Điện tích có thể làm thay đổi điểm đông đặc của nước pdf

Điện tích có thể làm thay đổi điểm
đông đặc của nước
Một nghiên cứu đăng trên tạp chí Science, số ra ngày 5 tháng 2, tường
thuật
rằng nước có thể đông đặc ở những nhiệt độ khác nhau tùy thuộc vào bề mặt
mà nó
nằm trên đó là tích điện dương hay âm. Dưới những điều kiện nhất định,
nước thậm
chí còn đông đặc khi nó nóng lên.
“Chúng tôi rất, rất ngạcnhiên trước kết quả này”,đồng tác giả của nghiên
cứu trên, Igor Lubomirskythuộc Viện Khoa học
Weizmann ở Rehovot, Israel, nói. “Có nghĩabằng cáchđiều khiển điệntích bề
mặt,hoặc dươnghoặc âm,bạn có thể kìm hãmsự hình thànhbăng hoặc thúc đẩy
sự hình thành băng”.
Nước thường hay đông đặc bằng cách hình thành một tinh thể băng x
ung quanhmộthạt bụi hoặc một số tạp chấtkhác. Khôngcó điểmkhởi đầu đó,
nước vẫn ở thể lỏng dù dưới điểm đôngđặc của nó, xuống tới khoảng -42độ
Celsius. Nước siêu lạnhnày có ích trongtự nhiên và trong phòng thí nghiệm, từ
loài ếch và loàicá sống sót qua mùa đông kéo dài chođến sự bảo quảnđông lạnh
của máu và cácmô.
Các nhà khoa họcđã nghingờ trong hàngthập kỉ qua rằngngười ta có thể
điện trường để kích hoạt sự đông đặc ở nướcsiêu lạnh. Một phân tử nước cómột
chútđiện tích dương ở một đầuvà một chút điện âm ở đầu kia, nên điện trường có
thể đưa cácphân tử nước thành dạngrắn bằngcách sắp thẳng hàng chúng theo
điện tích.Nhưng những thí nghiệm trước đây nhằm tìm hiểu xem điện trường có
thể tác độngđến sự đông đặc haykhông thật rắc rốibởi các chất liệu được sử
dụng.Những chất giữ điện tích tốt nhất là nhữngkim loại, nhưng như bất kì
ai từngcố gắng mở
cánh cửa xe hơi sau mộtcơn bãotuyết đều rõ, bănghình thànhdễ dàng trên
kim loạimà không cần điện tích gì cả.
“Nếu bạn thử làm thí nghiệm nàyvới kim loại, thì bạn chẳngbiết cái gì do

điện trường gây ra vàcái gì do chính kimloại mang lại”, Lubomirskynói. “Chúngta
muốnbiết điện tích cóảnhhưởng gì haykhông, haylà cáigì đó đặcbiệtở kimloại”.
Thay chokim loại, Lubomirskyvàcác đồng nghiệp củaông sử dụngmột
chất liệu hỏa điện, chất có thể hình thànhmột điện trường tồn tại ngắn khi
nóng lên hoặc lạnh đi. Các nhànghiên cứu sử dụng bốn tinh thể hỏa điện, mỗi tinh
thể đặtbên trongmột bình chứa bằng đồng. Mặt dưới của hai tinhthể được tráng
chromiumđể dẫn điện tích, và hai tinh thể kiathì tráng nhôm oxide để giữ bề mặt
khôngtích điện. Các nhà nghiên cứu đặt cơ cấu thí nghiệm trong
một căn phòng ẩm ướt và giảm nhiệt độ máyđiều nhiệt cho đến khi các giọt
nước hình thành trên mỗi tinh thể,
sau đó làm lạnh căn phòng thêmcho đếnkhi nước đôngđặc.Khi khôngcó
điện tíchnào trênmặt, trungbình nước đông đặc ở - 12,5 độ C.
Nhưng với bề mặt tích điện dương, nước đông đặc ở nhiệt độ tương đối êm
dịu, - 7độ C. Và với bề mặt tích điện âm,băng hìnhthành, tính trungbình, ở nhiệt
độ đônglạnh– 18 độ C.
“Tác dụng mạnhcủa điệntích thật làkịch tính”, phát biểu của nhà vật lí
Gene Stanley ở trường Đại học Boston.Ôngcòn nói rằng tínhđơn giản của thí
nghiệmtrên có nghĩa là “nó là thứ hầu như chắc chắn đúng”. Lubomirskyvà các
đồngsự còn làm cho nước đông đặc bằng cách tăng nhiệt
độ của nó. Cácgiọt nướcvẫn ở trạng thái lỏngtại -11 độ C trong thời gianlên
tới 10 phút trên một bề mặt tích điện âm. Nhưngsau khi điện tích âm bị khử đi, thì
việc làm nóng căn phòng lên – 8 độ C là đủ để cảm ứngmột điện tích dươngtrên
tinh thể hỏa điệnvà làm nước đôngđặc.
“Đó là một hành trạng rất kì dị”, nhà vật lí khí quyển
Will Cantrell thuộc trường Đại họcCông nghệ ở Houghton, bình luận.
“Trong trường hợp này, trên chất liệu đặc biệt này, nếubạn làm ấm nó lên, bạn có
thể làm cho nó đông đặc”.
Đồng tác giả Meir Lahav, cũng ở Viện Weizmann, nói phản ứngcủa nước
với điệntích có lẽ phụ thuộc vào mứcđộ sắp thẳng hàng của các phân tử nước trên
bề mặt mà chúngđông đặc,mặc dù cần có thêm nghiên cứu để tìm rachính xác

cái gì đangdiễnra.“Các phân tử nướcsẽ sắp hàngkhác nhau,nên tôi dèchừng
rằng sự khác biệt này sẽ ảnh hưởng đến nhiệt độ đông đặc của băng”,
Lahav nói. “Nhưng tôi không
trôngđợi một sự khác biệt lớn như vậy. Tôi rấtvui mừng thấyđược điều đó”.
Mặcdù ông khôngcó kế hoạch đặc biệt nào nhằm khai thác hiệu ứng trên
cho những ứngdụng thí dụ như sự đông đặcđông lạnh hoặc gieomây, nhưng
Lahavnói đội của ông đã đăng kímột bằng sáng chế.
Sự tạo lõibăng “là một bài toán rấtcơ bản”, ông nói. “Chừng nào bạn hiểu
rõ vấn đề hơn – tức là cósự hiểu biết mới về một hiệu ứng mới – thìcác ứngdụng
luôn xuất hiện sauđó”.