Phần trình bày về thuật ngữ Vật lý



Currently sorted Bởi ngày tạo (Giảm dần) Thứ tự sắp xếp : Bởi lần cập nhật gần đây nhất | Bởi ngày tạo change to (Tăng dần )

Trang:  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  ...  40  (Tiếp theo)
  Tất cả

HÌnh đại diện Huỳnh  Đức Huy
Bởi Huỳnh Đức Huy - Chủ nhật, 5 Tháng hai 2012, 01:31 PM
 

Hệ đo lường quốc tế (viết tắt SI) là hệ đo lường được sử dụng rộng rãi nhất. Nó được sử dụng trong hoạt động kinh tế, thương mại, khoa học, giáo dục và công nghệ của phần lớn các nước trên thế giới ngoại trừ Mỹ, Liberia và Myanma. Năm 1960, SI đã được chọn làm bộ tiêu chuẩn thu gọn của hệ đo lường Mét-Kilôgam-Giây hiện hành.

1.Mét m Chiều dài Đơn vị đo chiều dài tương đương với chiều dài quãng đường đi được của một tia sáng trong chân không trong khoảng thời gian 1 / 299 792 458 giây (CGPM lần thứ 17 (1983) Nghị quyết số 1, CR 97). Con số này là chính xác và mét được định nghĩa theo cách này.

2.Kilôgam kg Khối lượng Đơn vị đo khối lượng bằng khối lượng của kilôgam tiêu chuẩn quốc tế (quả cân hình trụ bằng hợp kim platin-iriđi) được giữ tại Viện đo lường quốc tế (viết tắt tiếng Pháp: BIPM), Sèvres, Paris (CGPM lần thứ 1 (1889), CR 34-38). Cũng lưu ý rằng kilôgam là đơn vị đo cơ bản có tiền tố duy nhất; gam được định nghĩa như là đơn vị suy ra, bằng 1 / 1 000 của kilôgam; các tiền tố như mêga được áp dụng đối với gam, không phải kg; ví dụ Gg, không phải Mkg. Nó cũng là đơn vị đo lường cơ bản duy nhất còn được định nghĩa bằng nguyên mẫu vật cụ thể thay vì được đo lường bằng các hiện tượng tự nhiên

3.Giây s Thời gian Đơn vị đo thời gian bằng chính xác 9 192 631 770 chu kỳ của bức xạ ứng với sự chuyển tiếp giữa hai mức trạng thái cơ bản siêu tinh tế của nguyên tử xêzi-133 tại nhiệt độ 0 K (CGPM lần thứ 13 (1967-1968) Nghị quyết 1, CR 103).

4.Ampe A Cường độ dòng điện Đơn vị đo cường độ dòng điện là dòng điện cố định, nếu nó chạy trong hai dây dẫn song song dài vô hạn có tiết diện không đáng kể, đặt cách nhau 1 mét trong chân không, thì sinh ra một lực giữa hai dây này bằng 2×10−7 niutơn trên một mét chiều dài (CGPM lần thứ 9 (1948), Nghị quyết 7, CR 70).

5.Kelvin K Nhiệt độ Đơn vị đo nhiệt độ nhiệt động học (hay nhiệt độ tuyệt đối) là 1 / 273,16 (chính xác) của nhiệt độ nhiệt động học tại điểm cân bằng ba trạng thái của nước (CGPM lần thứ 13 (1967) Nghị quyết 4, CR 104).

6.Mol mol Số hạt Đơn vị đo số hạt cấu thành thực thể bằng với số nguyên tử trong 0,012 kilôgam cacbon-12 nguyên chất (CGPM lần thứ 14 (1971) Nghị quyết 3, CR 78). Các hạt có thể là các nguyên tử, phân tử, ion, điện tử... Nó xấp xỉ 6.022 141 99 × 1023 hạt.

7.Candela cd Cường độ chiếu sáng Đơn vị đo cường độ chiếu sáng là cường độ chiếu sáng theo một hướng cho trước của một nguồn phát ra bức xạ đơn sắc với tần số 540×1012 héc và cường độ bức xạ theo hướng đó là 1/683 oát trên một sterađian (CGPM lần thứ 16 (1979) Nghị quyết 3, CR 100).

 
Từ khoá:
Thêm chú thích: Hệ thống SI - 7 đại lượng cơ bản  
HÌnh đại diện Phạm Thị Ngọc Phương
Bởi Phạm Thị Ngọc Phương - Thứ hai, 4 Tháng một 2010, 10:49 AM
 

BÃO TỪ (MAGNETIC STORM)

bao tu

+ Các yếu tố của từ trường Trái đất biến đổi hầu như cùng một lúc trên quy mô tòan cầu gọi là bão từ.


+ Bão từ hay còn gọi là bão địa từ trên Trái Đất là những thời kỳ mà kim la bàn dao động mạnh. Nguyên nhân gây ra bão từ là do dòng hạt mang điện phóng ra từ các vụ bùng nổ trên Mặt Trời tác dụng lên các đường cảm ứng từ của Trái Đất. Trên một số hành tinh khác trong hệ Mặt Trời, nhất là các hành tinh có từ quyển (như Sao Thổ) cũng có hiện tượng tương tự.


+ Các quá trình được miêu tả như sau:

1.Các dòng hạt mang điện phóng ra từ Mặt Trời sinh ra một từ trường, có độ lớn vào khoảng 6.10-9tesla.

2.Từ trường này ép lên từ trường Trái Đất làm cho từ trường nơi bị ép tăng lên.

3.Khi từ trường Trái Đất tăng lên, từ thông sẽ biến thiên và sinh ra một dòng điện cảm ứng chống lại sự tăng từ trường của Trái Đất.

4.Dòng điện cảm ứng này có thể đạt cường độ hàng triệu ampe chuyển động vòng quanh Trái Đất và gây ra một từ trường rất lớn tác dụng lên từ trường Trái Đất.

5.Hiện tượng này tiếp diễn làm cho từ trường Trái Đất liên tục biến thiên và kim la bàn dao động mạnh.

