Hiển thị các bài đăng có nhãn Có thể bạn chưa biết. Hiển thị tất cả bài đăng
Hiển thị các bài đăng có nhãn Có thể bạn chưa biết. Hiển thị tất cả bài đăng

Thứ Sáu, 25 tháng 12, 2015

Nikola Tesla: Nhà phát minh của những giấc mơ

      Làm thế nào mà cảnh hoàng hôn thơ mộng và lãng mạn lại có thể liên quan đến những động cơ điện xoay chiều? Trong những giấc mơ thì mọi chuyện đều có thể xảy ra, nhất là giấc mơ của một nhà phát minh thiên tài như Nikola Tesla.
Tesla


    
 Và ở đây, điều quan trọng là những giấc mơ của Tesla đã đem lại cho loài người những phát minh được xếp vào hàng cơ bản và quan trọng nhất của nền văn minh công nghiệp.

Khi các thành viên của Hội Thương mại Chicago đến nghe bài giảng của nhà phát minh điện học nổi tiếng Nikola Tesla ngày 13/5/1899, họ đã rất sững sờ khi nhìn thấy cảnh một hồ nước nhân tạo nằm ngay giữa hội trường. Mọi người bàn tán xôn xao, chắc chắn Tesla sẽ làm điều gì đó rất thú vị với một chiếc xuồng nhỏ đang trôi trên mặt hồ kia. Đột nhiên, cái xuồng bỗng di chuyển quanh hồ và phát ra những luồng sáng loang loáng. Ở trên bờ, Tesla đang vận hành một bộ điều khiển từ xa, dùng sóng vô tuyến vô hình để truyền các lệnh đến chiếc xuồng. Trước đám đông đang vô cùng phấn khích, Tesla đã mời một số người hô lên các lệnh: "Rẽ trái! Phát sáng!". Sử dụng bộ phát sóng không dây của mình, Tesla liên tục truyền các tín hiệu cho chiếc xuồng. Kỳ thú hơn nữa, Tesla còn trình diễn cho mọi người một màn trận giả đặc sắc, điều khiển những khối thuốc nổ dynamite lao thẳng vào các tàu của kẻ địch. Khi ấy, Tesla đã không thể biết rằng, cái mô hình "đồ chơi" của ông đã trở thành nguyên mẫu đầu tiên cho tên lửa dẫn đường - một thứ vũ khí cực kỳ nguy hiểm.

Giấc mơ về một loại động cơ
     Tesla sinh ngày 10/7/1856 trong một gia đình người Xec-bi ở vùng biên giới của đế quốc Áo-Hung, ngày nay là Croatia. Khi còn thiếu niên, Tesla học kỹ thuật ở trường Bách khoa Joanneum ở Graz, Áo. Ở đó, những bài giảng về vật lý của giáo sư Jacob Poeschl đã cuốn hút rất nhiều người trẻ tuổi. Từ những bài giảng của Poeschl, Tesla đã bắt đầu suy nghĩ về một trong những phát minh quan trọng nhất của mình, một động cơ AC (điện xoay chiều).
Một ngày, khi quan sát giáo sư của mình đang cố gắng khắc phục hiện tượng phát tia lửa điện từ các chổi quét đảo mạch của một động cơ DC (điện một chiều), Tesla đã nảy ra ý tưởng chế tạo một loại động cơ mà không cần đến bộ đảo mạch, anh lập tức đề xuất với thầy. Bực mình vì sự ngang bướng của học trò, Poeschl đã diễn giải một tràng dài về sự bất khả thi trong việc chế tạo một loại động cơ như vậy, cuối cùng ông kết luận: "Anh Tesla có lẽ sẽ làm nên những thứ vĩ đại, nhưng chắc chắn là anh sẽ không bao giờ làm được cái động cơ ấy đâu!". Tuy nhiên, sự quở trách ấy đã làm bùng lên trong Tesla những ngọn lửa quyết tâm sôi sục của khát vọng tuổi trẻ. Trong suốt những năm còn ở Graz và sau đó là Prague, anh đã không ngừng theo đuổi một cách miệt mài việc nghiên cứu chế tạo một loại động cơ không phát sinh tia lửa điện.
Năm 1881, Tesla dời đến Budapest để làm việc cho hai anh em Tivadar và Ferenc Puskas. Là một nhà tài trợ đầy tham vọng, Tivadar đã từng thuyết phục Thomas A. Edison trao cho mình bản quyền những phát minh để giới thiệu chúng ở lục địa Châu Âu. Anh em nhà Puskas đang có kế hoạch xây dựng một trạm điện thoại ở Budapest sử dụng mẫu thiết kế điện thoại cải tiến của Edison. Thật không may, họ đã không thể tìm được người làm việc khi Tesla đột nhiên ốm nặng. Nhờ có sự quan tâm của người bạn học Anthony Szigeti mà Tesla đã có thể hồi phục.
Chính trong một buổi đi dạo với Szigeti, Tesla đã nảy ra một ý tưởng xuất thần về chiếc động cơ của mình. Khi họ đang say mê ngắm cảnh hoàng hôn, Tesla đã đột nhiên hình dung ra việc sử dụng từ trường quay cho chiếc động cơ - đó chính là một ý tưởng mang tính quyết định. Tesla đã thực hiện việc đảo ngược cấu hình kỹ thuật, thay vì việc thay đổi cực từ ở rotor, ông đã thay đổi từ trường ở bên trong chính stator. Cấu hình mới này đã loại bỏ một cách tự nhiên sự phát sinh tia lửa điện. Tesla đã thấy rằng, nếu từ trường trong stator mà quay, nó sẽ làm cảm ứng một điện trường trên rotor và do đó khiến cho rotor quay. Ông cũng bắt đầu hình dung ra rằng, từ trường quay có thể được tạo ra bằng việc sử dụng AC thay vì DC, nhưng ở thời điểm đó ông vẫn chưa biết làm thế nào để biến ý tưởng này thành hiện thực.

