Phần trình bày về thuật ngữ Vật lý


Tất cả các loại

Trang: (Trước)   1  ...  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  ...  22  (Tiếp theo)
  Tất cả

HÌnh đại diện Phạm Thị Ngọc Phương
Bởi Phạm Thị Ngọc Phương - Thứ năm, 22 Tháng một 2009, 04:48 PM
 

Chim di trú “nhìn thấy” từ trường Trái Đất

Làm thế nào mà các loài chim di trú biết được đâu là hướng Bắc? Một nghiên cứu mới xác định rằng trong thực tế chúng đã “nhìn” được từ trường của Trái Đất để định hướng toàn cầu trong khi bay.

Các nhà khoa học Đức xác định rằng chim di trú đã “nhìn” được từ trường của Trái Đất để định hướng trong khi bay. (Ảnh: keralatourism.org)

Từ bấy lâu nay, qua các thử nghiệm hành vi, các nhà khoa học đã biết rằng chim di trú sử dụng một loại la bàn từ trường nội tại (tức trong cơ thể) để định hướng bay. Nhưng việc la bàn đó vận hành cụ thể như thế nào thì vẫn còn là một ẩn số.

Giờ đây, nhà khoa học Dominik Heyers, thuộc Trường Đại học Oldenburg, Đức, và các cộng sự đã có những bằng chứng để khẳng định rằng những phân tử trong mắt chim di trú có sự liên kết với một khu vực trong não có chức năng định hướng.

Cụ thể là nhóm nghiên cứu đã xác lập được mối liên hệ chức năng trực tiếp giữa các tế bào trong võng mạc và một vùng ở não trước có tên là Cluster N. Theo đó, tín hiệu từ những tế bào thần kinh trong mắt nhạy cảm với hướng từ trường đã được nối với một khu vực ở não trước chịu trách nhiệm về thị giác.

Nhóm nghiên cứu đã tiêm một chất đánh dấu (tracer) vào Cluster N, trong khi một chất đánh dấu khác được tiêm vào võng mạc. Chất đánh dấu này có khả năng di chuyển dọc theo các sợi thần kinh.

Sau khi chim định hướng xong, nhóm nghiên cứu nhận thấy cả hai chất đánh dấu này đều di chuyển đến cùng một chỗ – đó là một khu vực chịu trách nhiệm về thị giác nằm trong vùng đồi (thalamus) của não.

Chim di trú Garden Warbler đã được sử dụng trong nghiên cứu này. (Ảnh: Nature)

Vùng đồi là nơi mà mọi tín hiệu từ các giác quan – như thị giác, thính giác, xúc giác và vị giác – đều phải đi qua trước khi được kết nối với những tế bào thần kinh ở các khu trung tâm khác của não. Có nghĩa những tín hiệu đó phải đi qua một bộ phận lọc thông tin rồi mới đến được khu vực não phân tích (não tư duy).

Qua thử nghiệm này, nhóm nghiên cứu xác định Cluster N và võng mạc có sự liên hệ chặt chẽ với nhau để giúp chim có khả năng định hướng theo từ trường. Nói cách khác, não đã xử lý những thông tin về hướng từ trường được chuyển đến từ mắt chim.

Điều đó có nghĩa là chim di trú cảm nhận từ trường như là một mô hình thị giác, tức “nhìn thấy” từ trường.

Bà Heyers giải thích rằng trong võng mạc chim di trú có các protein cryptochrome chứa các phân tử cần thiết cho việc cảm ứng từ trường. Chính các protein này đã kích thích các tế bào cảm thụ hình ảnh, tùy theo hướng của từ trường.

Theo nhóm nghiên cứu, các protein cryptochrome này đóng vai trò như một la bàn giúp chim di trú có khả năng định hướng trong khi bay.

Chim di trú được sử dụng trong nghiên cứu này là Garden Warbler – loài chim được ước tính có khoảng 10 triệu con trên toàn thế giới, thường sinh sản ở Bắc Âu và trú đông ở châu Phi.

Lông vũ nắm bí mật về đường chim di cư

Chim chích nước.

Từ lâu, người ta đã biết Đông Âu là vùng sinh sản chính của chim chích nước, một loài chim bị nguy cấp trên toàn cầu, nhưng chưa ai tìm thấy nơi trú đông của chúng. Các nhà khoa học hy vọng nhờ phân tích đồng vị hóa học trên lông vũ, họ có thể tìm ra lộ trình di cư bí ẩn này.

Chim chích nước sinh sản chủ yếu ở Ba Lan, Belarus, Ukraina, và một lượng nhỏ sống ở Lithuania và Hungary. Ở Tây Âu, hầu hết sinh cảnh của loài chim này đã biến mất từ năm 1945. Người ta cho rằng chim chích nước nghỉ đông ở các đầm lầy Tây Phi, phía nam sa mạc Sahara. Nhưng cho đến nay, chưa bắt được con nào ở đây.

Chim chích nước có thể trú đông ở đầm lầy Tây Phi, nhưng không ai chắc chắn.

Một nhóm khoa học tại Hiệp hội Bảo tồn chim Hoàng gia Anh (RSPB) đang nghiên cứu các đồng vị bền (những nguyên tử của cùng một nguyên tố nhưng có khối lượng khác nhau) và các nguyên tố vết trong lông chim để tìm ra nơi chúng trú đông. RSPB cho biết: “Khi lông chim mọc, hàm lượng các nguyên tố và tỷ lệ đồng vị bền lắng đọng trong đó phản ánh đặc điểm về nguyên tố và đồng vị trong môi trường mà chúng sống, và đặc điểm này duy trì ổn định suốt cuộc đời của chiếc lông”.

Chim chích nước mọc lông đuôi và lông cánh ở châu Phi. Do vậy, chỉ cần thu thập lông của chúng tại các vùng sinh sản ở châu Âu, ta sẽ biết về những hồ nước nơi chúng trú đông. Thậm chí lông của các loài chim chích châu Phi sống cùng khu vực đó (loài thay thế) cũng sẽ có những dấu hiệu hóa học và đồng vị tương tự với chim chích nước châu Âu.

Nhóm nghiên cứu đã thu thập mẫu vật từ một loạt loài chim thay thế ở hồ Chad, Nigeria. Họ đã phát hiện ra rằng chim chích Ba Lan nghỉ đông ở đâu đó, không cùng khu vực với đồng loại của chúng có xuất xứ từ Ukraina và Belarus. Tuy nhiên, việc truy tìm nơi trú đông này vẫn chưa đến đích, và các nhà khoa học còn đang “dò dẫm” ở những bước đi đầu tiên.

Chim đi trú đông

Nói về những loài động vật di cư đi trú đông: Làm sao chúng biết được khi nào phải đi trú đông trước khi mùa đông đến và chúng nên đi đâu để tránh mùa đông? Nếu chúng ..chờ thời tiết lạnh đến, rồi chờ cho những chi trên cơ thể phát triển đủ mạnh, đủ bền để di chuyển..thì có lẽ chúng đã chết hết rồi. Mà chết thì không thể tiến hóa.

Làm thế nào một con chim nhỏ có thể di chuyển qua đại dương để tìm nơi di trú mà không mệt mỏi, chết trong 9 ngày bay liên tục? Chỉ có thể do Đấng Tạo Hóa tạo nên.

Đầu tháng trước, một nàng chim Godwit đuôi sọc, một giống chim nước, đã hoàn thành chuyến bay lịch sử từ Alaska băng qua Thái Bình Dương tới New Zealand, không hề ăn uống trên đường đi.