+ Ảnh hưởng của bão từ: gây ra rối loạn trong liên lạc vô tuyến hay thậm chí gây mất điện.


+ Công tác dự báo và đo đạc bão từ dựa trên cơ sở quan sát các vết đen của Mặt trời. Vết đen là hố lớn hình phễu trên bề mặt Mặt trời nóng bỏng mà các hạt của plasma bay từ độ sâu thẳm và có nhiệt độ cao sẽ bay qua đó tớ Trái đất. Các loại hạt tích điện mất khoảng 1 đến 2 ngày mới tới được hành tinh của chúng và sẽ tác động đến ĐTT. Vết đen xuất hiện rồi lại biến mất. Đặc biệt có những vết lớn tồn tại hàng tháng. Nguồn phát ra các hạt tích điện có thể là một nhóm các vết đen nhỏ có thời gian tồn tại rất ngắn. Vì vậy, đối với loại này, dự báo lâu dài là không chính xác bởi có những vết đen mà lúc các nhà quan sát phát hiện ra lại có thể đã không còn tồn tại nữa.

@ Ảnh hưởng của bão từ tới sức khỏe con người:

+ Thời kỳ có bão từ là thời kỳ rất nguy hiểm cho người có bệnh tim mạch bởi vì từ trường ảnh hưởng rất mạnh đến hoạt động của các cơ quan trong hệ tuần hoàn của con người. Ngoài ra từ trường của Trái Đất cũng giúp cho một số loài động vật thực hiện một số chức năng sống của chúng như là chức năng định hướng do đó bão từ cũng sẽ ảnh hưởng lớn đến sự sống của các loài này.


+ Đã nhiều năm nay, các nhà bác học quan tâm đến vấn đề ảnh hưởng của bão từ đối với sức khỏe con người. Một số chuyên gia cho rằng đây là vấn đề rất nghiêm trọng, ngược lại, một số người khác không đồng tình với ý kiến ấy. Tiến sĩ khoa học y khoa Yuri Gurfinkel, giám đốc một trong những bệnh viện lớn ở Moskva, đã nghiên cứu rất nghiêm túc vấn đề này trong vòng hơn 15 năm nay. Ông đã thống kê được rằng, trong những ngày có bão từ, số lượng bệnh nhân tim mạch tăng lên 25-30%. Trong thực tế con số này lớn hơn rất nhiều. Ông chỉ ghi chép tỉ mỉ những trường hợp xác định ngày mắc bệnh một cách chính xác. Sau đó, ông chuyển các số liệu ấy cho Viện địa từ, tầng iôn và tán xạ sóng radio thuộc viện Hàn lâm khoa học Nga. Ở đó người ta tiến hành đối chiếu các số liệu này với các chỉ số hoạt tính địa từ. Hóa ra, trước hoặc trong những ngày có bão từ, bệnh nhân nhiều gấp đôi so với những ngày đẹp trời. Và đây không chỉ là các ghi chép của ông. Các đồng nghiệp ở nhiều thành phố khác cũng có những kết quả quan sát tương tự.


+ Các cơn bão từ khác nhau về tần suất và cường độ. Hơi ngược đời một chút, nhưng ông nhận thấy rằng những cơn bão từ nhỏ nhiều khi lại tác động mạnh đến sức khỏe con người, hơn là những cơn bão từ lớn. Và bão từ đột ngột thường nguy hiểm hơn những cơn bão từ kéo đến dần dần. Nói chung, khoảng 85% bão từ ảnh hưởng đến cơ thể người theo từng mức độ khác nhau.


+ Trước hết, các nhà khoa học nghiên cứu các mao mạch trong hệ thống tuần hoàn máu. Những hồng cầu lưu chuyển trong các mao mạch này, đưa ô xy đi nuôi các mô, rồi cũng các hồng cầu này nhận thán khí và các sản phẩm trao đổi chất. Các nhà khoa học ở Viện thần kinh học nghiên cứu đặc tính lưu biến của máu, tức là tính lưu thông của máu, ở các bệnh nhân bị đột quỵ. Họ nhận thấy rằng trong khoảng thời gian một hai ngày trước khi có bão từ thì đặc tính lưu biến này bị biến đổi. Máu lưu thông chậm hẳn lại. Đỉnh điểm của hiện tượng này thể hiện trong ngày bão từ xuất hiện.


+ Nhà bác học đã sử dụng một thiết bị chuyên dụng để nghiên cứu máu của người bệnh một cách an toàn. Với sự hỗ trợ của máy này, họ khẳng định được rằng trong những ngày bão từ, quá trình trao đổi ô xy và các chất thải bị chậm lại. Trong mao mạch người khỏe mạnh máu lưu chuyển nhanh và đều đặn. Một ngày đêm sau khi bão từ xuất hiện, hồng cầu thường dính lại với nhau. Điều đó có nghĩa là chúng không thể dễ dàng chuyển ôxy cho các mô, và lúc đó hiện tượng thiếu ô xy bắt đầu. Đối với các bệnh nhân thiếu máu cục bộ thì thông thường các cơ tim đã không được cung cấp ô xy một cách đầy đủ. Có thể nói một cách hình tượng rằng trong những ngày bão từ, họ bị “hiệu ứng kép” thiếu ô xy, điều đó gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho sức khỏe.


