh ta làm xong con ếch sẽ lăn lên lưng nó (cực nam châm thẳng hàng), đập xuống đáy buồng và bị nam châm giết chết đẩy ra khỏi thể xác của nó với một lực cực lớn. Không, con ếch này đang sử dụng thứ gì đó khác, thứ gì đó hùng hồn hơn nhiều. Loài ếch này là sinh vật sống trước hết được cất cánh lên bằng cách sử dụng Từ tính.

Xem Thêm  [Chuẩn] 5 Phần mềm diệt virus tốt nhất (100% FREE) Windows 2022 | phần mềm diệt virus mạnh nhất - Xác minh

Vật liệu có thể có ba loại từ tính, sắt từ , thuận từnghịch từ . Từ tính của vật liệu được quyết định bởi vật liệu đó có bao nhiêu electron và cách chúng quay quanh. Điều này là do các electron không chỉ có điện tích, chúng còn hoạt động giống như những nam châm cực nhỏ với cực bắc và cực nam. Hướng mà nó được chỉ vào được gọi là nó quay.

Vì vậy, trong vật liệu sắt từ, có một số lẻ electron. Các electron ở các quỹ đạo bên trong bắt cặp với spin trái dấu; điều này có nghĩa là mômen từ của chúng bị hủy bỏ. Bạn có thể hình dung sự ghép nối này như hai thanh nam châm được link với nhau. Nhưng electron độc thân ở bên ngoài không có partners; vòng quay của nó không bị hủy bỏ và nó có thể di chuyển xung quanh. Điều này có nghĩa là khi có từ trường, điện tử này sẽ thẳng hàng với nó, biến nguyên tử thành một nam châm cực nhỏ.

Nguyên tử sắt từ (quỹ đạo bên trong không đúng đắn)

Đây là nguyên nhân vì sao các vật liệu sắt từ như Sắt luôn hút nam châm dù ở cực nào. Vì vậy, khi bạn mang mặt bắc của một nam châm lại gần, mặt nam của electron bị hút và mặt bắc bị đẩy. Điều này làm quay electron vì vậy mặt nam hướng vào cực bắc của nam châm, làm cho nó mê hoặc. Điều tương tự cũng xảy ra nếu đó là cực nam của nam châm, electron sẽ quay để cực bắc hướng vào nó, khiến chúng bị hút.

Hiện tượng thuận từ giống như thuyết Sắt từ, ngoại trừ điện tử chưa ghép đôi bị hút vào một nguyên tử gần đó. Điều này có nghĩa là electron không thể quay dễ dàng, vì vậy nguyên tử không trở nên mê hoặc về mặt từ tính. Đây là một sự đơn giản hóa quá lớn, nhưng đó là một cách hay để hình dung nó.

Nguyên tử thuận từ (không phải quỹ đạo bên trong đúng đắn)

Nhưng, nếu một nguyên tử có số electron bằng nhau, chúng đều có thể kết đôi, làm cho nguyên tử hoàn toàn trung hòa về mặt từ tính. Đây là nguyên nhân vì sao các vật liệu như gỗ không bị nam châm hút; toàn bộ các nguyên tử bên trong nó đều có các electron ghép đôi, làm cho chúng có vẻ là trung tính về mặt từ tính. Những nguyên tử này được biết tới là một Dị từ.

Xem Thêm  [NEW] đậu nành: Lợi ích không ngờ, tác hại không tưởng – Mẹ Tự Nhiên | tác hại của sữa đậu nành - Xác minh

Nguyên tử nghịch từ (quỹ đạo bên trong không đúng đắn)

Con ếch của tất cả chúng ta được làm hầu hết bằng vật liệu Từ tính nên nó, giống như toàn bộ các sinh vật sống, có vẻ là trung tính về mặt từ tính. Vậy làm thế nào để một từ trường ngớ ngẩn khiến nó cất cánh lên?

Chà, các electron ghép đôi này có thể bị tác động bởi các nam châm rất mạnh. Để hiểu được hiệu ứng đầy đủ đòi hỏi bạn phải có kiến ​​thức tốt về vật lý lượng tử, điều này tôi sẽ không đi sâu vào hôm nay, nhưng tôi sẽ cho bạn biết phiên bản giảm dần.