Hành trình từ New Zealand tới Alaska của chim godwit. Ảnh: LiveScience

Các nhà sinh học theo dõi chuyến đi này cho biết, đây là chuyến di cư không nghỉ dài nhất của chim từng được ghi nhận. Con chim lội, còn được gọi là godwit đuôi sọc, hoàn tất hành trình trong 9 ngày.

Các nhà khoa học còn tiết lộ loài chim này di chuyển thẳng qua Thái Bình Dương mênh mông thay vì bay dọc theo bờ Đông châu Á.

“Điều này chứng tỏ loài chim có những điều kỳ diệu và khó tin biết bao”, Phil Battley, từ Đại học Massey ở New Zealand, một thành viên nhóm nghiên cứu nhận định.

Khoảng 70.000 con chim godwit đuôi sọc (Limosa lapponica) thực hiện chuyến di cư này mỗi năm. Godwit dành cả mùa hè để sinh sản ở miền tây và bắc Alaska, rồi tụ tập lại ở Bán đảo Alaska vào mùa thu để thực hiện chuyến bay dài tới trú đông ở New Zealand và đông nam Australia. Sang xuân, chúng thực hiện hành trình ngược lại (trên hình).

Battley và cộng sự đã gắn các thiết bị truyền tín hiệu vệ tinh vào 16 con chim tại hai địa điểm ở New Zealand trong mùa hè vừa qua.

 
Từ khoá:
Thêm chú thích: chim di trú 1  
HÌnh đại diện Phạm Thị Ngọc Phương
Bởi Phạm Thị Ngọc Phương - Thứ năm, 31 Tháng bảy 2008, 11:01 AM
 

Chu trình biến thiên của cảm ứng của ứng từ B của một chất sắt từ theo sự biến thiên tuần hoàn của từ trường ngoài (có cảm ứng từ B0). Đồ thị của chu trình từ trễ có dạng vẽ trong hình 25, B không đổi dấu đồng thời với B0 mà trễn hơn, nên khi B0 triệt tiêu thì B vẫn có một giá trị Bđ gọi là cảm ứng từ dư. Giá trị Bk mà B0 cần có để làm B triệt tiêu gọi là cảm ứng khử từ. (hình 25)

 
Từ khoá:
Thêm chú thích: chu trình từ trễ  
HÌnh đại diện Phạm Thị Ngọc Phương
Bởi Phạm Thị Ngọc Phương - Thứ năm, 31 Tháng bảy 2008, 11:01 AM
 

Chất sắt oxit, có từ tính giống như chất sắt từ, nhưng là chất cách điện. Dùng trong kỹ thuật vô tuyến điện làm lõi nam châm, ăng ten

 
Từ khoá:
Thêm chú thích: Ferit  
HÌnh đại diện Phạm Thị Ngọc Phương
Bởi Phạm Thị Ngọc Phương - Thứ năm, 22 Tháng một 2009, 04:29 PM
 

Hiệu ứng Hall (đọc như "hiệu ứng hôn") là một hiệu ứng vật lý được thực hiện khi áp dụng một từ trường vuông góc lên một bản làm bằng kim loại hay chất bán dẫn hay chất dẫn điện nói chung (thanh Hall) đang có dòng điện chạy qua. Lúc đó người ta nhận được hiệu điện thế (hiệu thế Hall) sinh ra tại hai mặt đối diện của thanh Hall. Tỷ số giữa hiệu thế Hall và dòng điện chạy qua thanh Hall gọi là điện trở Hall, đặc trưng cho vật liệu làm nên thanh Hall. Hiệu ứng này được khám phá bởi Edwin Herbert Hall vào năm 1879.

Cơ chế

Hiệu ứng Hall được giải thích dựa vào bản chất của dòng điện chạy trong vật dẫn điện. Dòng điện này chính là sự chuyển động của các điện tích (ví dụ như electron trong kim loại). Khi chạy qua từ trường, các điện tích chịu lực Lorentz bị đẩy về một trong hai phía của thanh Hall, tùy theo điện tích chuyển động đó âm hay dương. Sự tập trung các điện tích về một phía tạo nên sự tích điện trái dầu ở 2 mặt của thanh Hall, gây ra hiệu điện thế Hall.

Công thức liên hệ giữa hiệu thế Hall, dòng điện và từ trường là:

VH = (IB)/(den)

với VH là hiệu thế Hall, Icường độ dòng điện, Bcường độ từ trường, d là độ dày của thanh Hall, e là điện tích của hạt mang điện chuyển động trong thanh Hall, và n mật độ các hạt này trong thanh Hall.

Công thức này cho thấy một tính chất quan trong trong hiệu ứng Hall là nó cho phép phân biệt điện tích âm hay dương chạy trong thanh Hall, dựa vào hiệu thế Hall âm hay dương. Hiệu ứng này lần đầu tiên chứng minh rằng, trong kim loại, electron chứ không phải là proton được chuyển động tự do để mang dòng điện. Điểm thú vị nữa là, hiệu ứng cũng cho thấy trong một số chất (đặc biệt là bán dẫn), dòng điện được mang đi bởi các lỗ trống điện tử (có điện tích tổng cộng là dương) chứ không phải là electron đơn thuần.

Khi từ trường lớn và nhiệt độ hạ thấp, có thể quan sát thấy hiệu ứng Hall lượng tử, thể hiện sự lượng tử hóa điện trở của vật dẫn.

Với các vật liệu sắt từ, điện trở Hall bị tăng lên một cách dị thường, được biết đến là hiệu ứng Hall dị thường, tỷ lệ với độ từ hóa của vật liệu. Cơ chế vật lý của hiệu ứng này hiện vẫn còn gây tranh cãi

Ứng dụng

Hiệu ứng Hall được sử dụng chủ yếu trong các thiết bị đo, đầu dò. Các thiết bị này thường phát ra tín hiệu rất yếu và cần được khuếch đại. Đầu thế kỷ 20, các máy khuếch đại dùng bóng chân không quá tốn kém, nên các đầu đo kiểu này chỉ được phát triển từ khi có công nghệ vi mạch bán dẫn. Ngày nay, nhiều "đầu dò hiệu ứng Hall" chứa sẵn các máy khuếch đại bên trong.

1. Đo cường độ dòng điện

Hiệu ứng Hall nhạy cảm với từ trường, mà từ trường được sinh ra từ một dòng điện bất kỳ, do đó có thể đo cường độ dòng chạy qua một dây điện khi đưa dây này gần thiết bị đo. Thiết bị có 3 đầu ra: một dây nối đất, một dây nguồn để tạo dòng chạy trong thanh Hall, một dây ra cho biết hiệu thế Hall. Phương pháp đo dòng điện này không cần sự tiếp xúc cơ học trực tiếp với mạch điện, hầu như không gây thêm điện trở phụ của máy đo trong mạch điện, và không bị ảnh hưởng bởi nguồn điện (có thể là cao thế) của mạch điện, tăng tính an toàn cho phép đo. Có vài cách để đưa dây điện mang dòng vào gần thiết bị đo như sau:

+ Cuốn dòng cần đo

Dòng điện cần đo có thể được cuốn quanh thiết bị đo. Các độ nhạy ứng với các cường độ dòng điện khác nhau có thể được thay đổi bằng số vòng cuốn quanh thiết bị đo. Phương pháp này thích hợp cho các ampe kế lắp vĩnh cửu vào cùng mạch điện.

+Kẹp vào dòng cần đo

Thiết bị được kẹp vào dây dẫn điện. Phương pháp này dùng trong kiểm tra đo đạc, không lắp vĩnh cửu cùng mạch điện.