+ Để phòng ngừa các hồng cầu dính kết, các nhà khoa học khuyến cáo người bệnh nên dùng thuốc aspirin. Trong thời gian bão từ, liều lượng hiệu quả nhất là 200mg. Bằng việc theo dõi bệnh nhân trong suốt ngày đêm, họ đã ghi nhận sự rối loạn hoạt động của tim, đồng thời cùng việc đó họ cũng ghi lại các theo dõi về quá trình bão từ. Kết quả cho thấy rằng khi bão từ đạt mức tối đa thì tần suất co bóp tim của bệnh nhân tăng cao, trong một số trường hợp huyết áp của họ cũng bị tăng lên. Và rốt cục là xảy ra điều tệ hại nhất. Khi bão từ mạnh nhất, máy ghi nhận sự rối loạn nhịp tim khiến các tâm thất rung, cơ bóp nhanh, loạn nhịp, không đồng đều. Phản ứng như vậy dễ gây ra tử vong đột ngột cho những người bị bệnh tim mạch. Trong thực tế, ngay cả đối với những người khỏe mạnh, bão từ cũng gây ảnh hưởng trên toàn bộ các bộ hệ thống cơ thể: các cảm xúc, hoạt động thể lực và hoạt động trí tuệ…đều suy giảm. Tất nhiên, người khỏe mạnh thì sức đề kháng tốt hơn và quá trình hồi phục cũng nhanh chóng hơn so với người bệnh.


 
Từ khoá:
Thêm chú thích: Bão từ.  
HÌnh đại diện Phạm Thị Ngọc Phương
Bởi Phạm Thị Ngọc Phương - Thứ năm, 22 Tháng một 2009, 10:55 PM
 
Tàu biển Yamato,

con tàu thí nghiệm dùng lực từ

Nguồn gốc:Yamato-1 là một tàu biển được chế tạo vào đầu những năm 1990.Tập đoàn Mitubishi(Nhật Bản) thông qua các công ty hỗ trợ khác như Mitubishi Heavy Industry,Ltd ở Wadasaki-cho Hyogo-ku,Kobe,đã sản xuất ra con tàu biển Yamato-1

(Yamato 1 is a boat built in the early 1990s by Japanese conglomerate "The Mitsubishi Group" through their subsidiary company Mitsubishi Heavy Industries, Ltd at Wadasaki-cho Hyogo-ku, Kobe).

Con tàu này sử dụng nguyên lí Từ-Thủy động học để vận hành.Nó chạy bằng dòng chất lỏng có tính siêu dẫn(heli khô) và có thể đạt đến vận tốc 15 km/h(8knots).

(It uses a magnetohydrodynamic drive, driven by a liquid helium-cooled superconductor, and can travel at 15 km/h (8 knots)).

Một số hình ảnh của tàu biển Yamato

Yamato-1 là bản nguyên mẫu lần đầu tiên được thử nghiệm của con tàu này.Nó được hoàn thành vào năm 1991 tại Nhật Bản bời tổ chức Ship & Ocean Foundation(sau này còn được biết với tên gọi Ocean Policy Reseach Foundation).Con tàu được chạy thử nghiệm thành công lần đầu tiên tại cảng Kobe vào tháng sáu năm 1992.

(The Yamato 1 was the first working prototype of its kind. It was completed in Japan in 1991, by the Ship & Ocean Foundation (later known as the Ocean Policy Research Foundation). The ship was first successfully propelled in Kobe harbour in June 1992.)

Cảng Kobe

Yamato-1 được đẩy bằng phản lực tạo ra bởi lực từ,theo nguyên lí từ thủy động học.Từ thủy động học bao gồm từ trường,chất lỏng và dòng điện.Từ thủy động hoc dựa trên nguyên lí căn bản của điện từ học.Khi từ trường và dòng điện giao nhau trong lòng chất lỏng,xuất hiện lực từ tác dụng lên dòng điện và cũng tác dụng lên chất lỏng,đẩy chất lỏng chuyển động theo phương vuông góc với cả đường sức từ lẫn dòng điện.

(Magnetohydrodynamics involves magnetic fields (magneto) and fluids (hydro) that conduct electricity and interact (dynamics).1 MHD technology is based on a fundamental law of electromagnetism: When a magnetic field and an electric current intersect in a liquid, their repulsive intersection propels the liquid in a direction perpendicular to both the field and the current.2)

Cơ chế hoạt động của tàu:

Trong con tàu có hai tấm kim loại đặt dọc theo thân tàu và chìm trong nước biển .Hai tấm kim loại này được nối vào một nguồn điện.Do đó có dòng điện chạy từ tấm này sang tấm kia.Dòng điện này chạy trong từ trường rất mạnh của những nam châm điện rất mạnh đặt bên trong tàu.Từ trường có phương thẳng đứng để cho lực từ tác dụng lên dòng điện ,cũng là tác dụng lên nước biển,tạo ra dòng nước biển chạy dọc theo thân tàu ra phía sau.Do đó,phản lực đẩy tàu chuyển động lên phía trước.

Nhóm: Lê Kim Phụng+Nguyễn Ngọc Xuân lớp 11A5-trường Lê Hồng Phong


 
Từ khoá:
Thêm chú thích: tàu Yamato 1  
HÌnh đại diện Phạm Thị Ngọc Phương
Bởi Phạm Thị Ngọc Phương - Thứ năm, 22 Tháng một 2009, 09:17 PM
 

Chất sắt từ

1/ Định nghĩa:

Sắt từ là các chất có từ tính mạnh, hay khả năng hưởng ứng mạnh dưới tác dụng của từ trường ngoài, mà tiêu biểu là sắt (Fe), và tên gọi "sắt từ" được đặt cho nhóm các chất có tính chất từ giống với sắt. Các chất sắt từ có hành vi gần giống với các chất thuận từ ở đặc điểm hưởng ứng thuận theo từ trường ngoài. Tính sắt từ dùng để chỉ thuộc tính (từ tính mạnh) của các chất sắt từ.

Chất sắt từ là một trong những vật liệu được sử dụng sớm nhất trong lịch sử loài người, với việc sử dụng các đá nam châm làm la bàn hoặc làm các vật dụng hút sắt théptừ hơn 2000 năm trước, xuất phát là từ Trung Hoa và Hy Lạp cổ đại.