Phát minh của thợ đào kênh.
Tesla đã dành tới 5 năm tiếp theo để thử nghiệm và định hình nên chiếc động cơ của mình. Sau khi giúp anh em nhà Puskas xây dựng trạm điện thoại ở Budapest, Tesla cùng với Tivadar dời đến Paris, tại đó họ tham gia vào việc thiết lập hệ thống chiếu sáng của thành phố. Năm 1884, Tesla đến New York để gặp Edison nhưng ông đã không có dịp để xây dựng mối quan hệ với nhà phát minh lỗi lạc này. Ở New York, Tesla suýt nữa thì đã có thể trình bày với Edison về ý tưởng chiếc động cơ của mình.
Ông nhớ lại: "Lúc ấy là ở đảo Coney, tôi đang chuẩn bị giải thích cho Edison thì một ai đó đã chạy đến kéo ông ấy đi. Chiều hôm ấy tôi về nhà và bị sốt, lần này thì tôi quyết định sẽ không nói với bất cứ người nào về chiếc động cơ của mình". Vài tháng sau, khi Tesla vừa hoàn thành việc thiết kế một hệ thống phát sáng hồ quang cải tiến, người quản lý của ông đã nuốt lời không trả món tiền thưởng như đã hứa, nhà phát minh đã bỏ đi trong sự căm phẫn.
Sau đó Tesla đến làm việc cho hai nhà kinh doanh Benjamin A. Vail và Robert Lane đến từ Rahway , họ đã khuyên ông đăng ký bằng phát minh về hệ đèn hồ quang để họ có thể thương mại hóa nó. Tesla đã ngây thơ trao bản quyền phát minh cho hai kẻ quỷ quyệt này với một niềm tin rằng họ sẽ đưa vào sản xuất ra những thiết bị để cạnh tranh với Edison. Tuy nhiên, Vail và Lane đã quyết định dành tiền đầu tư vào các ứng dụng bóng đèn điện. Vì thế, khi các đèn hồ quang của Tesla vừa được sử dụng ở Rahway thì hai nhà kinh doanh đã lập thức sa thải ông và tổ chức lại nhà máy. Hoàn toàn trắng tay sau khi bị bỏ rơi, Tesla đã buộc phải đi đào kênh để kiếm sống.
Mặc dù phải chịu đựng cả một năm cực nhọc, Tesla cũng đã tập trung tài năng của mình trong tháng 3 năm 1866 để hoàn thành một bằng sáng chế ứng dụng cho động cơ từ nhiệt - đó là một thiết bị mới, hoạt động dựa trên việc đốt nóng và làm lạnh các nam châm. Sau khi trình bày phát minh của mình cho người quản đốc công việc đào kênh, Tesla đã được giới thiệu đến gặp Charles Peck, một luật sư khá thông minh. Bị hấp dẫn bởi cái động cơ từ nhiệt, Peck đã quyết định bảo trợ cho nghiên cứu của Tesla. Vì không phải là một chuyên gia kỹ thuật nên Peck đã mời Alfred Brown, một giám sát viên ở Western Union tham gia hỗ trợ cho Tesla.
Peck và Brown đã thuê một phòng thí nghiệm cho Tesla ở Manhattan, tại đó nhà phát minh lại miệt mài phát triển chiếc động cơ từ nhiệt của mình. Cho đến khi thấy được sự không hiệu quả của mô hình động cơ này, Peck đã để Tesla tiếp tục hoàn thiện các động cơ AC. Tesla đã bắt đầu làm thí nghiệm với một tổ hợp các dòng xoay chiều dùng cho động cơ. Cách làm này tỏ ra khá là bất thường, bởi vì hầu hết các nhà thực nghiệm thời đó đều chỉ làm việc với một dòng xoay chiều trong hệ thống của họ. Đến tháng 9/1887, Tesla đã khám phá ra rằng, ông có thể tạo ra một từ trường quay khi cho hai dòng xoay chiều riêng biệt