2. Tính nhân

Về cơ bản ứng dụng này dựa vào công thức của hiệu ứng Hall: hiệu thế Hall là tích của cường độ dòng điện (tỷ lệ với hiệu điện thế áp dụng lên thanh Hall, nhờ định luật Ohm) với cường độ từ trường (có thể được sinh ra từ một cuộn cảm, tỷ lệ với hiệu điện thế áp dụng lên cuộn cảm).

+ Đo công suất điện

Công suất tiêu thụ của một mạch điện là tích của cường độ dòng điệnhiệu điện thế trên mạch. Vậy có thể đo công suất này bằng cách đo dòng điện (như mô tả ở trên) đồng thời với việc dùng hiệu điện thế của mạch điện để nuôi dòng qua thanh Hall. Phương pháp như vậy có thể được cải tiến để đo công suất dòng điện xoay chiều trong sinh hoạt dân dụng. Nó thường chính xác hơn các thiết bị truyền thông và ít gây cản trở dòng điện

+ Xác định vị trí và chuyển động

Hiệu ứng Hall có thể dùng để xác định vị trí cơ học. Các thiết bị kiểu này không có một chi tiết cơ học chuyển động nào và có thể được chế tạo kín, chịu được bụi, chất bẩn, độ ẩm, bùn lầy... Điều này giúp các thiết bị này có thể đo đạc vị trí tiện hơn dụng cụ quang học hay cơ điện.

+ Khởi động ô-tô

Khi quay ổ khóa khởi động ô-tô, một nam châm gắn cùng ổ khóa quay theo, gây nên thay đổi từ trường, được cảm nhận bởi thiết bị dùng hiệu ứng Hall. Phương pháp này tiện lợi vì nó không gây hao mòn như phương pháp cơ học khác.

+ Dò chuyển động quay

Việc dò chuyển động quay tương tự như trên rất có ích trong chế tạo hệ thống hãm phanh chống trượt nhạy bén hơn của ô-tô, giúp người điều khiển xe dễ dàng hơn.

Nhóm Quế Cường + Hòang Vũ lớp 11A5- trường Lê Hồng Phong

 
Từ khoá:
Thêm chú thích: hiệu ứng Hall  
HÌnh đại diện Phạm Thị Ngọc Phương
Bởi Phạm Thị Ngọc Phương - Thứ năm, 31 Tháng bảy 2008, 11:01 AM
 

hiện tượng cảm ứng điện tương hỗ. Nếu C1, C2 là hai mạch điện kín ở gần nhau thì trong cuộn C1 có dòng điện biến thiên i1, trong cuộn C2 sẽ có suất điện động e2 = - Mdi1/dt. Ngược lại dòng điện biến thiên i2 trong C2 sẽ làm xuất hiện trong trong C1 suất điện động e1 = - Mdi2/dt. Hệ số chung cho hai cuộn gọi là hệ số cảm và cũng đo bằng henry như hệ số cảm. M phụ thuộc hình dạng, kích thước, và vị trí tương đối của hai cuộn.

 
Từ khoá:
Thêm chú thích: Hỗ cảm  
HÌnh đại diện Phạm Thị Ngọc Phương
Bởi Phạm Thị Ngọc Phương - Thứ tư, 21 Tháng một 2009, 10:08 PM
 

Khái niệm và tính chất

*kim nam châm nào cũng có 2 từ cực .Khi để tự do cực luôn chỉ huớng bắc địa lí gọi là cực bắc , còn cực luôn chỉ huơng nam gọi là cực nam . Dựa vào tính chất này, kim nam châm được ứng dụng làm la bàn.
Tên gọi:

Từ Kim chỉ Nam lxuất phát từ chữ "Nam châm" trong tiếng Hán ( Nam châm quá quen thuộc đúng không bạn?). Do đó có thể nói xuất phát cụm từ Kim chỉ Nam là từ người Trung Hoa
Về nguồn gốc cụm từ liên quan đến việc phát minh ra la bàn, lịch sử la bàn bắt đầu từ hơn 1000 năm trước Công nguyên. La bàn đầu tiên được gọi là "kim chỉ Nam" do người Trung Hoa phát minh ngay khi người ta tìm ra được từ lực và đá nam châm. Kim chỉ nam ngày xưa khác la bàn ngày nay chủ yếu là hình dáng, nó có hình dáng một cái muỗng cắt ra từ một miếng nam châm và được đặt trên một cái đế bằng đồng đã được mài láng để giảm ma sát. Lúc đó người ta đã biết đồng là kim loại không có ảnh hưởng đến từ trường do đó, không làm lệch hướng của kim nam châm. Phần muỗng tròn láng để chính giữa đế đồng làm trọng tâm thành ra cán của kim chỉ nam có thể quay xung quanh. Sau khi muỗng đứng im (cân bằng tĩnh) cán muỗng chỉ hướng Nam. Người Trung quốc xem hướng Nam là hướng của vua chúa nên dùng chữ "chỉ Nam" chớ không dùng chữ chỉ Bắc (!?).

Ngoài ra, cũng có quan niệm cho rằng, người ta không gọi là kim chỉ bắc mà lại gọi kim chỉ nam là vì kim này được phát minh từ rất xưa, được quân của Vũ Vương sử dụng để chỉ đường xuống phương Nam đánh nhà Ân Thương. Vì họ đánh xuống phương Nam nên họ cho "cái đầu kia" quan trọng hơn "cái đầu này" (!?).

 
Từ khoá:
Thêm chú thích: Kim nam châm  
HÌnh đại diện Phạm Thị Ngọc Phương
Bởi Phạm Thị Ngọc Phương - Thứ tư, 21 Tháng một 2009, 09:36 PM
 

I. Định nghĩa và phân loại la bàn

+ La bàn là dụng cụ dùng để định hướng trên Trái Đất. La bàn sử dụng một kim nam châm có thể tự do quay theo từ trường Trái Đất, từ đó giúp xác định các hướng Đông, Tây, Nam, Bắc.La bàn dùng nhiều trong đi biển, vào rừng, xa mạc, hướng bay của máy bay...

+ Có hai loại la bàn : la bàn từ dùng kim nam châm và la bàn điện dùng con quay điện. Trong bài này, ta chỉ nói về la bàn từ.

II.Lịch sử la bàn từ:

Suốt một thời gian dài người ta cho rằng đó là phát minh của người trung quốc từ 4500 năm trước đây,tuy nhiên gần đây giả thiết này bị nhiều người bác bỏ. Dù thế nào đi chăng nữa những người Trung Quốc vẫn được coi là những người đầu tiên biết đến nguyên lý hoạt động của la bàn. Về sau,các thủy thủ Anh, theo học giả Alexander Neckam viết trong sách De Utensilibus (Vềcác dụng cụ) vào năm 1190, đã dùng la bàn từ trong khi đi biển. Người Arập bắt đầu dùng la bàn khoảng năm 1220 và khoảng 1250 thì người Viking đã biết dùng loại la bàn này. Thuở đó người ta dùng một thanh nam châm, đặt trên một miếng g nhỏ hay trên một cọng sậy rồi đặt vào một tô nước. Miếng g hay cộng sây giúp cho kim nam châm nổi trên nước, làm triệt tiêu các lực ma sát. Nước giúp cho kim bớt chao đảo khi tàu lắc nghiêng hay dọc. Vào khoảng thế kỷ thứ 12 la bàn đã rất phổ biến ở Châu Âu.

