WEBVTT

00:00:08.046 --> 00:00:10.696
Đây là một tinh thể của đường.

00:00:10.696 --> 00:00:14.486
Nếu bạn ấn lên nó, nó sẽ tự phát điện.

00:00:14.486 --> 00:00:17.796
Làm thế nào tinh thể đơn này có thể
hành động như một nguồn điện nhỏ?

00:00:17.796 --> 00:00:20.386
Bởi vì đường có hiệu ứng áp điện.

00:00:20.386 --> 00:00:23.147
Vật áp điện
biến ứng suất cơ học,

00:00:23.147 --> 00:00:24.327
như áp lực,

00:00:24.327 --> 00:00:25.190
sóng âm thanh,

00:00:25.190 --> 00:00:26.247
hay các rung động khác

00:00:26.247 --> 00:00:28.746
thành điện lực và ngược lại.

00:00:28.746 --> 00:00:30.777
Hiện tượng kì lạ này
được phát hiện lần đầu

00:00:30.777 --> 00:00:34.966
vào năm 1880 bởi nhà vật lý học
Pierre Curie và anh trai mình Jacques.

00:00:34.966 --> 00:00:38.417
Họ khám phá rằng nếu họ ép những
miếng mỏng của một vài tinh thể bất kỳ,

00:00:38.417 --> 00:00:43.018
điện tích dương và âm sẽ
xuất hiện trên bề mặt đối diện.

00:00:43.018 --> 00:00:45.156
Sự khác nhau về điện tích,
hay điệp áp này,

00:00:45.156 --> 00:00:48.927
có nghĩa là mảnh tinh thể bị ép có thể
dẫn điện đi qua mạch điện,

00:00:48.927 --> 00:00:50.487
như một cục pin vậy.

00:00:50.487 --> 00:00:52.718
Và nó còn hoạt động theo
chiều ngược lại nữa.

00:00:52.718 --> 00:00:56.877
Dẫn điện đi qua những tinh thể
này làm cho nó biến dạng.

00:00:56.877 --> 00:00:57.978
Cả hai kết quả này,

00:00:57.978 --> 00:01:00.769
biến cơ năng thành điện năng,

00:01:00.769 --> 00:01:03.157
và biến điện năng thành cơ năng,

00:01:03.157 --> 00:01:04.699
rất đáng khâm phục.

00:01:04.699 --> 00:01:08.146
Nhưng phát kiến trên đã không được
biết đến trong suốt vài thập kỷ.

00:01:08.146 --> 00:01:11.148
Ứng dụng thực tế đầu tiên nằm trong
các thiết bị định vị thuỷ âm

00:01:11.148 --> 00:01:14.648
được dùng để phát hiện tàu ngầm Đức
trong chiến tranh thế giới thứ nhất.

00:01:14.648 --> 00:01:17.460
Tinh thể thạch anh áp điện trong
máy phát sóng âm

00:01:17.460 --> 00:01:21.459
rung lên khi chúng gặp
dòng điện xoay chiều.

00:01:21.459 --> 00:01:23.949
Điều này truyền đi sóng siêu âm
dưới mặt nước.

00:01:23.949 --> 00:01:27.179
Đo lường việc các đợt sóng này 
mất bao lâu để nảy lại từ vật thể

00:01:27.179 --> 00:01:29.850
cho biết vật đó nằm cách ta bao xa.

00:01:29.850 --> 00:01:31.528
Còn với sự chuyển đổi ngược lại,

00:01:31.528 --> 00:01:34.009
biến cơ năng thành điện năng,

00:01:34.009 --> 00:01:36.829
hãy nghĩ đến cái đèn mà
bật sáng khi bạn vỗ tay.

00:01:36.829 --> 00:01:39.539
Vỗ tay truyền đi những rung động
âm thanh trong không khí

00:01:39.539 --> 00:01:43.188
và khiến cho các phần tử áp lực
bị bẻ cong tới lui.

00:01:43.188 --> 00:01:46.880
Điều này tạo ra điện áp đủ sức
dẫn điện thắp sáng bóng đèn LED,

00:01:46.880 --> 00:01:50.420
tuy vậy, chính nguồn điện thông thường
mới giữ cho chúng sáng được.

00:01:50.420 --> 00:01:53.629
Vậy thì điều gì nào khiến cho
một vật có hiệu ứng áp điện?

00:01:53.629 --> 00:01:55.750
Câu trả lời phụ thuộc vào hai yếu tố:

00:01:55.750 --> 00:01:57.590
cấu trúc nguyên tử của vật thể,

00:01:57.590 --> 00:02:00.970
và cách dòng điện được phân bổ trong nó.

00:02:00.970 --> 00:02:02.690
Có rất nhiều vật liệu kết tinh,

00:02:02.690 --> 00:02:04.689
có nghĩa chúng được
làm từ nguyên tử và ion

00:02:04.689 --> 00:02:07.630
được sắp xếp có trật tự theo 
mô hình không gian ba chiều.

00:02:07.630 --> 00:02:10.270
Mô hình đó có một
khối hợp nhất gọi là đơn vị tế bào

00:02:10.270 --> 00:02:12.730
lặp đi lặp lại.

00:02:12.730 --> 00:02:15.561
Trong hầu hết những vật
kết tinh không áp điện,

00:02:15.561 --> 00:02:18.611
nguyên tử trong các đơn vị tế bào
được phân bổ đối xứng với nhau

00:02:18.611 --> 00:02:20.474
xung quanh trung điểm.