2/ Các tính chất đặc trưng của chất sắc từ:

Các chất sắt từ như sắt (Fe), côban (Co), niken (Ni), gađôli (Gd)... là các chất sắt từ điển hình. Các chất này là các chất vốn có mômen từ nguyên tử lớn như sắt là 2,2 μB, Gd là 7 μB... và nhờ tương tác trao đổi giữa các mômen từ này, mà chúng định hướng song song với nhau theo từng vùng, còn gọi là các đômen từ tính. Mômen từ trong mỗi vùng đó gọi là từ độ tự phát - có nghĩa là các chất sắt từ có từ tính nội tại ngay khi không có từ trường ngoài. Đây là các nguồn gốc cơ bản tạo nên các tính chất của chất sắt từ.

Hình ảnh các đômen từ của màng CoIr chụp ở chế độ Fresnel trên kính hiển vi điện tử truyền qua.

a/Hiện tượng từ trễ: Là một đặc trưng dễ thấy nhất ở chất sắt từ. Khi từ hóa một khối chất sắt từ các mômen từ sẽ có xu hướng sắp xếp trật tự theo hướng từ trường ngoài do đó từ độ của mẫu tăng dần đến độ bão hòa khi từ trường đủ lớn (khi đó các mômen từ hoàn toàn song song với nhau). Khi ngắt từ trường hoặc khử từ theo chiều ngược, do sự liên kết giữa các mômen từ và các đômen từ, các mômen từ không lập tức bị quay trở lại trạng thái hỗn độn như các chất thuận từ mà còn giữ được từ độ ở giá trị khác không. Có nghĩa là đường cong đảo từ sẽ không khớp với đường cong từ hóa ban đầu, và nếu ta từ hóa và khử từ theo một chu trình kín của từ trường ngoài, ta sẽ có một đường cong kín gọi là đường cong từ trễ. Có nhiều cơ chế khác nhau để tạo ra hiện tượng trễ như cơ chế dịch chuyển vách, cơ chế quay mômen từ, cơ chế hãm sự phát triển của các mầm đảo từ... Và trên đường cong từ trễ, ta sẽ có các đại lượng đặc trưng của chất sắt từ như sau:

- Từ độ bão hòa: Là từ độ đạt được trong trạng thái bão hòa từ, có nghĩa là tất cả các mômen từ của chất sắt từ song song với nhau.

- Từ dư: Là giá trị từ độ khi từ trường được khử về 0.

- Lực kháng từ: Là từ trường ngoài cần thiết để khử mômen từ của mẫu về 0, hay là giá trị để từ độ đổi chiều. Đôi khi lực kháng từ còn được gọi là trường đảo từ.

-Từ thẩm: Là một tham số đặc trưng cho khả năng phản ứng của các chất từ tính dưới tác dụng của từ trường ngoài. Từ thẩm của các chất sắt từ có giá trị lớn hơn 1 rất nhiều, và phụ thuộc vào từ trường ngoài.

- Nhiệt độ Curie: Là nhiệt độ mà tại đó, chất bị mất từ tính. Ở dưới nhiệt độ Curie, chất ở trạng thái sắt từ, ở trên nhiệt độ Curie, chất sẽ mang tính chất của chất thuận từ. Nhiệt độ Curie là một tham số đặc trưng cho chất sắt từ, ví dụ như: Sắt: 1043 K; Côban: 1388 K; Niken: 627 K…

b/ Dị hướng từ tinh thể: Là năng lượng liên quan đến sự định hướng của các mômen từ và đối xứng tinh thể của vật liệu. Do tính dị hướng của cấu trúc tinh thể, sẽ có sự khác nhau về khả năng từ hóa khi ta từ hóa theo các phương khác nhau, dẫn đến việc vật liệu có phương dễ từ hóa, gọi là trục dễ (từ hóa) và phương khó từ hóa (gọi là trục khó). Năng lượng dị hướng từ tinh thể là năng lượng cần thiết để quay mômen từ trục khó sang trục dễ. Hằng số dị hướng từ tinh thể là các đại lượng đặc trưng cho các chất sắt từ.

3/ Tương tác trao đổi và đômen từ:

Tương tác trao đổi là tương tác được giả thiết theo lý thuyết sắt từ Heisenberg nhằm giải thích sự định hướng song song của các mômen từ trong vật liệu. Tương tác trao đổi có bản chất là tương tác tĩnh điện đặc biệt giữa các điện tử tạo ra sự định hướng song song của các spin khi các điện tử ở một khoảng cách đủ gần sao cho các hàm sóng của chúng phủ nhau để cực tiểu hóa năng lượng của hệ. Năng lượng tương tác trao đổi được cho bởi công thức:

với S1, S2 là các spin, J là tích phân trao đổi, cho bởi:

J mang giá trị dương khi các spin song song nhau và âm khi các spin phản song song. Ψ là hàm sóng của các điện tử.

Đômen từ: Nhờ có tương tác trao đổi, các mômen từ của chất sắt từ sắp xếp hoàn toàn song song với nhau, nhưng không phải trong toàn bộ vật thể mà trong từng vùng, gọi là các miền từ hóa, hay các đômen từ. Trong mỗi đômen, các mômen từ song song với nhau tạo nên từ độ tự phát của chất sắt từ, nhưng trong toàn vật thể ở trạng thái khử từ thì mômen từ của các đômen sẽ sắp xếp hỗn loạn nên tổng từ độ trong toàn khối vẫn bằng 0. Khi có từ trường ngoài, do các mômen từ có xu hướng bị quay theo từ trường nên sẽ dẫn đến sự thay đổi về cấu trúc đômen như sự dịch chuyển vách đômen, sự thay đổi kích thước đômen, sự định hướng mômen từ.. tạo nên quá trình từ hóa phức tạp của chất sắt từ.

4/ Các loại vật liệu sắt từ:

Có nhiều cách khác nhau để phân chia các vật liệu sắt từ, nhưng cách thông dụng nhất vẫn là phân chia theo khả năng từ hóa và khử từ của vật liệu. Theo cách phân chia này sẽ có 2 nhóm vật liệu sắt từ chính:

Vật liệu từ cứng: Là các vật liệu sắt từ khó từ hóa và khó khử từ thường dùng cho các ứng dụng lưu trữ từ trường như nam châm vĩnh cửu, vật liệu ghi từ... Các vật liệu từ cứng điển hình là Nd2Fe14B, Sm2Co5, FePt…

Ứng dụng: dùng để chế tạo các nam châm vĩnh cửu hoặc được sử dụng làm vật liệu ghi từ trong các ổ đĩa cứng, các băng từ.