đi vào các cặp cuộn dây đặt đối diện nhau trên stator. Ngày nay thì hai dòng điện đó được gọi là lệch pha nhau 90 độ, và chiếc động cơ sẽ hoạt động với dòng điện hai pha. Rất tự hào và phấn chấn về thành quả đạt được, Tesla cũng đã cho ra đời một số sáng chế khác, cũng dựa trên nguyên lý từ trường quay. Đặc biệt quan trọng là, chính Tesla đã đưa ra ý tưởng rằng dòng xoay chiều đa pha có thể truyền năng lượng qua những khoảng cách đáng kể.
Khi động cơ AC của Tesla đã chứng tỏ một cách rõ ràng tính hiệu quả, những người bảo trợ của ông đã bắt đầu nghĩ đến việc quảng cáo nó để thu lợi. Peck và Brown đã lập kế hoạch bán đấu giá các phát minh của Tesla, chứ không phải đưa chúng vào quy trình sản xuất. Cuối cùng, họ đã sắp đặt để Tesla làm công việc giảng dạy trước khi Viện Kỹ thuật Điện Mỹ ra đời vào năm 1888. Những bài giảng của Tesla được đăng trên tạp chí đã sớm thu hút được sự quan tâm của George Westinghouse, một người đã thành danh trong việc chế tạo các hệ thống phanh khí và hệ thống tín hiệu cho đường ray xe lửa.
  Vào thời điểm đó, các công ty sản xuất đèn điện đã tính đến việc chuyển từ DC sang AC, vì AC có thể được truyền qua các khoảng cách xa hơn, đến được với nhiều khách hàng hơn. Trong khi Edison vẫn tập trung vào các kỹ thuật DC, thì Westinghouse lại quyết định đánh cuộc với AC. Chính vì vậy, Peck và Brown đã có thể thuyết phục ông trả một số tiền hậu hĩnh cho các phát minh của Tesla. Vào tháng 7/1888, Westinghouse đã trả trước 75.000 đô la và tiền bản quyền 2,5 đô la cho mỗi sức ngựa mà mỗi động cơ được sản xuất. Tesla đã hào phóng chia cho hai người bảo trợ của mình năm phần chín số tiền thu được.
Westinghouse hy vọng các động cơ của Tesla có thể được sử dụng để chạy các xe điện trên phố, vì vậy Tesla đã tới Pittsburgh để cải tiến thiết kế của ông cho phù hợp với ứng dụng này. Tuy nhiên, nhà phát minh và các kỹ sư của Westinghouse đã gặp lúng túng trước những khó khăn kỹ thuật. Vì động cơ của Tesla đòi hỏi hai dòng xoay chiều và bốn đầu dây, nó không thể được mắc vào hệ AC đơn pha đã có, vì vậy người ta cần phải lắp đặt thêm các dây bổ sung. Mặc dù Tesla cũng đã phát triển một số động cơ hai dây, cái gọi là những thiết kế chia pha hoạt động tốt nhất ở những tần số 50Hz hoặc thấp hơn, nhưng vào thời điểm đó, hệ thống đơn pha của Westinghouse lại sử dụng dòng 133Hz để sao cho khách hàng không thể nhìn thấy các bóng đèn nóng sáng bị nhấp nháy.
Các kỹ sư của Westinghouse cuối cùng đã giải quyết được vấn đề bằng việc điều chỉnh động cơ của Tesla và phát triển một hệ AC mới sử dụng dòng ba pha 60Hz. Westinghouse đã trình diễn một cách ngoạn mục kỹ thuật mới này khi xây dựng một trạm thủy điện ở thác Niagara, công trình này đã truyền điện năng qua một khoảng cách 25 dặm tới những nhà máy ở Buffalo. Ngày nay, động cơ của Tesla và hệ AC đa pha đã trở thành nền tảng cho hệ thống cung cấp điện năng ở Bắc Mỹ.