Người Arập học được cách dùng la bàn từ trong khi buôn bán với Trung Hoa. Sau đó la bàn từ được đem qua Tây Âu vào cuối thế kỷ thứ 12, rồi đến Bắc Âu vào thế kỷ thứ 13.. Dưới thời nhà Minh, nhà hàng hải Zhen He cùng với một thái giám triều đình nhà Minh đã đi 7 chuyến thật xa, qua tận bờ biển Phi châu. Mỗi chuyến đi, Zheng He dùng một đội từ 100 tới 200 chiếc thuyền và la bàn từ đã giữ vai trò quan trọng trong những cuộc hành trình này.

Trong thời cận đại, la bàn được gắn với hoa gió, có đường tim (lubber line đường tương ứng với trục theo chiều dài của con tàu) đặt trong bầu la bàn, mặt trên có kiếng trong và có đèn soi sáng. Bầu la bàn chứa một chất lỏng có mật độ (densité) rất gần với trọng lượng chung của hoa gió và kim nam châm để triệt tiêu sức dựa của phần này trên trục chịu. Bầu la bàn được treo trong hệ thống gimbals để lúc nào cũng giữ được mặt la bàn từ theo vị trí mặt phẳng. Ðài để đặt la bàn (pinnacle) thường được gắn rất vững chắc trên trục giữa theo chiều dài con tàu. Hai bên bầu la bàn từ có hai trái cầu tròn bằng kim loại và có thể xê dịch được. Người ta di chuyển hai trái cầu này trên giá của chúng để khử ảnh hưởng lên trên nam châm của la bàn do các kim loại trên tàu gây ra. Ngày nay người ta có thể điều chỉnh la bàn từ bằng cách so sánh các hướng đo bằng la bàn từ với hướng đo bằng la bàn điện.

Vì la bàn từ không cần đến một nguồn năng lượng bên ngoài., la bàn từ được dùng như là một khí cụ định hướng dự phòng hay để dùng trong trường hợp cấp cứu khi tàu bè mất điện. La bàn từ còn có thể được sử dụng bất cứ lúc nào, trong khi la bàn điện cần phải có một thời gian để con quay điện được khởi động và đạt đến vận tốc quay cố định. Và điểm đặc biệt nhất là la bàn từ có thể được chế tạo theo mọi cỡ lớn nhỏ, có thể cầm trong tay, hay gắn vào mặt sau của đồng hồ, vừa gọn, vừa nhẹ, và ai cũng có thể dùng được, không phải mất thời gian chỉ dẫn. Ngoài phát minh giấy bánh xe có lẽ la bàn từ là phát minh được dùng, với ít nhiều cải tiến, lâu dài nhất.

Lúc đầu người ta chỉ dùng la bàn để xác định hướng Bắc, hướng Nam và người ta thường quay cái cốc sao cho điểm cuối của cái kim chỉ phương bắc nằm đúng với vạch chỉ phương bắc trên cái cốc. Về sau nữa thì trên những cái la bàn người ta đặt một miếng giấy có đánh dấu Bắc, Nam, Đông, Tây. Từ cực bắc không trùng với bắc cực, từ cực bắc nằm ở điểm cao nhất của bờ bắc của bắc Mỹ trên bán đảo Butia. Các kim nam châm của tất cả các la bàn ở bắc bán cầu đều chỉ vào điểm này.
Những người cổ xưa không biết được sự khác nhau giữa từ cực bắc và bắc cực, họ chỉ nghĩ rằng kim của la bàn luôn luôn chỉ về hướng bắc. Về sau này những người thuỷ thủ lên tàu ra khơi xa và họ đã nhận thấy sự khác nhau này chắc hẳn bạn cũng có thể hình dung được nỗi băn khoăn thắc mắc của những người Scanđinavơ cổ khi họ chu du ở các biển bắc xung quanh Greenland và nhận thấy rằng ở một vài nơi kim la bàn lại chỉ về phía tây.

II. Cấu tạo la bàn:

Ba bộ phận của la bàn:

Kim đuợc từ hóa, theo hướng Bắc từ trường

Mặt la bàn được khắc độ và quay trên một trục, có thể điều chỉnh với bất kỳ phương vị từ trường (azimut magnétique)

Nền có vẽ mũi tên để chỉ hướng mà mình muốn tới


Bài tổng hợp : Phạm Mai Đông Nghi _ Nguyễn Thị Hồng Trân - lớp 11a3- trường Lê Hồng Phong




 
Từ khoá:
Thêm chú thích: La bàn 1  
HÌnh đại diện Phạm Thị Ngọc Phương
Bởi Phạm Thị Ngọc Phương - Thứ năm, 22 Tháng một 2009, 08:41 PM
 

La bàn là khí cụ dùng để định hướng có thể dùng trên bộ, trên nước hay cả trong không gian. Có hai loại: la bàn từ dùng kim nam châm và la bàn điện dùng con quay điện. Trong bài này, chúng tôi chỉ nói về la bàn từ.

Lịch sử la bàn từ:

Lịch sử la bàn bắt đầu từ hơn 1000 năm trước Công nguyên, lúc đó người Trung quốc khám phá ra nguyên tắc và từ từ phát triển thêm. Trần Trọng Kim chép trong Việt nam Sử Lược "... và ông Chu Công Ðán lại chế ra xe chỉ nam để đem xứ Việt thường về nước." (quyển 1, trang 13) Các sử sách Tây phương ghi lại là la bàn từ dùng kim nam châm được các nhà hàng hải Trung hoa dùng khoảng năm 1100 Tây lịch. Các thủy thủ Anh, theo học giả Alexander Neckam viết trong sách De Utensilibus (Vềcác dụng cụ) vào năm 1190, đã dùng la bàn từ trong khi đi biển. Người Arập bắt đầu dùng la bàn khoảng năm 1220 và khoảng 1250 thì người Viking đã biết dùng loại la bàn này. Thuở đó người ta dùng một thanh nam châm, đặt trên một miếng g nhỏ hay trên một cọng sậy rồi đặt vào một tô nước. Miếng g hay cộng sây giúp cho kim nam châm nổi trên nước, làm triệt tiêu các lực ma sát. Nước giúp cho kim bớt chao đảo khi tàu lắc nghiêng hay dọc.

Kim nam châm là chất sắt có từ tính thiên nhiên lấy từ trong đá mang tên là lodestone (có chỗ viết loadstone, và còn có tên là magnetite), lấy từ chữ lodestar, theo người đi biển là ngôi sao chỉ đường, trỏ sao Bắc đẩu (Polaris hay Pole star tiếng Anh và Étoile polaire, tiếng Pháp). Người ta cũng sớm biết là nếu để cho một thanh kim loại chạm vào đá nam châm thì thanh kim loại cũng có đặc tính như đá nam châm, nghĩa là có khuynh hướng chỉ về một phía tương đối cố định. Và từ tính được truyền nhận như thế có thể bị phai dần theo thời gian. Thành ra các tàu bè dùng la bàn từ thời xa xưa vẫn phải mang theo một viên đá nam châm loại tốt, để có thể nam châm hoá hay từ hóa kim la bàn khi cần. Người ta đã biết đến sự từ hóa vào khoảng thế kỷ thứ 11.

Trung quốc được xem là nước đầu tiên dùng la bàn từ trong ngành hàng hải. Trước khi phát minh ra la bàn, thủy thủ định hướng bằng vị trí mặt Trời lúc ban ngày và vị trí của sao vào ban đêm, và người ta cũng thường theo hướng gió mậu dịch (Trade winds) theo mùa. Người ta đã tìm được những bản đồ thiên văn cho vị trí các chòm sao. Trong một bản đồ thiên văn xưa của Trung quốc ta có thể thấy chòm sao Thần nông (Scorpio hay Scorpion) và chòm sao Thiên ngưu (Taurus hay Taureau). Nhưng khi trời nhiều mây hoặc mưa thì không thể định hướng được. La bàn từ đã giúp giải quyết việc định hướng trong mọi hoàn cảnh thời tiết, kể cả việc định hướng của gió mậu dịch.