Nam châm đất hiếm NdFeB - vật liệu từ cứng điển hình.

Vật liệu từ mềm: Là các vật liệu sắt từ dễ từ hóa và dễ bị khử từ, thường dùng cho các ứng dụng hoạt động trong từ trường ngoài như lõi biến thế, nam châm điện, lõi dẫn từ, cảm biến từ trường... Các vật liệu từ mềm điển hình là sắt silic (FeSi), hợp kim permalloy NiFe...

Ứng dụng: lõi biến thế, lõi dẫn từ, cuộn cảm; nam châm điện; cuộn chặn, cảm biến đo từ trường…

5/ Ứng dụng của vật liệu sắt từ:

Có thể nói vật liệu sắt từ đang được nghiên cứu và ứng dụng hết sức rộng rãi trong khoa học, công nghiệp cũng như trong đời sống, từ các nam châm vĩnh cửu, đến các lõi biến thế, hay cao hơn là các ổ cứng máy tính, các đầu đọc ổ cứng... Một hiệu ứng khác của chất sắt từ là hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ đang được nghiên cứu phát triển các thế hệ máy lạnh hoạt động bằng từ trường thay thế cho các máy lạnh truyền thống với ưu điểm không ô nhiễm, tiết kiệm năng lượng và nhỏ gọn. Các hiệu ứng từ điện trở của các chất sắt từ cũng đang được khai thác để ra đời các linh kiện điện tử thế hệ mới gọi là spintronic, tức là các linh kiện hoạt động bằng cách điều khiển spin của điện tử...

 
Từ khoá:
Thêm chú thích: chất sắc từ  
HÌnh đại diện Phạm Thị Ngọc Phương
Bởi Phạm Thị Ngọc Phương - Thứ năm, 22 Tháng một 2009, 09:15 PM
 

Chất thuận từ

1/ Giới thiệu chung:

Thuận từ là những chất có từ tính yếu. Tính chất thuận từ thể hiện ở khả năng hưởng ứng thuận theo từ trường ngoài, có nghĩa là các chất này có mômem từ nguyên tử giá trị nhỏ. Khi có tác dụng của từ trường ngoài, các mômen từ này sẽ bị quay theo từ trường ngoài, làm cho caảm ứng từ tổng cộng trong chất tăng lên. Thuận từ được xếp vào nhóm các chất phi từ, hoặc nhóm không có trật tự từ. Từ tính yếu của thuận từ do hai yếu tố đem lại:

vMômen từ nguyên tử.

vCác mômen từ nguyên tử này nhỏ và hoàn toàn không tương tác với nhau.

vCác chất thuận từ điển hình là: oxygen, nhôm…

Hình ảnh quen thuộc mà các bạn hay thấy là ôxy lỏng bị hút vào nam châm điện cũng chỉ quan sát thấy trong các nam châm mạnh bởi tính thuận từ cũng là tính chất yếu.

Mô hình về cấu trúc mômem của chất thuận từ: hệ mômen từ của chất thuận từ được xem như các nam châm nhỏ, độc lập, không tương tác.

2/ Chất thuận từ trong lý thuyết cổ Langevin:

Từ tính của chất thuận từ được tính theo mômen từ nguyên tử mà trong đó, coi rằng các mômen từ này không tương tác, không tồn tại tương tác trao đổi trong các chất thuận từ. độ từ hóa của chất thuận từ được xác định bởi:

kB,H,T là hằng số Boltzmann, từ trường ngoài và nhiệt độ.

N,V0 là số nguyên tử, thể tích của vật và mômen từ của một nguyên tử.

3/ Siêu thuận từ:

Siêu thuận từ (Superparamagnetism) là một hiện tượng, một trạng thái từ tính xảy ra ở các vật liệu từ, mà ở đó chất biểu hiện các tính chất giống như các chất thuận từ, ngay ở dưới nhiệt độ Curie . Đây là một hiệu ứng kích thước, về mặt bản chất là sự thắng thế của năng lượng nhiệt so với năng lượng định hướng khi kích thước của hạt quá nhỏ.

Hiện tượng siêu thuận từ xảy ra đối với các chất sắt từ có cấu tạo bởi các hạt tinh thể nhỏ. Khi kích thước hạt lớn, hệ sẽ ở trạng thái đa đômen, mỗi hạt sẽ cấu tạo bởi nhiều đômen từ. Khi kích thước hạt giảm dần, chất sẽ chuyển sang trạng thái đơn đômen, có nghĩa là mỗi hạt sẽ là một đômen. Khi kích thước hạt giảm quá nhỏ, năng lượng định hướng nhỏ hơn nhiều so với năng lượng nhiệt, khi đó năng lượng nhiệt sẽ phá vỡ sự định hướng song song của các mômen từ, và khi đó mômen từ của hệ hạt sẽ định hướng hỗn loạn như trong chất thuận từ.

4/ Ứng dụng:

Các vật liệu siêu thuận từ đang được ứng dụng nhiều trong vật lý và y-sinh học nhờ khả năng hồi đáp nhanh với sự tác dụng của từ trường bên ngoài. Siêu thuận từ được sử dụng trong các hạt nano từ tính, đặt trong các chất lỏng từ.

Ứng dụng vật lý:
Sử dụng các chất lỏng từ làm tăng tính truyền dẫn trong các hệ dẫn lực, dẫn nhiệt, dẫn từ, làm giảm nhiễu ồn ở loa điện động..
Làm nhân cho các hệ hạt tự lắp ghép.

Ứng dụng y - sinh học:
Dẫn thuốc.
Làm tăng độ tương phản của ảnh chụp cộng hưởng từ hạt nhân.
Điều trị ung thư bằng đốt nóng thân nhiệt cục bộ...