Sự cộng hưởng điện
Từ lâu trước khi trạm Niagara đi vào hoạt động, Tesla đã cảm thấy nóng ruột và rời bỏ Westinghouse. Sử dụng số tiền bản quyền của mình, năm 1889 Tesla đã thiết lập một phòng thí nghiệm mới ở thành phố New York. Để thu hút sự quan tâm của công chúng, ông đã tự tạo cho mình hình ảnh về một nhà phát minh lập dị. Cũng như sự hiếu kỳ đối với những phát minh của Edison ở Menlo Park trong những năm 1870, thì trong những năm 1890, người ta cũng đổ xô đến phòng thí nghiệm của Tesla để xem các phát minh kỳ lạ của ông.
Trong khi tìm cách để tạo ra ánh sáng hồ quang bằng việc sử dụng hệ AC, Tesla đã tìm ra những hiện tượng mới rất cơ bản, liên quan đến các hiện tượng điện tần số cao. Ông đã băn khoăn, tự đặt ra câu hỏi rằng nếu có thể tạo ra những động cơ bằng dòng AC 60Hz thì có thể chế tạo được cái gì với một dòng điện có tần số 10.000Hz? Trước đây, Tesla đã nối các cuộn cảm từ, điện trở và tụ điện lại với nhau để tạo thành các động cơ chia pha của ông, còn bây giờ ông lại nối cuộn cảm với tụ điện theo một cấu hình mới để tạo ra những dòng tần số cao.
Nhà phát minh đã theo đuổi hướng nghiên cứu này trong suốt 15 năm tiếp theo. Tesla đã nhận ra rằng, một mạch được cấu hình thích hợp có thể khuếch đại các tín hiệu điện, nâng cao tần số và hiệu điện thế của chúng. Từ đó, ông đã chế tạo những "máy phát khuếch đại khổng lồ" - ngày nay được gọi là các cuộn dây Tesla, những thiết bị này có thể sinh ra những tia lửa điện dài hơn 40m. Tesla còn nhận ra một điều rất quan trọng là, hiện tượng cộng hưởng có thể được ứng dụng để dò các tín hiệu vô tuyến. Một máy phát với một tụ điện và cuộn cảm nhất định có thể sinh ra tín hiệu ở một tần số nhất định. Tương tự như thế, nếu ở máy thu cũng có tụ điện và cuộn cảm như ở máy phát thì nó cũng sẽ phản ứng mạnh nhất đối với tần số của tín hiệu máy phát.
Tesla's Aircraft PlansTừ ý tưởng cơ bản về hiện tượng cộng hưởng điện, Tesla đã đồng thời theo đuổi những phát minh trong lĩnh vực chiếu sáng, truyền tín hiệu không dây và phân phối điện năng không dây. Với hy vọng phát triển một loại bóng đèn hiệu suất cao để thay thế bóng đèn nóng sáng của Edison, Tesla đã không chỉ sáng tạo nên những bóng đèn huỳnh quang mà còn khám phá ra rằng có thể sử dụng một ống chân không để phát hiện các sóng vô tuyến. Mặc dù nhà phát minh thiên tài đã không tiếp tục theo đuổi khám phá này, nhưng J. A. Fleming và Lee De Forest đã tiếp bước ông để chế tạo ra những bóng đèn điện tử dùng trong kỹ thuật vô tuyến.
Với những mạch điện hoàn chỉnh để thu và phát các sóng vô tuyến, Tesla đã thử nghiệm chúng với các ăng-ten được treo vào những quả bóng lơ lửng trên nóc phòng thí nghiệm và trên nóc khách sạn ở Manhattan của ông. Nhưng thật bất hạnh, ngay khi bắt đầu có được những kết quả đầy hứa hẹn thì phòng thí nghiệm của Tesla bị cháy tan tành vào tháng 3/1895, toàn bộ những hệ thống thiết bị nghiên cứu và kết quả ghi chép đều mất sạch.
  Hệ thống phát năng lượng toàn cầu
Mùa xuân năm 1899, Tesla đã đóng cửa phòng thí nghiệm xây lại của ông ở New York và lập nên một trung tâm nghiên cứu ở vùng núi Pikes Peak, thuộc Colorado. Tại đó, nhà phát minh đã tập trung giải quyết một vấn đề mà ông tin rằng nó sẽ trở thành ứng dụng quan trọng nhất của sóng điện từ: sự truyền năng lượng không cần dây dẫn đến khắp nơi trên thế giới. Vào thời đó, nhu cầu về điện ở Mỹ dường như không thể được thỏa mãn, mặc dù khắp nơi đã chằng chịt các đường dây. Chính vì vậy, nhà phát minh đã mơ về một mạng lưới viễn thông có thể vừa truyền điện năng vừa truyền thông tin mà không cần dây dẫn.
Giấc mơ mới mẻ đó của Tesla đã được dựa trên cơ sở về hiện tượng cộng hưởng điện. Giống như những nhà nghiên cứu vô tuyến đi trước, ông cũng đã nhìn nhận mối quan hệ giữa máy phát và máy thu như hai yếu tố duy nhất của một hệ khép kín. Đầu tiên, máy phát gửi sóng vô tuyến đến qua không khí đến máy thu. Sau đó, vì cả hai thiết bị đều được đặt trên mặt đất nên một dòng phản hồi sẽ đi từ máy thu qua mặt đất đến máy phát. Không giống như nhiều người chỉ chú trọng vào việc phát sóng vô tuyến qua khí quyển, Tesla lại quyết định tập trung vào những dòng điện trong lòng đất. Ông đã suy nghĩ rằng, tại sao lại không thể có một máy phát gửi các sóng qua lòng đất đến máy thu rồi sau đó phản hồi lại qua khí quyển?
Tesla đã tưởng tượng ra rằng có thể xây dựng một trạm phát để truyền năng lượng điện từ vào vỏ trái đất cho đến khi đạt tới tần số cộng hưởng điện của hành tinh. Khi đó toàn Trái đất sẽ phát ra các xung năng lượng, và chúng có thể được thu nhận bởi các trạm thu trên khắp thế giới. Tesla đã thiết lập một số máy phát lớn ở thành phố Colorado Springs để thử nghiệm lý thuyết này và ông rất tự tin rằng chúng đã thành công trong việc phát năng lượng khắp thế giới. (Tesla thậm chí còn tin rằng, các tín hiệu của ông đã đến được sao Hỏa và ông đã nhận được một thông điệp phản hồi từ những người sao Hỏa!).
