Điện,
điện 110, điện 220 là ǵ?
Hà Dương Cự
Cái cắm điện và ổ cắm điện
bên Pháp.
Mùa Hè
nhiều người đi du lịch qua những
xứ khác, ngoài Canada và Mexico thường không
trực tiếp cắm điện cho những dụng
cụ điện và điện tử được.
Tại sao như vậy? V́ ổ cắm điện khác,
nhưng lư do chính là ǵ?
Lịch
sử của điện
Hồi xưa
tuy người ta chưa hiểu rơ về điện,
nhưng người ta vẫn biết là có điện.
Ông Thales, một trong Thất Hiền (Seven Sages) của
Hy Lạp cổ xưa, được coi là người
đầu tiên khảo sát hiện tượng điện.
Ông chà sát một miếng hổ phách (amber) vào
một mớ lông và có thể hút bụi, lông chim hay
những vật nhỏ. Hiện tượng này về
sau gọi là tĩnh điện. V́ thí nghiệm
của ông Thales nên trong tiếng Anh chữ electric (điện)
là do từ chữ Hy Lạp “elektron,” có nghĩa là
hổ phách.
Đến
thế kỷ thứ 17, 18 các nhà khoa học Châu Âu
đă có những phát minh đáng kể về điện.
Năm 1752 nhà khoa học Benjamin Franklin chứng tỏ sấm chớp là
tĩnh điện (static electric).
Năm 1800
ông Alesssandro Volta khám phá
ra cách tạo ḍng điện. Ông nhúng một tờ
giấy vào nước có pha muối, rồi để
kẽm và đồng ở hai bên tờ giấy làm
sinh ra điện.
Điện
hoạt động ra sao
Muốn
biết điện hoạt động ra sao th́
cần phải biết sơ qua về nguyên tử
(atom). Mọi vật từ cây cỏ, động
vật tới nước, không khí đều
được cấu tạo từ những nguyên
tử. Nguyên tử có kích thước rất nhỏ,
nhỏ hơn cả triệu lần một sợi tóc.
Một
nguyên tử gồm có ba thành phần:
hạt điện tử dương (proton), trung ḥa
tử (neutron) và hạt điện tử âm (electron).
Hạt điện tử dương và trung ḥa tử
cuộn với nhau và làm thành nhân (nucleus) ở
giữa, các hạt điện tử âm th́ quay chung
quanh. Theo như tên gọi hạt điện tử âm
có điện tích âm (-), hạt điện tử dương
có điện tích dương (+), c̣n trung ḥa tử th́
không có điện tích.
Hạt
điện tử cùng dấu th́ đẩy nhau và trái
dấu th́ hút vào nhau. Ở trạng thái cân bằng
số hạt điện tử âm bằng số điện
tử dương và được gọi là số
nguyên tử (atomic number), thí dụ nguyên tố hy-đrô
có một hạt điện tử dương và nguyên
tố các-bon có 6 hạt điện tử dương.
Các
hạt điện tử âm có thể bị tách ra
khỏi nguyên tử và di chuyển qua một nguyên
tử khác. Sự di chuyển các điện tích này
chính là điện.
Các
hạt điện tử âm trong phần lớn các kim
loại đều có thể bị tách ra, nên kim
loại là chất dẫn điện. Có những
vật chất mà các hạt điện tử âm dính
chặt trong nguyên tử như vậy không dẫn
điện được, thí dụ như không khí,
gỗ, thủy tinh hay chất dẻo. Những chất
này được gọi là chất cách điện.
Cái cắm điện và ổ cắm điện
bên Anh.
Tính
chất chính của điện
Như
đă nói ở trên điện là sự chuyển
động của các hạt điện tử có
điện tích. Có ba tính chất chính về điện,
đó là điện thế, ḍng điện và điện
trở.
Điện
thế c̣n được gọi là hiệu số
điện thế là sự khác biệt về điện
tích ở hai điểm. Đơn vị đo điện
thế là Volt (viết tắt là V) để vinh danh ông
Volta.
Ḍng điện
(current) là số điện tích chạy trong mạch
điện trong một thời gian nào đó.
Đơn vị đo ḍng điện là Amperes
(viết tắt là A) để vinh danh ông André-Marie Ampère.
Ông Ampère là một vật lư gia người Pháp
(1775-1836). Ông đă khám phá ra sự liên hệ
giữa điện và từ trường và lập ra
ngành điện từ học.
Trong
phạm vi nhỏ hẹp của bài báo tôi không
thể đi sâu vào những chi tiết kỹ
thuật về điện được. Một thí
dụ để cho dễ hiểu về điện là
một thùng nước nhỏ và cao, ở phía dưới
có một ống thoát nước. Nước cũng
giống như điện tích. Thùng nước càng
cao th́ áp suất ở ống thoát nước càng
mạnh. Thùng nước cao có nghĩa là sự khác
biệt giữa điểm ở đỉnh với
điểm ở dưới lớn. Điện
thế cũng tương tự như áp suất
ở ống thoát.