Nhóm Khắc Minh+Nhất Hạnh - lớp 11A5-trường Lê Hồng Phong

 
Từ khoá:
Thêm chú thích: chất thuận từ 1  
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  
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 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, 22 Tháng một 2009, 04:40 PM
 

Từ trường Trái Đất (và từ trường bề mặt)được coi như một lưỡng cực từ trường, với một cực gần cực bắc địa lý và cực kia gần cực nam địa lý..

Vào năm 1600, nhà vật lí người Anh

W. Gilbert đã đưa ra giả thuyết Trái đất là một nam châm khổng lồ. Ông đã làm một quả cầu lớn bằng sắt nhiễm từ, gọi nó là "Trái đất tí hon" và đặt các từ cực của nó ở các địa cực. Đưa la bàn lại gần trái đất tí hon ông thấy trừ ở hai cực, còn ở mọi điểm trên quả cầu, kim la bàn đều chỉ hướng Nam Bắc. Hiện nay vẫn chưa có sự giải thích chi tiết và thỏa đáng về nguồn gốc từ tính của Trái Đất.

Năm 1940, một số nhà vật lý đã đưa ra giả thuyết "Đinamô" để giải thích nguồn gốc từ trường của trái đất. Theo thuyết này thì từ trường Trái đất chủ yếu được hình thành từ các dòng đối lưu trong chất lỏng của trái đất ở độ sâu trên 3000 km. Sự khác biệt về nhiệt độ trong chất lỏng của trái đất đã làm xuất hiện các dòng đối lưu. Nếu trong nhân của trái đất có một " từ trường nguyên thuỷ " thì các dòng đối lưu trên sẽ có vai trò như một cuộn dây trong máy phát điện. Dòng điện nhờ đó được hình thành và chính nó đã tạo ra từ trường cho trái đất. Tuy nhiên thuyết vẫn còn một số điểm chưa rõ ràng. Trong quá trình hình thành từ trường trái đất, cần có "từ trường nguyên thuỷ", nhưng từ trường này được hình thành từ bao giờ và bằng cách nào? Đây là một trong những tồn tại chưa giải quyết được của các ngành khoa học về Trái đất.

Những vật dụng nhiễm từ có khả năng chữa được nhiều bệnh

Gần đây, các nhà khoa học cho rằng ngoài từ trường chính của trái đất hình thành từ lõi ngoài chiếm 98%, còn có phần từ trường với nguồn gốc bên ngoài trái đất chiếm 2%, phần từ trường này lại hay biến đổi, là phần quan trọng gây ra những tác động đối với cơ thể sống.

Cũng như nam châm, Trái Đất có 2 cực địa từ, không trùng với 2 cực địa lý. Từ cực Bắc có toạ độ 700 Vĩ Bắc Và 960 Kinh Tây, trên lãnh thổ Canada, cách cực Bắc địa lý 800 km. Từ cực Nam có toạ độ 730 Vĩ Nam và 1560 Kinh Đông ở vùng Nam cực, cách cực Nam địa lý 1000 km. Trục từ trường tạo với trục trái đất một góc 110. Các từ cực thường có vị trí không ổn định và có thể đảo ngược theo chu kỳ. Do đó bản đồ địa từ cũng phải thường xuyên điều chỉnh (5 năm một lần). Việc thu nhập các thông tin từ vệ tinh đã phát hiện các vành đai bức xạ bao quanh trái đất ở môi trường khí quyển trên cao từ 500-600 km dến 60.000- 80.000 km: đó là từ quyển (tầng điện ly trở lên).

Bí ẩn về từ trường Trái Đất đã được làm sáng tỏ

Từ trường của Trái Đất có thể được tạo ra bởi các chuyển động mạnh của các chất dẫn điện lỏng trong lòng đất... Khám phá mới từ các nhà khoa học Pháp.

Các chất dẩn điện lỏng trong lòng đất đã sinh ra từ trường của Trái Đất. (Ảnh minh họa từ BBC)

Từ trường của Trái Đất có thể được tạo ra bởi các chuyển động mạnh của các chất dẫn điện lỏng trong lòng đất.

Kết quả nghiên cứu này đã được đăng tải trên tờ Le Figaro ngày 12/3.

Bằng cách tạo ra sự chuyển động mạnh của dung dịch na-tri lỏng trong ống nghiệm, một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Trung tâm nghiên cứu khoa học Pháp (CNRS), Trung tâm nghiên cứu khoa học về Trái Đất và môi trường (CEA) và các trường đại học sư phạm tại Pa-ri và Li-ông đã tạo ra được từ trường Trái Đất trong phòng thí nghiệm.

Các nhà nghiên cứu nhận thấy, từ trường được tạo ra mang nhiều đặc điểm giống với từ trường tự nhiên của Trái Đất.

Phần lớn các vật chất thiên văn trong vũ trụ như hành tinh, các vì sao và các dải thiên hà đều có từ trường.

Các từ trường này đóng vai trò quan trọng trong quá trình phát triển của các vật chất trong không gian. Từ trường của Trái Đất cũng rất quan trọng với cuộc sống trên hành tinh. Nó bảo vệ chúng ta, giúp ta tránh được những tác động có hại của các tia vũ trụ và gió Mặt Trời.

Nếu không có từ trường, chúng ta sẽ không ngừng bị các vật chất độc hại tấn công và cuộc sống không thể duy trì trên Trái Đất. Tìm hiểu cơ cấu phát sinh ra từ trường Trái Đất, các hành tinh và các vì sao, là mục tiêu mà rất nhiều nhà khoa học trên thế giới theo đuổi.

Từ năm 1919, Joseph Larmor, một nhà vật lý người Anh, đã đưa ra giả thuyết cho rằng từ trường của Mặt Trời được sinh ra do sự chuyển động của các chất lỏng dẫn điện.