Rất mãn nguyện với niềm tin rằng, năng lượng có thể được truyền qua lòng đất đến khắp nơi trên hành tinh, Tesla trở về New York vào năm 1900. Sau đó, Tesla đã viết một bài dài 60 trang cho tạp chí Thế kỷ với tiêu đề "Vấn đề tăng cường nguồn năng lượng của loài người". Và những nỗ lực của ông đã được đền đáp vào năm 1901, trùm tư bản J. Pierpont Morgan đã đầu tư 150.000 đô la cho đề án truyền năng lượng không dây của Tesla. Nhà phát minh đã nhanh chóng tận dụng số tiền này, không tiếc chi phí để trang bị cho một phòng thí nghiệm mới ở Wardenclyffe, bờ bắc của Long Island. Mặc dù Morgan đã từ chối cung cấp thêm tiền và Tesla cũng đã không thu được những kết quả kỹ thuật mong muốn song nhà phát minh vẫn xây dựng một tháp ăng-ten cao 57m ở Wardenclyffe. Thậm chí những mối quan hệ với nhiều nhà tài trợ ở New York cũng đã không thể giúp Tesla đảm bảo được các chi phí tài chính để hoàn thành đề án của mình, ông nhanh chóng bị rơi vào tình trạng suy sụp tinh thần.
  Những năm cuối đời và di sản để lại
Tesla đã hy vọng có được tiền để tiếp tục công việc ở Wardenclyffe bằng việc chuyển những nỗ lực sáng tạo của ông từ kỹ thuật điện sang kỹ thuật cơ khí. Nhận thức được rằng, các động cơ piston hơi nước của những nhà máy điện đang được thay thế bởi những tua-bin hơi nước có hiệu suất cao hơn, ông đã bắt đầu nghiên cứu một mô hình thiết kế tua-bin hoàn toàn không có cánh quạt. Cũng giống như những phát minh khác của ông, tua-bin không có cánh quạt được dựa trên một ý tưởng lớn. Vì từ trường quay có thể làm quay rotor của động cơ AC nên Tesla đã nghĩ rằng có thể dùng lực nhớt của hơi nước để tác động lên những đĩa mỏng đặt gần nhau được gắn chặt vào một cán tua-bin. Thiết kế tua-bin của Tesla đã hoạt động ở tốc độ vượt quá 10.000 vòng mỗi phút nhưng thật không may tốc độ đó quá nhanh và vượt quá sức chịu đựng của tất cả các đĩa thép mỏng.
Mặc dù Tesla đã không thể thuyết phục bất cứ ai đưa vào sản xuất mẫu tua-bin của mình nhưng ông cũng đã có được bằng phát minh về một loại đồng hồ đo tốc độ tự động dựa trên cùng một nguyên lý giống với chiếc tua-bin. Trong suốt hai chục năm sau đó, Tesla đã sống bằng tiền bản quyền cho phát minh về chiếc đồng hồ đo tốc độ của ông. Ông cũng đã viết báo cho các tạp chí phổ biến khoa học, trong đó ông thường nhắc đến tương lai của điện và vô tuyến. Tuy nhiên, càng ngày ông càng cảm thấy buồn rầu và chán nản. Cuối cùng ông trở thành một người ẩn dật, lang thang hết khách sạn này đến khách sạn khác.
Năm 1931, để kỷ niệm ngày sinh lần thứ 75 của Tesla, tạp chí Time đã đăng trên trang nhất một câu chuyện kể về nhà phát minh đánh tín hiệu lên các ngôi sao với chiếc "máy Tesla" của ông - đó là một máy phát vô tuyến khổng lồ. Rất hứng thú với việc kỷ niệm này, Tesla đã quyết định tổ chức những cuộc họp báo hàng năm vào ngày sinh nhật ông. Trong những buổi họp này, Tesla đã liên tục cảnh báo về những mối nguy hiểm của cuộc chiến tranh toàn cầu và cho rằng thảm họa đó có thể tránh được bằng việc phát triển một loại siêu vũ khí có khả năng duy trì sự cân bằng của các lực lượng. Ông tuyên bố rằng, nó chính là một loại súng phát ra chùm tia có thể tập trung một lượng lớn năng lượng để chiếu vào các máy bay, tàu chiến và quân đội. Năm 1937, khi Tesla đang đi dạo quanh thành phố, ông bị một chiếc taxi đâm phải. Lần này thì nhà phát minh vĩ đại đã không bao giờ có thể hồi phục được nữa, ông mất vào ngày 8/1/1943.
Tesla đã để lại một di sản phong phú các phát minh. Ông được biết đến như cha đẻ của động cơ AC và năm 1956, cái tên "tesla" được đặt cho một đơn vị quốc tế đo mật độ dòng của từ trường. Những tiên đoán đầy bí ẩn và kỳ lạ của ông đã khiến ông trở thành một vị thánh đối với những nhóm người đi theo những niềm tin tâm linh không chính thống. Bị mê mẩn bởi những tuyên bố của Tesla về sự khám phá những bí ẩn huyền ảo của vũ trụ, những tín đồ này đã cho rằng, các nhân vật quyền lực như Edison và Morgan đã âm mưu ngăn cản Tesla hoàn thiện các phát minh và sự nghiệp cách mạng hóa thế giới của ông.
Mặc dù những tuyên bố cường điệu và những đồn đại là thiếu cơ sở, nhưng Tesla đã thực sự là một con người có những đóng góp vĩ đại cho khoa học kỹ thuật. Khả năng tập trung vào những nguyên lý cơ bản là sức mạnh lớn nhất của ông, nhưng nó cũng đồng thời là điểm yếu lớn nhất của ông. Tesla đã quá say mê với vẻ đẹp của những khái niệm cơ bản, say mê đến mức ông đã không thể ngừng được việc theo đuổi đến từng chi tiết để hoàn thiện những phát minh của mình.