00:02:20.474 --> 00:02:23.953
Nhưng một số vật liệu kết tinh
không có tâm đối xứng

00:02:23.953 --> 00:02:27.102
làm cho chúng có khả năng áp điện.

00:02:27.102 --> 00:02:28.515
Hãy cùng quan sát thạch anh,

00:02:28.515 --> 00:02:31.982
một vật liệu áp điện được
cấu thành từ silic và ôxy.

00:02:31.982 --> 00:02:36.721
Ôxy có một lượng điện âm nhỏ
còn silic có một lượng điện dương nhỏ,

00:02:36.721 --> 00:02:38.252
gây ra sự tách rời điện tích,

00:02:38.252 --> 00:02:41.142
hoặc sự lưỡng cực theo từng mối liên kết.

00:02:41.142 --> 00:02:43.572
Thông thường, các lưỡng cực
này triệt tiêu lẫn nhau,

00:02:43.572 --> 00:02:46.593
nên không có sự tách rời thực của
điện tích trong đơn vị tế bào.

00:02:46.593 --> 00:02:49.574
Nhưng nếu tinh thể thạch anh
bị nén theo một hướng nhất định,

00:02:49.574 --> 00:02:51.383
các nguyên tử sẽ di chuyển vị trí.

00:02:51.383 --> 00:02:54.134
Do tính không đối xứng
trong việc phân bổ điện tích,

00:02:54.134 --> 00:02:56.626
sự lưỡng cực không còn
tự triệt tiêu lẫn nhau nữa.

00:02:56.626 --> 00:03:00.457
Cuối cùng, tế bào bị kéo giãn
có điện tích âm toàn phần ở một mặt

00:03:00.457 --> 00:03:03.133
và điện tích dương toàn phần ở mặt kia.

00:03:03.133 --> 00:03:06.283
Sự mất cân bằng điện tích này
được lặp lại xuyên suốt vật thể,

00:03:06.283 --> 00:03:09.937
và điện tích ngược dấu tập hợp
trên các bề mặt đối diện của tinh thế.

00:03:09.937 --> 00:03:13.874
Điều này dẫn đến kết quả là một điện áp
mà có thể dẫn điện đi qua mạch điện.

00:03:13.874 --> 00:03:16.914
Vật áp điện có thể có 
những cấu trúc khác nhau.

00:03:16.914 --> 00:03:21.517
Nhưng điểm chung của chúng là các
đơn vị tế bào không có tâm đối xứng.

00:03:21.517 --> 00:03:24.354
Và vật áp điện bị nén chặt bao nhiêu,

00:03:24.354 --> 00:03:26.744
thì lượng điện áp sinh ra
càng lớn bấy nhiêu.

00:03:26.744 --> 00:03:29.964
Thay vào đó, kéo giãn tinh thế ra
và điệp áp sẽ đổi hướng,

00:03:29.964 --> 00:03:32.244
làm dòng điện chạy ngược lại.

00:03:32.244 --> 00:03:35.725
Có nhiều vật liệu mang hiệu ứng
áp điện hơn là bạn nghĩ đấy.

00:03:35.725 --> 00:03:36.664
DNA,

00:03:36.664 --> 00:03:37.395
xương,

00:03:37.395 --> 00:03:38.274
và lụa

00:03:38.274 --> 00:03:42.426
tất cả đều có khả năng biến
cơ năng thành điện năng.

00:03:42.426 --> 00:03:45.896
Các nhà khoa học đã tạo ra
đủ loại vật liệu áp điện nhân tạo

00:03:45.896 --> 00:03:49.334
và tìm ra những ứng dụng của chúng
trong mọi thứ từ tạo xạ hình y tế

00:03:49.334 --> 00:03:51.536
đến máy in phun.

00:03:51.536 --> 00:03:54.845
Hiện tượng áp điện chịu trách nhiệm
cho sự dao động nhịp nhàng

00:03:54.845 --> 00:03:57.985
của những tinh thể thạch anh mà
giữ cho đồng hồ chạy đúng giờ,

00:03:57.985 --> 00:03:59.846
loa của thiệp sinh nhật phát nhạc,

00:03:59.846 --> 00:04:03.005
và tia lửa đốt cháy khí ga
trong các bật lửa vỉ nướng

00:04:03.005 --> 00:04:05.116
khi bạn bật công tắc.

00:04:05.116 --> 00:04:08.347
Và những thiết bị áp điện có thể
trở nên ngày càng phổ biến hơn

00:04:08.347 --> 00:04:12.987
do nhu cầu điện năng cao
còn cơ năng thì thừa thãi.

00:04:12.987 --> 00:04:15.936
Đã xuất hiện những trạm xe lửa
dùng tiếng bước chân hành khách

00:04:15.936 --> 00:04:18.478
để cấp điện cho cổng soát vé
và bảng hiển thị

00:04:18.478 --> 00:04:22.097
và một hộp đêm nơi sự áp điện
giúp thắp sáng các bóng đèn.

00:04:22.097 --> 00:04:25.348
Liệu các cầu thủ bóng rổ chạy
tới lui có thể cấp điện cho bảng điểm?

00:04:25.348 --> 00:04:28.668
Hay liệu bước đi ngoài đường
có thể sạc các thiết bị điện tử của bạn?

00:04:28.668 --> 00:04:31.236
Điều tiếp theo dành cho
hiện tượng áp điện là gì?