Ḍng điện
cũng như ḍng nước chảy qua ống thoát.
Nếu thùng nước cao th́ ḍng nước chảy
mạnh, tương tự như thế, điện
thế cao th́ ḍng điện mạnh.
Điện
trở là tính chất ngăn cản sự lưu thông
của điện tích của các vật thể. Theo
thí dụ về nước th́ điện trở cũng
giống như ống thoát nước. Ống thoát nước
có thể to hay nhỏ để cho nước thoát
qua nhiều hay ít.
Điện
được phát sinh ra sao
Có
nhiều cách để sản xuất điện. Cách
phổ thông nhất là dùng tua-bin. Bên trong tua-bin là
lớp dây đồng, phần ngoài là những
miếng nam châm. Khi tua-bin quay th́ sẽ sinh ra điện.
Để quay tua-bin th́ có thể dùng nước, gió
hay các nguyên liệu khác. Pin điện th́ dùng các
chất hóa học để sinh ra điện. Cũng
có thể biến năng lượng mặt trời
thành điện qua những tế bào quang điện.
Hai
loại điện
Điện
trong các pin điện là điện một chiều,
tức là điện chạy theo một chiều
nhất định không thay đổi. Điện
dùng trong nhà là điện xoay chiều (alternating
current).
Trong điện xoay chiều ḍng điện đổi
chiều nhiều lần trong một giây. Ở Hoa
Kỳ điện xoay chiều đổi chiều qua
lại 60 lần một giây (tần số 60 hertz).
Nhiều nước dùng điện xoay chiều
với tần số 50 hertz. Điện
xoay chiều hữu hiệu hơn điện một
chiều, nhất là để chuyển đi xa.
Máy biến điện
Để có thể truyền
điện đi xa một cách hữu hiệu người
ta phải dùng máy biến điện (transformer) để
đem điện thế lên cao.
Điện được truyền đi từ
những nhà máy phát điện trong một mạng lưới
dây điện cao thế đến những nơi
cần điện như những cơ sở thương
mại, xưởng kỹ nghệ hay tư gia. Trước
khi dùng th́ điện lại được một máy
biến điện đổi từ điện cao
thế xuống điện có điện thế
thấp.
Các hệ thống điện
trên thế giới
Mạng lưới điện.
Phần
lớn các nước trên thế giới dùng điện
xoay chiều với điện thế từ 220
tới 240 volt và tần số từ 50 tới 60 hertz.
Phần c̣n lại, trong đó có Hoa Kỳ và Gia Nă
Đại dùng điện với điện thế
từ 100 tới 127 volt và tần số 60 hertz. Điện
có điện thế cao hơn th́ mạnh hơn nhưng
nguy hiểm hơn.
Ở
Hoa Kỳ th́ dây điện ở ngoài nhà là 240 volt, vào
nhà th́ được chia làm hai mạch điện
120 volt. Nhưng điện 240 volt được dùng
cho các máy móc cần điện mạnh như máy
giặt và máy sấy quần áo.
V́ sự
khác biệt về điện thế nên bạn
phải cẩn thận khi dùng điện ở nước
ngoài. Trước hết có nhiều ổ cắm
điện khác nhau.
Trước
khi đi du lịch đến nước nào th́ trước
hết bạn phải t́m xem cái cắm điện
của nước đó thuộc loại nào. Sau đó
bạn mua một dụng cụ gọi là bộ
tiếp hợp (adapter) để có thể cắm các
dụng cụ điện và điện tử của
bạn vào ổ cắm điện địa phương.
Đa
số các dụng cụ điện tử thời nay
đều là loại điện thế kép (dual
voltage), có nghĩa là có thể dùng được
với điện 110 volt hay 240 volt. Đối
với dụng cụ như vậy th́ bộ tiếp
hợp là đủ. Muốn biết dụng cụ nào
là loại điện thế kép th́ bạn nh́n vào hàng
chữ in trên dụng cụ đó. Nếu
có hàng chữ 100-240V và 50-60Hz th́ dụng cụ đó
là loại điện thế kép.
Nếu
dụng cụ chỉ có hàng chữ 110V 60Hz th́ đó
là loại chỉ dùng được với điện
110V, thường những máy sấy tóc là thuộc
loại này. Muốn dùng nó với điện 240V
bạn phải mua một bộ biến điện. Cái
này nặng hơn bộ tiếp hợp nhiều nên khá
bất tiện, nhưng không có nó th́ máy móc sẽ
bị hư hại.
Hà
Dương Cự
————–
Nguồn tài liệu:
www.eia.gov, https://science.howstuffworks.com,
https://learn.sparkfun.com