Nguồn :Tesla nhà phát minh của những giấc mơ

Thứ Năm, 29 tháng 10, 2015

.



 

 


Năng lượng và ánh sáng
So với phần còn lại của vũ trụ, Trái đất chỉ là một hành tinh nhỏ bé. Hành tinh của chúng ta, cùng với bảy hành tinh khác, quay xung quanh Mặt trời – vốn chỉ là một ngôi sao nhỏ trong khoảng hơn 200 tỉ ngôi sao trong thiên hà của chúng ta. Và thiên hà của chúng ta – dải Ngân Hà, Milky Way – cũng chỉ là một phần của vũ trụ, gồm hàng triệu thiên hà khác cùng với các sao và hành tinh bên trong. Trái đất chỉ giống như một hạt cát ở bờ biển vậy.
So với loài người, thì ngược lại, Trái đất quả thực quá to lớn. Nó có đường kính 7.926 dặm (khoảng 12.756 km) ở xích đạo, với khối lượng khoảng 6 x 10^24 kg. Trái đất quay xung quanh Mặt trời với vận tốc khoảng 66.638 dặm một giờ (29,79 km một giây). Những con số khổng lồ. Nhưng nó vẫn là rất nhỏ so với kích thước của Mặt trời.

Những điều có thể bạn chưa biết về Trái đất – ngôi nhà chung của nhân loại
 

Nhìn từ Trái đất, Mặt trời có vẻ rất nhỏ. Bởi vì nó cách Trái đất những 93 triệu dặm. Thực tế, đường kính Mặt trời lớn hơn Trái đất khoảng 100 lần, một Mặt trời có thể chứa trong đó khoảng 1.000.000 Trái đất.
Nếu không có Mặt trời, Trái đất không thể tồn tại được. Bạn có thể tưởng tượng, Trái đất là một cỗ máy khổng lồ, một hệ thống vô cùng phức tạp. Nó cần năng lượng để hoạt động, và nguồn năng lượng đó chính là Mặt trời. Mặt trời là một nguồn năng lượng hạt nhân khổng lồ - phản ứng nhiệt hạch tạo một nguyên tử Heli từ bốn nguyên tử Hidro giúp sinh ra nhiệt và ánh sáng. Mỗi mét vuông trên Trái đất tiếp nhận năng lượng khoảng 342 Watt mỗi năm. Tổng cộng là 1,7 x 10^17 Watt, tương đương với lượng năng lượng sinh ra bởi khoảng 1,7 tỉ nhà máy điện.
Khi năng lượng này đến Trái đất, nó cung cấp năng lượng cho rất nhiều phản ứng, chu trình và hệ thống. Nó điều khiển sự đối lưu của khí quyển và đại dương. Nó giúp cây cối phát triển. Nó giúp cho nhiệt độ Trái đất ổn định, và rồi sự sống có thể tồn tại trên hành tinh của chúng ta.

Những điều có thể bạn chưa biết về Trái đất – ngôi nhà chung của nhân loại
 

Ngày và đêm
Một trong những ảnh hưởng lớn nhất của Mặt trời lên Trái đất là thứ bạn trải qua hàng ngày: hiện tượng ngày và đêm. Khi tự quay quanh trục của mình, một phần Trái đất nhận ánh sáng Mặt trời, trong khi phần kia chìm trong bóng đêm. Nói cách khác, khi nhìn từ Trái đất, đó là hiện tượng Mặt trời mọc và lặn. Bất kì nơi nào trên Trái đất đều nhận ánh sáng và nhiệt từ Mặt trời vào ban ngày, sau đó sẽ mất nhiệt vào ban đêm.
Bốn mùa trên Trái đất cũng là một trong những bằng chứng rõ ràng nhất về mối quan hệ giữa Trái đất và Mặt trời. Trục Trái đất nghiêng khoảng 23,5 độ. Một nửa bán cầu đối diện với Mặt trời sẽ nhận được nhiều ánh sáng hơn - ở những nơi này sẽ là mùa hè, và sẽ là mùa đông ở bán cầu bên kia. Ảnh hưởng này không lớn lắm ở gần Xích đạo – nơi đây nhận được lượng ánh sáng Mặt trời mỗi ngày gần tương đương nhau trong suốt cả năm. Trong khi, ở hai cực, không nhận được một chút ánh sáng Mặt trời nào trong suốt mùa đông, đây là một trong những lý do khiến thời tiết ở nơi đây lại băng giá như vậy.

Những điều có thể bạn chưa biết về Trái đất – ngôi nhà chung của nhân loại
 

Trong khi nhiều người chỉ nghĩ đơn giản, sự khác biệt giữa ngày và đêm (hay mùa hè và mùa đông) là một điều tất nhiên, thì thực tế sự thay đổi về ánh sáng và nhiệt độ tạo nên ảnh hưởng vô cùng lớn tới sự hoạt động của các hệ thống trên Trái đất. Một trong số đó là sự lưu thông không khí trên Trái đất.
Hiệu ứng Coriolis, một sản phẩm sinh ra do Trái đất tự quay, giúp tạo nên hệ thống mùa phong phú và đa dạng. Nó còn giúp tạo nên nhiều loại gió, như gió Tín phong thổi đến xích đạo, hay loại gió Tây ôn đới thổi từ đường chí tuyến đến vòng cực. Những hình thái gió mùa này giúp cho không khí và hơi ẩm di chuyển giữa các vùng, và tạo nên sự đa dạng về mùa.
Mặt trời cũng góp phần trong quá trình tạo ra mưa và gió. Khi Mặt trời làm nóng không khí ở một khu vực nào đó, áp suất tại đó sẽ giảm đi. Không khí từ vùng lân cận sẽ lập tức tràn vào, đây chính là cơ chế tạo nên gió. Không có Mặt trời, sẽ không có gió trên Trái đất. Và còn hơn thế, không có Mặt trời, chúng ta cũng không có không khí để thở. Hãy thử tìm hiểu ở phần tiếp theo.

Những điều có thể bạn chưa biết về Trái đất – ngôi nhà chung của nhân loại
 

Đường và carbon
Phần lớn trong bầu khí quyển Trái đất là khí nitơ. Oxy chỉ chiếm 21% trong không khí chúng ta hít thở. Ngoài ra còn có khí carbon dioxid, argon, ozone, hơi nước, và rất nhiều loại khí khác, tạo nên khoảng gần 1% thành phần khí quyển. Những loại khí này đến từ nhiều nguồn, kể từ khi Trái đất hình thành.
Nhưng các nhà khoa học lại tin rằng, trên Trái đất sẽ không có khí oxy, nếu không có cây xanh. Cây xanh (và một số loài vi khuẩn), bằng quá trình quang hợp, chúng chuyển hóa nước và khí carbon dioxid thành đường và khí oxy.
Quang hợp là một quá trình phức tạp. Về cơ bản, nó giống như cách mà cơ thể chúng ta phân hủy thức ăn để tạo năng lượng cho cơ thể hoạt động. Về bản chất, sử dụng năng lượng ánh sáng từ Mặt trời, cây xanh có thể chuyển hóa carbon dioxid và nước thành glucose và khí oxy qua phản ứng:
6CO2 + 12H2O + ánh sáng -> C6H12O6 + 6O2+ 6H2O