ổng kết lại, ta thấy từ trường trái đất biểu hiện rất không ổn định. Những bất thường lớn từ những thời kỳ rất ngắn cho đến các giai đoạn lệch phương và đảo cực đều là hậu quả của sự suy sụp trường lưỡng cực. Nhưng ngay tiếp sau lại có sự tăng mạnh của cường độ từ trường, biểu thị một sự bền vững của hệ nam châm trái đất. Cho đến nay, người ta vẫn chưa quan sát thấy một tính chu kỳ nào. Do đó, chưa thể dự đoán một sự đảo cực sắp tới hay một sự tiếp tục suy yếu của thành phần lưỡng cực từ. Trường địa từ vẫn còn, chưa mất !

Nguồn gốc của địa từ trường

Trái đất coi như có cấu tạo gồm một vỏ bao ngoài (đá silicat hóa) từ mặt đất (0 km) đến độ sâu 2900km, một lõi cứng ở tâm, bán kính cỡ 1300km, và ở giữa là một nhân lỏng, chủ yếu là sắt nóng chảy từ độ sâu 2900 km đến độ sâu 5100km. Nhân là một chất dẫn điện rất tốt ở phần trên, nhiệt độ tới 3000oC và áp suất hơn một triệu at-môt-phe. Ở PHẦN DƯỚI, ÁP SUẤT LÊN TỚI 3,5 triệu atmôtphe khiến cho lõi trở thành cực kỳ cứng. Sự truyền tải nhiệt trong nhân lỏng thực hiện bằng đối lưu, vật chất nóng chuyển lên trên mặt, vật chất lạnh chuyển xuống dưới sâu và nguồn gốc của từ trường gắn liền với chuyển động đối lưu của chất lỏng dẫn điện này. Hoạt động của nó giống như hoạt động của một máy phát điện tự kích, nghĩa là không có sự tham gia của các hiện tượng bên ngoài.

Một nam châm khổng lồ.

Ngay từ năm 1838, Gauss, đã chứng tỏ rằng nguồn gốc chính của từ trường đo được trên mặt địa cầu lại định vị trong lòng trái đất. Còn các nguồn khác, gọi là các nguồn bên ngoài, định xứ ở các tầng cao khí quyển và xa hơn nữa, thì đóng góp không đáng kể chỉ vào cỡ sai số các phép đo.


Giống như một dây đàn dương cầm rung động theo một âm cơ bản và các họa âm, từ trường do nguồn gốc nội tại cũng được phân tích thành một thành phần nổi trội và các thành phần thứ cấp. Khi dời xa nguồn, các thành phần thứ cấp suy giảm rất nhanh. Tín hiệu từ chính yếu, còn gọi là trường lưỡng cực định tâm, giống như tín hiệu từ do một thanh nam châm khổng lồ đặt tại tâm trái đất gây ra. Cường độ của thành phần này chiếm khoảng 90% cường độ từ trường tổng cộng đo trên Mặt Ðất. Thành thử, trên Trái Ðất có trường lưỡng cực chiếm ưu thế, thì chỉ có hai cực từ, nghĩa là có hai điểm "đối nhau", mà tại đó từ trường địa phương là "thẳng đứng". Hiện nay, lưỡng cực nghiêng 11,5 độ so với trục quay quả đất. Vị trí của lưỡng cực thay đổi theo thời gian, nhưng trung bình cứ khoảng chục nghìn năm thì trục lưỡng cực lại trùng với trục quay.

Còn trường phi lưỡng cực, nghĩa là thiếu mất thành phần lưỡng cực nói trên, lại vô cùng phức tạp với số cực rất cao (tứ cực, bát cực, v.v....). Trong những khoảng thời gian cỡ vài trăm hay vài nghìn năm, thì các độ biến thiên trung bình của trường phi lưỡng cực này bằng không. Do vậy, ở thang cỡ chục nghìn năm thì trường địa từ quy về trường của một lưỡng cực định tâm mà các cực từ tương ứng với các cực địa lý.

Nhưng nếu từ trường Trái Ðất mất đi ?...

Dĩ nhiên, lúc đó mọi cơ cấu dẫn hướng theo la bàn từ đều mất tác dụng. Nhưng may thay, ngày nay các máy bay, tàu biển đã sử dụng được song song nhiều công nghệ định vị, dẫn đường như vệ tinh, rađa, hay các hệ thống hàng hải, hàng không quán tính. Thành thử lo ngại chính ở đây là sẽ mất đi màn chắn từ bảo vệ Trái Ðất khỏi bức xạ vũ trụ (chủ yêú là các prôtôn năng lượng rất cao từ các thiên hà và Mặt Trời đi tới).

Còn một số loài chìm di cư, loài rùa, thậm chí một số loại vi khuẩn sử dụng địa từ trường để dẫn đường, có thể sẽ bị rối loạn. Tuy nhiên chắc chắn chúng vẫn có thể tổ hợp vài hệ thống định vị khác nhau để dò đường, khỏi lạc.

Mặt khác, như các nghiên cứu quá trình biến đổi của địa từ trường đã nêu trên, thì từ trường Trái Ðất không phải đột ngột mất đi, mà phải trải qua thời gian khá dài, ít nhất cũng phải vài trăm, vài nghìn năm. Như thế sẽ có đủ thời gian cho con người điều chỉnh được các thiết bị liên quan và nhiều thế hệ sinh vật có thể thích nghi dần. Và sự sống vẫn sẽ tồn tại !

Những điều thú vị về từ trường trái đất

Là tấm chắn bảo vệ trái đất, nhưng là tấm lá chắn vô hình, nên không ai có thể nhìn thấy từ trường trái đất. Song, chính cực quang lại tiết lộ cho chúng ta - những "người trần mắt thịt" - biết nó ở đâu.

Mặt trời không chỉ đem đến ánh sáng và hơi ấm mà còn là mối hiểm nguy của con người. Lý do: mặt trời liên tục phóng ra các hạt giàu năng lượng - gió mặt trời - vào vũ trụ và về hướng trái đất. Trước khi các hạt đó có thể chạm vào hành tinh của chúng ta thì chúng đã bị một tấm chắn ngăn lại, đó là từ trường của trái đất. Các nhà vật lý khẳng định rằng từ trường ngày càng yếu đi và sẽ dẫn đến sự thay đổi cực.