Các electron quay quanh một nguyên tử với điện trở bằng không, về cơ bản làm cho một nguyên tử trở thành chất siêu dẫn. Khi một từ trường đi qua một nguyên tử nghịch từ, nó tạo ra một dòng điện trong các electron. Thay vì quay xung quanh một cách ngẫu nhiên, chúng khởi đầu quay quanh toàn bộ các quỹ đạo theo cùng một hướng, gây ra dòng điện quay xung quanh nguyên tử. Các quy tắc điện từ nói rằng bạn không thể có dòng điện mà không gây ra lực từ. Bạn có thể nhớ đây là ‘quy tắc bên trái’ trong lớp vật lý.

Dòng điện này biến nguyên tử thành một nam châm điện cực nhỏ, nhưng từ trường mà nó tạo ra trái ngược với từ trường tác dụng lên nguyên tử, khiến nó đẩy nam châm một cách hiệu quả. Hiệu ứng khá phức tạp này được minh họa dưới đây:

Nam châm điện cảm ứng trong nguyên tử Diamagentic

Vậy làm thế nào mà toàn bộ những điều này lại khiến con ếch có thể cất cánh được?

Con ếch của tất cả chúng ta hầu hết được tạo thành từ vật liệu Từ tính, ngoài một lượng nhỏ sắt và những thứ tương tự. Khi con ếch của tất cả chúng ta được đặt vào từ trường mạnh của cỗ máy, các nguyên tử của nó biến thành nam châm điện siêu dẫn cực nhỏ để đẩy lực từ của các khoang với lực tương đương với trọng lượng của con ếch. Hiệu quả làm cho ếch không trọng lượng.

Vì lực phản trọng tải này đang thúc đẩy trên nền tảng từng phân tử, con ếch cảm thấy thực sự không trọng lượng! Điều này không giống như bị trói vào một thứ gì đó, con ếch sẽ không thể phân biệt được sự khác biệt giữa buồng này và việc ở trên ISS.

Xem Thêm  Con gái là phải tự tin

Điều này có nghĩa là tất cả chúng ta có thể tìm hiểu môi trường không trọng tải trên Trái đất bằng cách sử dụng các khoang như vậy này. Giống như, liệu tinh trùng và quá trình thụ tinh vẫn hoạt động trong môi trường không trọng tải ? Thực vật có phát triển tốt trong môi trường không trọng tải không? Các tinh thể có phát triển giống nhau không? Làm thế nào để làm cho một máy in 3D không trọng tải tốt hơn và toàn bộ những thứ trọng yếu để biết liệu tất cả chúng ta có thuộc địa hóa các người nổi tiếng hay không. Thông thường bạn cần một trạm vũ trụ nghìn tỷ đô la để thực hiện mức độ tìm hiểu này, nhưng hiện giờ nó có thể được thực hiện với một phần nhỏ ngân sách trên Trái đất!

Ai cần ISS khi bạn có Bitter Solenoid ?!

Nhưng khá thẳng thắn, có thể bạn không quá hào hứng với những thử nghiệm không trọng tải quy mô nhỏ này. Bạn có thể muốn tự mình trải nghiệm không trọng lượng! Nếu một con ếch có thể làm điều đó, vì sao tất cả chúng ta không thể ?!

Phi hành gia trên ISS trong tình trạng không trọng tải – WikiCC

Bạn sẽ cần một nam châm cực kỳ mạnh để đẩy một con người lên vì nó không chỉ là trọng lượng tăng thêm mà còn là khoảng cách xa hơn để thích hợp với chiều cao của tất cả chúng ta. Để cất cánh được một con người bình thường, bạn sẽ cần một trường hơn 70 Tesla trên hai mét , điều này sẽ tốn một lượng điện năng không đáng có để sản xuất! Có thể theo thứ tự hàng chục megawatt tùy thuộc vào hiệu suất của nam châm điện của bạn.

Tesla Model S Performance – Tesla

Bằng phương pháp tính toán phong bì rất thô sơ của tôi, bạn sẽ cần khoảng 87,5 megawatt! Đó là công suất tương đương với 142 chiếc Tesla Model S Performance (615 kW), một trong những chiếc xe tăng tốc nhanh nhất toàn cầu, ở công suất cực đại. Thật đáng buồn, vẫn chưa có buồng không trọng lượng nào có kích thước bằng con người. Nhưng nếu bạn đủ giàu, bạn có thể là người trước hết chế tạo khoang cất cánh của riêng mình và học cách cất cánh như chú ếch nhỏ của tất cả chúng ta.

By ads_law

Trả lời