100 khám phá khoa học vĩ đại nhất trong lịch sử/18
Khám phá số 18: BẢN CHẤT CỦA ĐIỆN
- Thời gian phát hiện: năm 1752.
- Nội dung phát hiện: tất cả các hình thức điện đều giống nhau về bản chất
- Người phát minh: Benjamin Franklin.
Tại sao phát hiện ra bản chất của điện lại có tên trong 100 phát hiện khoa học vĩ đại nhất?
Chúng ta đều biết điện là một trong những nguồn năng lượng quan trọng nhất và cũng là một trong số ít các nguồn năng lượng của tự nhiên. Thí nghiệm về lôi điện của Benjamin Franklin là thí nghiệm khoa học mạo hiểm đầu tiên để tìm ra thuộc tính và cách dùng điện. Thí nghiệm đó đã cho chúng ta thấy được bản chất của điện, thúc đẩy sự phát triển khoa học và công trình học của thế kỷ XIX, đồng thời nó cũng mở ra một cuộc cách mạng về điện, trong đó bao gồm cả sự ra đời của một loạt những phát minh như ắc quy, mô tơ, máy phát điện và cả đèn điện.
Bản chất của điện đã được khám phá ra như thế nào?
Cho đến giữa thế kỷ XVIII, hiểu biết của con người về điện còn rất hạn chế, người ta chỉ biết điện có hai hình thức tồn tại: tĩnh điện tạo ra sự thú vị và lôi điện (sét) gây ra chết người. Benjamin Franklin là nhà khoa học đầu tiên tiến hành thí nghiệm cặn kẽ về điện (năm 1764), ông cũng là người đầu tiên đưa ra giả thiết tĩnh điện và lôi điện là hai hình thức có cùng một bản chất.
Trước đó, Benjamin Franklin liên tục làm thí nghiệm với bình Leyden: Cho một ít nước vào trong bình qua miệng bình rộng, dùng các lá thiếc bọc phía trong bình qua miệng bình rộng, dùng các lá thiếc bọc phía trong và phía ngoài bình, sau đó cắm một thanh kim loại vào bình xuyên qua lắp lie của bình đã được cách điện, phần thanh kim loại ngoài bình được gắn với một quả cầu bằng kim loại. Sau khi nạp điện cho bình bằng dụng cụ cầm tay thì chỉ cần hơi chạm nhẹ vào quả cầu kim loại thì ngay lập tức sẽ bị điện giật.
Benjamin Franklin không những đã tìm ra phương pháp tăng lượng điện tích trong bình Leyden lên gấp đôi mà ông còn phát minh ra một phương pháp mới hơn, ông xếp nhiều bình Leyden lại gần nhau, như vậy thì lượng điện tích hợp lại có thể gây chết người.
Năm 1752, trong một lần trình bay thí nghiệm này cho một người bạn xem, Benjamin Franklin đã sơ ý chạm vào quả cầu kim loại. Chỉ nghe thấy một tiếng nổ “roẹt”, một tia hồng quang điện màu xanh từ trong bình bắn lên tay của Benjamin Franklin, ông lập tức bị đẩy văng ra đất, cách bình Leyden hơn 10 feet. Benjamin Franklin nhận ra rằng hiện tượng bị điện giật như vậy giống hệt như bị sét có cường độ nhỏ đánh.
Benjamin Franklin quyết định chứng minh tĩnh điện và lôi điện là một hiện tượng vật lý như nhau. Thế là ông thiết kế một mạch điện tương tự như bình Leyden, ông dự định sẽ áp dụng phương pháp nạp điện giống như bình Leyden, lấy điện từ trong các đám mây nạp vào mạch điện.
Mạch điện mà Franklin đã thiết kế có cấu tạo như sau: buộc một đoạn dây mảnh bằng kim loại lên trên một chiếc diều (mục đích để thu lấy dòng điện trong các tầng mây), sau đó buộc day diều và dây kim loại vào với nhau. Khi trời có sấm sét thì dòng điện sẽ theo dây diều truyền đến một đầu của một chiếc chìa khóa bằng sắt lớn. Đầu bên kia của chìa khóa được buộc vào đầu của một sợi dây cách điện, Benjamin Franklin nắm chắc đầu kia của sợi dây. Làm theo cách đó thì chiếc chìa khóa sẽ có chức năng tích điện tương tự như bình Leyden.
Vào một buổi chiều sau đó vài tuần, bầu trời đột nhiên u ám báo hiệu một trận mưa lớn đang đến, Benjamin Franklin vội vã mang diều thả lên bầu trời.
Mọi việc đã xảy ra đúng như sự mong đợi của Benjamin Franklin, chỉ có điều sét không đánh trúng vào con diều như dự kiến. Tuy nhiên, đây lại là một điều đáng mừng, bởi vì chỉ sau đó một vài tháng, một nhà khoa học người Pháp đã thử làm theo thí nghiệm này của Benjamin Franklin và bị sét đánh chết. Thực tế là trong buổi chiều mưa gió ngày hôm đó, dây diều đã phát ra những ánh sáng màu xanh nhạt, Benjamin Franklin dường như đã nhìn thấy cả dòng điện giống như một chất lỏng chảy xuống dây diều.
Benjamin Franklin dè dặt đưa tay tiến lại gần chiếc chìa khóa, xoẹt một tiếng, một tia lửa điện bắn vào ngón tay ông, Benjamin Franklin đã bị giật giống hệt như cảm giác điện giật của bình Leyden. Lôi điện và tĩnh điện quả nhiên là giống nhau, chúng đều không phải là điện cố định!
Benjamin Franklin đã ứng dụng kết quả thí nghiệm vào trong đời sống, ông đã phát minh ra cột thu lôi và suốt trong khoảng 100 năm sau đó, phát minh này đã giúp cho vô vàn ngôi nhà tránh được sét đánh, cứu được tính mạng của hàng triệu con người. Quan trọng hơn cả là phát hiện của Benjamin Franklin đã khuyến khích một loạt các nhà học như Volta, Faraday, Oersted cùng các nhà khoa học đầu thế kỷ XIX tiến hành thực nghiệm đi tìm lời giải cho câu đố bản chất của điện.