Từ trường giảm đi sẽ là thảm họa?

Từ trường là tấm chắn bảo vệ cho trái đất. Từ trường giảm đi thì ngày càng có nhiều tia cực tím đến bề mặt. Điều đó nghĩa là gì thì các cơn bão mặt trời trong quá khứ đã chỉ ra: Tháng giêng năm 1997 nó làm tê liệt một vệ tinh viễn thông trị giá 200 triệu dollar. 8 năm trước đó, nó đã làm hỏng mạng lưới điện ở Canada.

Các nhà khoa học cho rằng còn phải tính đến sự thay đổi thời tiết và khí hậu. Những cơn giông tố có lẽ sẽ xảy ra thường xuyên hơn và mạnh hơn. Lốc xoáy, lũ lụt cùng các kỳ hạn hán sẽ trở thành thông lệ.

Đối với một số loài động vật thì từ trường rất quan trọng vì chúng sử dụng từ trường để định hướng. Kiến, chim di cư, rùa và cá mập có lẽ sẽ lạc hướng nếu không có từ trường.

Sự thay đổi cực sẽ xảy ra muộn nhất là trong 1.000 năm

Thực sự là địa từ trường đã yếu đi rõ ràng - một dẫn chứng cho việc cứ một triệu năm có một lần thay đổi cực. Các nhà vật lý địa cầu đã tính toán rằng chậm nhất là 1.000 năm nữa thì điều đó sẽ xảy ra.

Từ trường trái đất có từ đâu?

Từ trường xuất hiện trong lòng trái đất . Nơi đó có nhân trái đất được cấu tạo chủ yếu là sắt. Nhân rắn bên trong được bao bọc bởi cái vỏ bằng sắt dạng lỏng. Do sức nóng từ trong nhân, kim loại sẽ chảy tràn lên bề mặt nhân, nguội đi và lại chìm xuống phía dưới. Đồng thời nó chảy theo đường xoắn ốc do trái đất quay. Sự chuyển động của sắt có khả năng dẫn điện sẽ làm xuất hiện một nguồn điện, tương tự như một máy phát điện khổng lồ. Và khi có dòng điện chảy thì sẽ xuất hiện từ trường.

Hình dạng của từ trường cũng giống như từ trường của một thỏi nam châm. Từ trường đi ra từ bán cầu nam và đi vào phía bán cầu bắc của trái đất. Hai nơi này được gọi là cực từ. Nó không trùng với cực nam và cực bắc địa lý mà cách nhau vài trăm cây số.

Từ trường vươn ra ngoài vũ trụ hơn 60.000 km. Nó tạo thành một cái vỏ bảo vệ chung quanh trái đất. Sự bảo vệ này là cần thiết vì mặt trời không ngừng phát ra các hạt tích điện, còn được gọi là gió mặt trời. Từ trường cản gió mặt trời và dẫn nó đi vòng qua trái đất. Từ trường bị biến dạng bởi gió mặt trời, hướng phía mặt trời bị nén lại, còn hướng kia thì xuất hiện một cái đuôi dài, có thể vươn vào vũ trụ đến 250.000 km.

Tại sao từ trường trái đất lại giảm?

Nguyên nhân từ trường giảm nằm ở trong lòng trái đất. Ở đó kim loại chảy lỏng xoay vòng quanh nhân ngoài. Bằng chuyển động cắt ngang từ trường nó tạo ra một dòng điện, dòng điện đó cũng tạo ra một từ trường nữa. Giả sử như hướng chuyển động đó giữ nguyên thì từ trường trước đó vẫn nguyên vẹn. Nhưng do đường chuyển động của nó thường xuyên thay đổi, từ trường được tạo ra cũng thay đổi và làm giảm bớt đi từ trường có trước.

Kết quả là trái đất đổi cực?

Cứ khoảng 1 triệu năm thì cực từ của trái đất thay đổi. Theo sự phỏng đoán của các nhà vật lý trái đất thì khi thay đổi cực, từ trường của trái đất không ổn định và phân ra làm nhiều từ trường nhỏ, bao bọc lấy trái đất khắp mọi hướng. Sau đó thì từ trường sẽ ổn định trở lại nhưng theo hướng ngược lại. Điều đó có nghĩa là đường đi của từ trường sẽ không phải là từ Nam đến Bắc mà từ Bắc đến Nam.

Từ trường trái đất - nguyên nhân của các hiện tượng tự nhiên

Không chỉ có các nhà vật lý mới bận tâm đến từ trường của trái đất. Thực tế thì từ trường cũng đóng một vai trò quan trọng trong thế giới động vật. Không có nó thì các loài chim di cư sẽ mất phương hướng. Nhà động vật học, giáo sư Wolfgang Wiltschko, người nghiên cứu hơn 35 năm qua về giác quan cảm nhận từ trường của chim di cư, đã chứng minh được điều đó bằng một thử nghiệm thông minh: trong một cái phễu lớn không có khả năng định hướng, Wiltschko đã nhốt một con chim hồng tước và để nó tìm hướng bay. Cũng như các loài chim di cư khác thường thay đổi hướng bay theo mùa. Mùa thu chúng bay về vùng ấm áp hơn ở phương Nam, trong tháng tư chúng lại bay trở về phương Bắc. Trong cuộc thử nghiệm, con hồng tước vẫn định hướng được rõ ràng về phương Bắc mà không có sự chỉ đường của thiên nhiên như vị trí mặt trời hay các vùng núi. Nếu cực từ tiếp tục dịch chuyển với tốc độ nhanh, thì điều này sẽ là một vấn đề nghiêm trọng đối với các loài chim di cư trong tương lai.
Nhóm Quế Cường + Hòang Vũ - lớp 11A3 - trường Lê Hồng Phong
 
Từ khoá:
Thêm chú thích: từ trường trái đất 1  
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  

Trang:  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  ...  40  (Tiếp theo)
  Tất cả