Người Arập học được cách dùng la bàn từ trong khi buôn bán với Trung Hoa. Sau đó la bàn từ được đem qua Tây Âu vào cuối thế kỷ thứ 12, rồi đến Bắc Âu vào thế kỷ thứ 13.. Dưới thời nhà Minh, nhà hàng hải Zhen He cùng với một thái giám triều đình nhà Minh đã đi 7 chuyến thật xa, qua tận bờ biển Phi châu. Mỗi chuyến đi, Zheng He dùng một đội từ 100 tới 200 chiếc thuyền và la bàn từ đã giữ vai trò quan trọng trong những cuộc hành trình này.

Từ cuối thế kỷ thứ 15 cho tới đầu thế kỷ 16, những nhà hàng hải Âu châu đã đi thám hiểm nhiều nơi, vẽ những đường đi mới, khám phá ra châu Mỹ và đã thực hiện những chuyến đi vòng quanh thế giới. Nếu không có la bàn từ thì khó thể thực hiện được các chuyến viễn du này

La bàn từ qua các thời đại:

La bàn đầu tiên được gọi là "kim chỉ Nam" do người Trung Hoa phát minh rất sớm, ngay khi người ta tìm ra được từ lực và đá nam châm, trong khoảng thời kỳ chiến tranh, nhà Chu lập quốc. Kim chỉ nam ngày xưa khác la bàn ngày nay. Nó có hình dáng một cái muỗng cắt ra từ một miếng nam châm thiên nhiên và được đặt trên một cái đế bằng đồng đã được mài láng để giảm ma sát. (Lúc đó người ta đã biết đồng là kim loại không có ảnh hưởng trên từ trường, và do đó, không làm lệch hướng của kim nam châm). Phần muỗng tròn láng để chính giữa đế đồng làm trọng tâm thành ra cáng của kim chỉ nam có thể quay xung quanh. Sau khi muỗng đứng im (cân bằng tĩnh) cáng muỗng chỉ hướng Nam. Người Trung quốc xem hướng Nam là hướng của vua chúa nên dùng chữ "chỉ Nam" chớ không dùng chữ chỉ Bắc. Nếu chiếc muỗng được dùng trên bộ, và thường thì được dùng trong ngành địa lý, phong thủy, chọn hướng xây nhà cửa, mồ mả ...

Những người đi biển ban đầu dùng "Cá chỉ Nam," dùng sắt cắt hình con cá, rồi được từ hóa. Khi được thả vô nước, "Cá chỉ Nam" sẽ lơ lửng trong nước và nằm theo trục Bắc Nam. Và người ta vẫn phải từ hóa "Cá" khi nào từ tính của nó yếu đi như đã nói ở trên. Lần lần người ta thay "Cá" bằng một cây kim bằng sắt đã được chà sát trên một nam châm thiên nhiên. Khi kim đã được độ từ hóa cần thiết, kim sẽ chỉ hướng Nam khi nằm trên một miếng gỗ nhỏ hay một cọng sậy, bềnh bồng trong nước. Đó là la bàn đầu tiên. Sau đó kim từ hóa được gắn vào một cái chén đã có ghi phương hướng, thường là bốn phương chính Ðông, Tây, Nam, Bắc và bốn phương bàng: Ðông Nam, Ðông Bắc, Tây Nam và Tây Bắc. Về sau, còn thêm tám hướng phụ nữa như Bắc Ðông Bắc, Tây Tây Nam vân vân. Người ta cũng dần dần biết đến sự lệch của từ trường, độ từ thiên, độ từ lệch và các sự biến thiên này thay đổi theo vị trí của từng nơi, từng khu vực. (góc lệch từ, declination, từ thiên variation magnétique hay magnetic variation).

La bàn từ với hoa gió, thấy rõ bốn phương chính và bốn phương bàng

La bàn từ dùng trên phi cơ

Lúc đầu mặt la bàn (còn gọi là Hoa gió , Compass Rose) được chia thành 32 khoảng, sau đó khắc theo vòng tròn thành 360 độ. Trên bộ, quân đội các nước dùng la bàn từ chính xác hơn, chia thành 6400 khắc. Ngành hàng không cũng dùng la bàn từ. Cho đến bây giờ, phần lớn các phi cơ trực thăng và một số phi cơ nhỏ vẫn còn được trang bị la bàn từ để làm khí cụ định hướng.

Khi sử dụng trong ngành hàng hải, la bàn từ được dùng để chỉ hướng đi. Ðược trang bị thêm dụng cụ đo hướng người ta dùng la bàn từ để đo hướng đối chiếu từ hai hay ba đối vật được xác định theo bản đồ hải hành (đỉnh hay mõm núi, đèn phao, hải đăng, các kiến trúc đặc biệt ... để xác định vị trí con tàu, từ đó tính được khoảng cách đã đi, vận tốc, hướng phải đi ... và có thể nghiệm thêm, qua các cách tính, có hay không có giòng nước ngầm, sức gió ...

Trong thời cận đại, la bàn được gắn với hoa gió, có đường tim (lubber line đường tương ứng với trục theo chiều dài của con tàu) đặt trong bầu la bàn, mặt trên có kiếng trong và có đèn soi sáng. Bầu la bàn chứa một chất lỏng có mật độ (densité) rất gần với trọng lượng chung của hoa gió và kim nam châm để triệt tiêu sức dựa của phần này trên trục chịu. Bầu la bàn được treo trong hệ thống gimbals để lúc nào cũng giữ được mặt la bàn từ theo vị trí mặt phẳng. Ðài để đặt la bàn (pinnacle) thường được gắn rất vững chắc trên trục giữa theo chiều dài con tàu. Hai bên bầu la bàn từ có hai trái cầu tròn bằng kim loại và có thể xê dịch được. Người ta di chuyển hai trái cầu này trên giá của chúng để khử ảnh hưởng lên trên nam châm của la bàn do các kim loại trên tàu gây ra. Ngày nay người ta có thể điều chỉnh la bàn từ bằng cách so sánh các hướng đo bằng la bàn từ với hướng đo bằng la bàn điện.

Vì la bàn từ không cần đến một nguồn năng lượng bên ngoài., la bàn từ được dùng như là một khí cụ định hướng dự phòng hay để dùng trong trường hợp cấp cứu khi tàu bè mất điện. La bàn từ còn có thể được sử dụng bất cứ lúc nào, trong khi la bàn điện cần phải có một thời gian để con quay điện được khởi động và đạt đến vận tốc quay cố định. Và điểm đặc biệt nhất là la bàn từ có thể được chế tạo theo mọi cỡ lớn nhỏ, có thể cầm trong tay, hay gắn vào mặt sau của đồng hồ, vừa gọn, vừa nhẹ, và ai cũng có thể dùng được, không phải mất thời gian chỉ dẫn. Ngoài phát minh giấy bánh xe có lẽ la bàn từ là phát minh được dùng, với ít nhiều cải tiến, lâu dài nhất.

Ba bộ phận của la bàn:

Kim đuợc từ hóa, theo hướng Bắc từ trường

Mặt la bàn được khắc độ và quay trên một trục, có thể điều chỉnh với bất kỳ phương vị từ trường (azimut magnétique)

Nền có vẽ mũi tên để chỉ hướng mà mình muốn tới

Tại sao không gọi la bàn là kim chỉ bắc?