Những điều có thể bạn chưa biết về Trái đất – ngôi nhà chung của nhân loại
 

Nói cách khác, trong khi chúng ta thì hít khí oxy và thải ra khí carbonic, thì cây xanh lại ngược lại, chúng hít khí carbonic và thải ra khí oxy. Một số nhà khoa học tin rằng, trên Trái đất không hề có oxy trước khi cây xanh xuất hiện và khởi động quá trình quang hợp.
Nếu không có Mặt trời cung cấp ánh sáng cho quá trình quang hợp, chúng ta sẽ không thể có không khí để thở. Nếu không có cây cối cung cấp lương thực cho con người và các loài động vật khác, chúng ta cũng sẽ không có gì để ăn.
Hiển nhiên, cây cối rất quan trọng cho sự tồn tại của loài người. Không chỉ vì nó cung cấp khí oxy và thức ăn, chúng còn giúp điều chỉnh lượng khí carbonic, hay còn gọi là khí nhà kính, trong khí quyển. Chúng còn giúp phòng tránh sự xói mòn, bạc màu của đất do gió và nước. Thêm nữa, chúng còn đưa hơi nước vào không khí trong quá trình quang hợp. Lượng hơi nước này, tiếp tục tham gia vào chu trình nước, được điều khiển bởi Mặt trời. Hãy cùng tìm hiểu về chu trình nước trong phần tiếp theo.

Những điều có thể bạn chưa biết về Trái đất – ngôi nhà chung của nhân loại
 

Nước và lửa
Mặt trời tác động rất lớn đến nguồn nước của chúng ta. Nó làm nóng các đại dương ở gần xích đạo, ngược lại, nước ở hai cực thì lạnh đi. Chính vì lẽ đó mà tồn tại các dòng biển nóng và lạnh, chúng di chuyển một lượng lớn nước ấm và nước lạnh đi khắp nơi, ảnh hưởng đến thời tiết và khí hậu khắp thế giới. Mặt trời cũng điều khiển chu trình nước, nó làm bay hơi khoảng 495.000 kilomet khối hơi nước vào khí quyển mỗi năm.
Bạn hãy nhớ lại xem, khi bạn đi bơi, lúc bạn lên bờ và nằm phơi nắng, chỉ một lúc sau cơ thể bạn sẽ lại khô như lúc trước khi bơi. Khi ấy, quá trình bay hơi đã xảy ra. Ngược lại, nếu bạn từng thấy hơi nước đọng trên thành cốc trà đá, thì bạn đã thấy hiện tượng ngưng tụ rồi đấy. Đây chính là hai quá trình chính, trong chu trình nước. Chu trình nước này là nguyên nhân sinh ra mây và mưa, cũng như nguồn nước ngọt mà bạn đang sử dụng.

Những điều có thể bạn chưa biết về Trái đất – ngôi nhà chung của nhân loại
 

Nếu không có Mặt trời khởi phát quá trình bay hơi nước, chu trình nước sẽ không tồn tại. Trên Trái đất sẽ không có mây, mưa hay thời tiết. Nước trên Trái đất sẽ chỉ ở yên trên mặt đất, chính xác hơn, nước sẽ bị đóng băng, do không có Mặt trời để sưởi ấm, và Trái đất sẽ băng giá mãi mãi.
Tia cực tím và gió Mặt trời
Nguồn năng lượng khổng lồ của Mặt trời có hai mặt hại chính: tia cực tím và gió Mặt trời. Tia cực tím có thể gây ung thư, đục thủy tinh thể và những vấn đề về sức khỏe khác. Gió Mặt trời, bản chất là một luồng dịch chuyển mang điện tích, hay dòng ion hoá, sẽ thổi bay khí quyển Trái đất. May mắn thay, Trái đất có hàng rào bảo vệ tự nhiên chống lại cả hai tác nhân này. Tầng ozon bảo vệ con người khỏi tia cực tím, và từ trường bảo vệ chúng ta khỏi gió Mặt trời.

Những điều có thể bạn chưa biết về Trái đất – ngôi nhà chung của nhân loại
 

Tầng bình lưu của Trái đất có một lớp mỏng ozone (O3), được sinh ra nhờ Mặt trời. Phân tử ozone cấu tạo bởi 3 nguyên tử oxy – đây là một phân tử không bền vững, tuy nhiên phải mất rất nhiều năng lượng để tạo ra được nó. Khi tia cực tím đến Trái đất và va chạm với các phân tử oxy, phân tử oxy sẽ bị tách ra thành hai oxy nguyên tử. Mỗi oxy nguyên tử này khi gặp một phân tử oxy sẽ tạo thành một phân tử ozone. Đây là một phản ứng thuận nghịch: khi tia cực tím va chạm với phân tử ozone, nó lại bị tách ra thành phân tử oxy và một oxy nguyên tử.
Quá trình này gọi là chu trình oxy – ozone, và nó giúp chuyển năng lượng của tia cực tím thành nhiệt năng, từ đó giúp ngăn ngừa tác dụng có hại của tia cực tím đến con người. Nếu không có Mặt trời, Trái đất sẽ không có tầng ozone; nhưng nếu không có Mặt trời, thì chúng ta cũng chẳng cần tầng ozone nữa.
Đó là cơ chế giúp bảo vệ con người khỏi tia cực tím. Còn về gió Mặt trời, Trái đất đã tự tạo ra được hàng rào bảo vệ. Nếu không có từ trường, các hạt mang điện từ gió Mặt trời sẽ thổi bay bầu khí quyển của Trái đất. Từ trường được sinh ra từ bên trong lòng của Trái đất – đó là kết quả của sự tương tác giữa các lớp bên trong và bên ngoài của Trái đất.