La bàn. Ảnh: Stanleylondon.

Nếu đặt ở bất cứ đâu, chiếc kim la bàn cũng quay về hướng bắc. Thế nhưng người Việt lại gọi nó là kim chỉ nam.

Khi nói về một vấn đề quan trọng có ý nghĩa chiến lược lâu dài, chúng ta thường dùng từ kim chỉ nam, chẳng hạn: "Lời nguyện ước thiết tha của người cha lúc nào cũng như kim chỉ nam để anh vượt qua mọi gian khổ". Lối nói hình tượng này được xây dựng từ một vật dụng khá quen thuộc trong đời sống, đó là la bàn.

La bàn là một dụng cụ gồm kim nam châm có hai cực bắc - nam quay tự do quanh một trục. Do ảnh hưởng của từ trường trái đất mà dù đặt ở bất cứ đâu song song với trái đất, chiếc kim từ tính kia cũng quay về hướng bắc, từ hướng bắc sẽ tìm ra hướng nam, sau đó là đông và tây. La bàn thường có hai kim trái chiều và để phân biệt, người ta thường sơn bằng hai màu khác nhau.

Với chức năng như vậy, la bàn là dụng cụ định hướng không thể thiếu cho những người đi rừng, đi biển hay đi vào vùng xa lạ hoang vắng dễ lạc đường. Người châu Âu trước kia hay dùng la bàn một kim, chỉ hướng Bắc (có lẽ do các thủy thủ, ngư dân thường có hành trình về Bắc Cực). Nhưng tại sao người Việt Nam lại gọi nó là kim chỉ nam mà không phải kim chỉ bắc?

La bàn được người Trung Quốc phát minh từ thế kỷ 1. Theo giáo sư Nguyễn Thạch Giang, các triều đại phong kiến Trung Quốc đã tận dụng triệt để tính năng này của la bàn. Các đoàn quân từ thời nhà Tần cho đến sau này vẫn có thói quen bành trướng lãnh thổ bằng các cuộc hành trình bình định về phương Nam. Mỗi đạo quân đều có một la bàn thô sơ với chiếc kim chỉ nam sơn đỏ chói. Vậy là các tướng sĩ nhất tề phi ngựa nhằm hướng nam thẳng tiến. Bất luận thế nào, cuộc chinh phục cũng chỉ nhìn về một phía đó thôi. Đây có lẽ là cơ sở chính làm nên ngữ nghĩa hàm ẩn cho cụm từ "kim chỉ nam" trong tiếng Việt.

Nhóm Quế Cường+Hòang Vũ - 11A5-trường Lê Hồng Phong

 
Từ khoá:
Thêm chú thích: la bàn 2  
HÌnh đại diện Phạm Thị Ngọc Phương
Bởi Phạm Thị Ngọc Phương - Thứ ba, 21 Tháng mười 2008, 09:15 PM
 

Lực tác dụng lên hạt mang điện tích chuyển động trong điện từ trường, có biểu thức «math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"»«mrow»«mover»«mi»F«/mi»«mo»§#8594;«/mo»«/mover»«mo»=«/mo»«mi»q«/mi»«mfenced»«mrow»«mover»«mi»E«/mi»«mo»§#8594;«/mo»«/mover»«mo»+«/mo»«mover»«mi»v«/mi»«mo»§#8594;«/mo»«/mover»«csymbol»«mo»§#923;«/mo»«/csymbol»«mover»«mi»B«/mi»«mo»§#8594;«/mo»«/mover»«/mrow»«/mfenced»«/mrow»«/math», với q là điện tích của hạt, «math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"»«mover»«mi»E«/mi»«mo»§#8594;«/mo»«/mover»«/math» là cường độ điện trường, «math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"»«mover»«mi»B«/mi»«mo»§#8594;«/mo»«/mover»«/math»là vectơ cảm ứng từ của từ trường, «math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"»«mover»«mi»v«/mi»«mo»§#8594;«/mo»«/mover»«/math» là vận tốc của hạt. Ký hiệu «math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"»«csymbol»«mo»§#923;«/mo»«/csymbol»«/math» tích vectơ của «math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"»«mover»«mi»v«/mi»«mo»§#8594;«/mo»«/mover»«/math» «math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"»«mover»«mi»B«/mi»«mo»§#8594;«/mo»«/mover»«/math». Tích này là một vectơ vuông góc với «math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"»«mover»«mi»v«/mi»«mo»§#8594;«/mo»«/mover»«/math» «math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"»«mover»«mi»B«/mi»«mo»§#8594;«/mo»«/mover»«/math» có giá trị vBsin«math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"»«csymbol»«mo»§#945;«/mo»«/csymbol»«/math» («math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"»«csymbol»«mo»§#945;«/mo»«/csymbol»«/math» là góc giữa «math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"»«mover»«mi»v«/mi»«mo»§#8594;«/mo»«/mover»«/math» «math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"»«mover»«mi»B«/mi»«mo»§#8594;«/mo»«/mover»«/math») có chiều được xác định theo quy tắc: Đặt bàn tay trái duỗi thẳng, để cho các đường cảm ứng xuyên vuông góc vào lòng bàn tay; chiều từ cổ tay đến ngón tay trùng với chiều vectơ vận tốc của hạt, khi đó, ngón tay cái choãi vuông góc với các ngón kia chỉ chiều của lực Lorenxơ, nếu hạt mang điện dương, và chỉ chiều ngược lại nếu hạt mang điện âm. Thành phần qE là lực Culông. Có khi thuật ngữ lực Lorenxơ chỉ dùng để  chỉ thành phần q( «math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"»«mover»«mi»v«/mi»«mo»§#8594;«/mo»«/mover»«/math» «math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"»«csymbol»«mo»§#923;«/mo»«/csymbol»«/math» «math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"»«mover»«mi»B«/mi»«mo»§#8594;«/mo»«/mover»«/math»).

 
Từ khoá:
Thêm chú thích: lực Lorenzt  
HÌnh đại diện Phạm Thị Ngọc Phương
Bởi Phạm Thị Ngọc Phương - Thứ năm, 22 Tháng một 2009, 09:09 PM
 

Máy gia tốc hạt

Xiclotron là máy gia tốc hạt điện tích đầu tiên của vật lí hạt nhân(1931). Nó gồm hai hộp rỗng có dạng trụ hình nửa tròn goin là các D đặt cách nhau một khoảng rất nhỏ (khe) trong buồng đã rút hết không khí. (xem hình vẽ trong SGK Lí 12). Các D được nối với hai cực của nguồn điện sao cho giữa hai D có một hiệu điện thế với độ lớn U xác định nhưng dấu lại thay đổi một cách tuần hoàn theo thời gian với tần số f nào đó. Một nam châm điện mạnh tạo ra một từ trường đều, có véc tơ cảm ứng từ B vuông góc với mặt các D. Giữa hai khe của máy có một nguồn phát hạt khối lượng với vận tốc đầu vuông góc với khe, lúc ấy người ta điều chỉnh nguồn điện để cho bên phải mang điện tích âm, bên trái mang điện tích dương. Sau đó hạt chuyển động với vận tốc tăng dần cho đến khi đủ lớn thì nó được lái ra ngoài cho đập vào các bia để thực hiện các phản ứng hạt nhân.

Máy gia tốc hạt là một ống hình trụ cực lớn, trong đó các hạt nhỏ hơn nguyên tử được gia tăng tốc độ. Từ trường bên trong ống sẽ liên tục tắt bật cực nhanh để quay các hạt cho đến khi chúng đạt đến siêu vận tốc. Các hạt khi quay trong ống sẽ đạt vận tốc tối đa trên 288.000 km/s và như thế là gần với tốc độ của Ánh sáng. Hơn thế nữa nếu tăng tốc hai hạt từ hai hướng đối lập nhau trong ống và cho chúng va đập vào nhau, các nhà khoa học có thể xé nhỏ thành phần của chúng ra là có được thành phần cơ bản nhất của tự nhiên điều đó đồng nghĩa với việc chúng ta có thể tạo ra 1 loại hạt mới, siêu cơ bản. Điều đó sẽ mở ra rất nhiều cánh cửa cho việc đi sâu, tìm hiểu về Vũ trụ cũng như chứng thực các thuyết đã được đặt ra về hạt và phản hạt, về các hạt siêu cơ bản đã tạo nên Electron, Nơtron, Proton, Positron.
Máy gia tốc hạt lớn nhất hiện nay The Large Hadron Collider (LHC). Chiếc máy này theo như giới thiệu được đặt tại phòng thí nghiệm hạt CERN (European Organization for Nuclear Research or Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire in French) ở Geneva Thụy Sĩ. LHC được đặt sâu 100m dưới lòng đất. Nó có đường kính khoảng 8km và dài 27km. Với một kích thước khổng lồ như vậy, nhiều nhà khoa học ủng hộ dự án này rất hi vọng họ có thể tạo ra được những vụ va chạm mạnh chưa từng có. Chiếc máy này có thể gia tốc hạt proton lên đến mức năng lượng 14TeV(14 ngàn tỉ electron Volt) để tìm ra những điều cần thiết cho vật lí và từ đó, khoa học có thể trả lời những câu hỏi như làm sao các hạt có thể có khối lượng? Thời gian là gì, khối lượng là gì? Vật chất đen, năng lượng đen có ý nghĩa gì đối với sự sống? Hình thức tồn tại và tính chất của chúng? Có tồn tại các chiều dư trong thiên nhiên? (chúng ta đang sống trong không - thời gian bốn chiều nhưng nhiều lý thuyết lại cho rằng còn nhiều chiều nữa được gọi là các chiều dư - extra dimension).

Máy gia tốc hạt (máy gia tốc hạt nhân, máy gia tốc hạt cơ bản) là các thiết bị sử dụng các năng lượng bên ngoài truyền cho các hạt nhằm tăng vận tốc và do đó, năng lượng của hạt chuyển động.

Lịch sử

Máy gia tốc hạt đầu tiên dạng Cyclotron đặt tại Đại học California tại Berkeley năm 1929 bởi Ernest Lawrence

Phân loại

Trong các máy gia tốc thẳng, các hạt điện tích được tăng tốc nhờ lực điện mạnh. Chẳng hạn trong máy gia tốc có chiều dài 4 km của phòng thí nghiệm Stan-fot, các electron được gia tốc đén năng lượng đạt giá trị 50 GeV.

Trong các máy gia tốc tròn, hạt điện tích chuyển động theo các quỹ đạo tròn dưới một từ trường đều có hướng vuông góc vói vận tốc hạt. Đòng thời nằm trong một hộp hình tròn gồm hai nửa hộp rỗng hình chữ D nối vào một hiệu điện thế xoay chiều.Tất cả đều nằm trong chân không.Khi đó,điện trường xoay chiều giữa hai hình D có tác dụng tăng tốc cho hat trong quá trình chuyển động : Vận tốc hạt ngày càng tăng lên cùng với bán kính quỹ đạo. Khi động năng của hạt tăng lên đén giá trị đủ lớn thì người ta cho chùm bắn vào một tấm "bia" để tạo ra cac phản ứng hạt nhân.

MeV linear Van de Graaff accelerator


Tạo ra vật chất lạ ở quy mô lớn

Có thể tìm thấy hạt lạ trong các sao neutron.

Lần đầu tiên, các nhà khoa học đã tạo ra một lượng lớn hạt vật chất khác hẳn các loại hạt thường gặp. Loại hạt này chứa hai quark lạ, hình thành từ các mảnh vỡ hạt nhân, khi chúng bị bắn phá trong máy gia tốc tại Phòng thí nghiệp Quốc gia Brookhaven (Mỹ).

50 nhà vật lý từ Mỹ, Canada, Nhật Bản, Hàn Quốc, Nga và Đức đã phối hợp thực hiện thí nghiệm trên.

Từ những năm 1960, các nhà vật lý đã tìm mọi cách săn lùng các hạt này, nhưng họ chỉ tách được một số lượng rất nhỏ, và các hạt lạ được tạo ra thường không bền vững. Do vậy, việc nghiên cứu chúng rất khó khăn.

Lần này, với sự giúp đỡ của một máy gia tốc cực lớn, những hạt nhân nguyên tử bị bắn phá khi đang chuyển động với tốc độ rất cao. Trong 100 triệu nguyên tử bị phá vỡ, có khoảng 30-40 hạt lạ xuất hiện. Đối với các nhà vật lý hạt nhân thì đây là con số lớn hơn cả mong đợi.

Cấu trúc nguyên tử

Nguyên tử gồm có nhân và các điện tử. Nhân chứa proton và neutron. Mỗi proton và neutron lại được cấu thành từ hai hạt quark: quark u (up) và quark d (down). Đến nay, giới vật lý đều cho rằng, quark là hạt nhỏ nhất, không thể phân chia được nữa.

Tuy nhiên, từ giữa thế kỷ trước, các nhà khoa học đã giả thuyết rằng, ngoài các loại vật chất thường chứa 2 quark trên, vũ trụ còn có những vật chất lạ, được hình thành bởi các nguyên tử chứa 3 loại hạt quark: u, d, và s (s = strange: lạ).

Lần này, với việc tạo ra các hạt lạ ở số lượng lớn, các nhà khoa học đã chứng minh được giả thuyết trên một cách chắc chắn. Họ hy vọng, có thể nghiên cứu các hạt này, để làm rõ tác động qua lại giữa các hạt trong nhân, đặc biệt là các "hạt lạ". Đồng thời, nghiên cứu sẽ góp phần giải thích vũ trụ thời mới hình thành, ví dụ sự bùng nổ của các sao neutron, bởi vì trong các sao này có thể còn rất nhiều những hạt lạ.

Có thể vô hiệu hóa bom nguyên tử bằng chùm neutrino

Thiết bị phát hiện neutrino.

Về mặt lý thuyết, một máy phát neutrino siêu mạnh có thể làm vô hiệu hoá trong nháy mắt các loại vũ khí hạt nhân ở bất kỳ đâu trên thế giới, một nhóm khoa học Nhật Bản vừa tuyên bố. Tuy nhiên, thiết bị này phải mạnh gấp hàng trăm lần bất cứ máy gia tốc hạt nào hiện nay, và có đường kính tối thiểu 1.000 km.

Nếu tạo ra được một chiếc máy như vậy, một quốc gia nào đó có thể phá huỷ kho vũ khí hạt nhân của kẻ thù chỉ bằng cách bắn một chùm neutrino xuyên qua lòng đất. Ý tưởng này là của Hiroyuki Hagura và Toshiya Sanami, thuộc Tổ chức nghiên cứu máy gia tốc năng lượng cao KEK của Nhật, và Hirotaka Sugawara tại Đại học Hawaii (Mỹ).

Neutrino là loại hạt cơ bản rất khó nắm bắt và được xem là "ma quái" nhất trong vật lý hạt. Chúng không mang điện tích, gần như không có khối lượng, được sinh ra trong các ngôi sao và rơi xuống trái đất với mật độ hàng nghìn hạt mỗi ngày. Khi tương tác với vật chất thông thường, neutrino sẽ bắn phá hạt nhân nguyên tử của vật chất đó.