Những điều có thể bạn chưa biết về Trái đất – ngôi nhà chung của nhân loại
 

Trong nhân Trái đất có chứa một lượng lớn sắt. Phần lõi trong cùng ở dạng đặc, tiếp theo là lớp kim loại nóng chảy – hai lớp này ở sâu trong lòng đất. Chúng được ngăn cách với lớp vỏ Trái đất bằng một lớp mantle rất dày. Lớp mantle này ở thể rắn, tuy nhiên lại rất mềm, đây là nguồn gốc của dòng dung nham trong các ngọn núi lửa. Quay lại với hai lớp kim loại trong cùng, chúng cũng quay quanh trục giống như Trái đất, nhưng do mật độ hai lớp khác nhau, nên chúng có vận tốc quay khác nhau, từ đó sinh ra hiệu ứng dynamo, hình thành dòng điện và tạo nên từ trường của Trái đất – giống như một nam châm điện khổng lồ vậy. Khi gió Mặt trời đến Trái đất, chúng sẽ tương tác với từ trường của Trái đất và bị đẩy ra xa, từ đó bảo vệ Trái đất khỏi tác động của gió Mặt trời.
Từ hiệu ứng dynamo, Trái đất trở thành một nam châm lớn có hai cực. Hai cực của Trái đất thay đổi theo chu kì – khoảng 400 lần trong vòng 330 triệu năm. Từ trường sẽ yếu đi khi hai cực thay đổi, tuy nhiên, qua nghiên cứu, người ta dự đoán rằng Mặt trời sẽ “hỗ trợ” Trái đất trong giai đoạn này, bằng cách tương tác với lớp khí quyển để tăng cường thêm từ trường.

Những điều có thể bạn chưa biết về Trái đất – ngôi nhà chung của nhân loại
 

Hành tinh và các ngôi sao
Một trong những lý thuyết nổi trội nhất về nguồn gốc hình thành Trái đất, là về một đám mây bụi quay tròn có tên gọi là tinh vân Mặt trời. Tinh vân này là một sản phẩm sau vụ nổ Big Bang. Các nhà triết học, người theo đạo và các nhà khoa học có vô vàn những ý kiến khác nhau về nguồn gốc của vũ trụ, nhưng nổi tiếng nhất và được chấp nhận nhiều nhất, là lý thuyết về vụ nổ Big Bang. Theo lý thuyết này, vũ trụ được sinh ra sau một vụ nổ cực lớn.
Trước khi xảy ra vụ nổ Big Bang, tất cả vật chất và năng lượng tập trung tại một điểm có tên gọi là điểm kì dị - singularity. Đây là một điểm có nhiệt độ cực cao và mật độ lên đến vô hạn – giống như ở điểm trung tâm của các lỗ đen. Điểm kì dị trôi trong chân không, cho đến khi nó bùng nổ - khí, hơi, vật chất, năng lượng tỏa ra theo mọi hướng.

Những điều có thể bạn chưa biết về Trái đất – ngôi nhà chung của nhân loại
 

Sau khi các loại khí nguội đi, rất nhiều lực tác động lên các hạt và khiến chúng gắn vào với nhau. Càng nguội, chúng di chuyển càng chậm, và dần dần hình thành các ngôi sao. Quá trình này xảy ra mất khoảng một tỉ năm.
Khoảng 5 tỉ năm trước, một phần của đám khí sau vụ nổ Big Bang, đã sinh ra Mặt trời của chúng ta. Ban đầu, nó rất nóng, đám mây bụi quay xung quanh nó chứa vô vàn các nguyên tố khác nhau. Khi Mặt trời tiếp tục quay, các nguyên tố này tạo thành một đĩa có tên gọi là tinh vân Mặt trời. Trái đất và các hành tinh khác hình thành trong chiếc đĩa này. Trung tâm đám mây tiếp tục ngưng tụ, tiếp tục bốc cháy và tạo thành Mặt trời.
Hiện tại chưa có bằng chứng chắc chắn về việc Trái đất hình thành như thế nào trong đám mây bụi đó. Các nhà khoa học đưa ra hai giả thiết, và cả hai giả thiết này đều liên quan đến việc các phân tử và các hạt kết dính vào nhau. Chúng có chung ý tưởng cơ bản: khoảng 4.6 tỉ năm trước, Trái đất được hình thành từ các hạt quay xung quanh chiếc đĩa khổng lồ hình thành nên Mặt trời: khi Mặt trời đốt cháy, nó thổi các hạt ra không gian xung quanh, và hình thành nên hệ Mặt trời ngày nay. Mặt trăng cũng là một phần của tinh vân Mặt trời.

Những điều có thể bạn chưa biết về Trái đất – ngôi nhà chung của nhân loại
 

Thuở ban đầu, Trái đất rất nóng. Dần dần, khi nó nguội đi, lớp vỏ Trái đất hình thành. Thiên thạch rơi xuống Trái đất tạo nên các hố sâu. Nhiệt độ tiếp tục giảm xuống, đồng nghĩa với việc nước sẽ ngưng tụ, và tạo nên hồ, biển và các đại dương.
Trải qua hàng ngàn quá trình như động đất, núi lửa,... bề mặt Trái đất mới có thể giống như hiện tại. Khối lượng khổng lồ của nó giúp tạo nên trọng lực giữ mọi thứ lại trên bề mặt, và giúp chúng ta có nơi để sống. Tất cả các quá trình này, tất cả các vật chất này, sẽ không thể tồn tại nếu không có Mặt trời