Các nhà nghiên cứu cho biết, nếu dùng một chùm neutrino năng lượng cao chiếu vào các nguyên tử urani hoặc pluton, chúng sẽ làm phân tán các nơtron trong nguyên tử, phá vỡ thế ổn định của quả bom, gây ra phản ứng phân rã dây chuyền. Kết quả là quả bom bị tan chảy, bốc hơi, hoặc có thể nổ tung.

Tuy nhiên, để có thể hoạt động hiệu quả, chiếc máy gia tốc siêu mạnh này cần có đường kính hơn 1.000 km, và năng lượng 50 gigaWatt để vận hành (tương đương với điện năng tiêu tốn trên toàn nước Anh trong một giờ), với chi phí chế tạo khoảng 100 tỷ USD.

Weber cho biết giai đoạn đầu tiên của việc chế tạo có thể hoàn thành trong 10-20 năm. Tuy nhiên, vấn đề lớn đặt ra ở đây là chùm neutrino được tạo ra chỉ rộng vài mét. Nó đồng nghĩa với việc mục tiêu tấn công phải được định vị rất chính xác. Ngoài ra, chùm tia này cũng sẽ sinh ra một bức xạ alpha và nơtron gây nguy hiểm cho bất cứ sinh vật sống nào trên đường đi của nó.

Máy gia tốc sử dụng plasma


Các nhà vật lý đã tìm ra một phương pháp mới để gia tốc các hạt: Cho các hạt “cưỡi” lên một con sóng plasma. Phương pháp này rút gọn kích thước của các máy gia tốc và sẽ mở ra nhiều ứng dụng phong phú trong vật lý.

Các nhà vật lý sử dụng máy gia tốc để làm sáng tỏ nhiều vấn đề cơ bản trong cấu trúc của vũ trụ. Trong các máy gia tốc khổng lồ, các hạt được gia tốc đến gần tốc độ ánh sáng và va chạm nhau trong những điều kiện tương tự của vụ nổ bigbang. Khi nghiên cứu những mảnh vỡ sau quá trình va chạm, các nhà vật lý hy vọng hiểu được các lực tương tác và các hạt cơ bản cấu thành, từ đó có cơ sở để xây dựng một lý thuyết thống nhất.

Máy gia tốc lớn nhất hiện nay đang trong quá trình xây dựng tại CERN (Trung tâm Nghiên cứu châu Âu) nằm ở biên giới Pháp - Thụy Sỹ là máy LHC (Large Hadron Collider - máy va chạm hadron lớn) có đường kính 8,6 km. Máy LHC sẽ được hoàn thành vào năm 2007, cho phép thực hiện sự va chạm của hai dòng proton có năng lượng 7 nghìn tỷ eV. Các thí nghiệm này sẽ cho chúng ta biết về nguồn gốc khối lượng của các hạt, về vật chất - phản vật chất, về trạng thái quark - gluon plasma. Máy gia tốc này vẫn được xây dựng dựa trên nguyên lý gia tốc các hạt có từ nhiều thập kỷ nay.

Trong những năm gần đây, các nhà vật lý đã tìm ra một phương pháp mới [1] để gia tốc các hạt bằng cách sử dụng plasma (plasma là trạng thái thứ tư của vật chất, sau các trạng thái rắn, lỏng và khí). Phương pháp này có khả năng gia tốc các hạt đến năng lượng 100 tỷ eV= 105 MeV và rút gọnkích thước các máy gia tốc để dùng trong các lĩnh vực như nghiên cứu vật liệu, sinh học cấu trúc, y học hạt nhân, tổng hợp hạt nhân, chiếu xạ thực phẩm, chuyển hóa chất thải hạt nhân, điều trị ung thư.

Nguyên lý làm việc của máy gia tốc sử dụng plasma

Một khối plasma là trung tính về điện vì chứa một lượng điện tích âm (electron) bằng đúng số điện tích (ion) dương. Nếu ta cho một tia laser hoặc một chùm hạt đi qua khối plasma thì sẽ phát sinh một sự nhiễu loạn trong plasma: Thực vậy tia laser hoặc chùm hạt sẽ đẩy các electron vốn là những hạt nhẹ ra phía ngoài, còn các ion là những hạt nặng hơn sẽ nằm lại phía trong, như thế tạo ra một khoảng plasma trong đó xuất hiện những vùng ở đấy tập trung nhiều hạt mang điện tích âm và những vùng nhiều hạt mang điện tích dương và vì thế phát sinh một trường gia tốc giữa các vùng đó. Nếu tia laser hoặc chùm hạt có một hướng nhất định, ví dụ từ trái sang phải, thì các electron nằm ở phía trái có thể bị gia tốc mạnh sang phía phải bởi trường gia tốc phát sinh (xem hình 1).

Để hiểu một cách đơn giản nguyên lý làm việc của máy gia tốc sử dụng plasma, ta xét hiện tượng sau: Laser truyền trong plasma, giống như một con tàu biển rẽ nước, tạo nên những sóng trên đường đi. Những người trượt sóng (surfer), ở đây là các electron, sẽ lợi dụng những sóng đó để tăng tốc độ của mình. Như thế chúng ta đã tạo nên một sóng mạnh sau xung laser, và chúng ta đã sử dụng sóng đó để gia tốc các electron.

Một khối plasma chứa 1018 electron trên 1 cm3 có thể làm phát sinh một cường độ điện trường 100 tỷ volt/m. Cường độ này lớn hơn 1.000 lần gradient gia tốc trong các máy gia tốc hiện hành.

Cấu trúc của một máy gia tốc sử dụng plasma

Một máy gia tốc sử dụng plasma có kích thước rất nhỏ nên có thể lắp đặt trong một phòng thí nghiệm. Máy gia tốc gồm các bộ phận: Tia laser cường độ cao, tia khí helium, thiết bị chuẩn trực (collimator) để tạo một chùm electron song song, một nam châm điện tạo từ trường, bản ghi hình nhạy với electron (xem hình 2).

Tia laser cường độ cao bắn vào tia khí helium tạo nên plasma, trường gia tốc phát sinh sẽ gia tốc electron. Các electron được gia tốc này sẽ đi theo lộ trình: Thiết bị chuẩn trực, rồi qua một từ trường để hướng các electron về một bản ghi hình và cuối cùng cho ta một phổ năng lượng electron.

Nếu chúng ta sử dụng thêm một thiết bị bắn electron ngoài vào vùng xung lái (xem hình 1) thì chúng cũng sẽ được gia tốc cùng với các electron có sẵn trong plasma.

Năm 2002, Victor Malka cùng cộng sự tại Phòng thí nghiệm LOA (Laboratoire d’Optique Appliquée, một phòng thí nghiệm hợp tác giữa CNRS với Đại học Quốc gia các công nghệ hiện đại và Đại học Bách khoa của Pháp) đã tìm phương pháp thu được chùm109 electron gần đơn năng dưới dạng một xung có độ dài khoảng 10 femto-giây (10-14 giây), đây là một xung ngắn nhất mà một máy gia tốc có thể tạo nên được.

Các nhà vật lý chứng minh rằng, với nguyên lý “cưỡi” trên sóng plasma có thể gia tốc các electron đến năng lượng 4 GeV (4.109 eV) trên một quãng đường 10 cm!

 
Từ khoá:
Thêm chú thích: Máy gia tốc hạt  

Trang: (Trước)   1  ...  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  ...  22  (Tiếp theo)
  Tất cả