Một Lược Sử Ngắn Về Biến Đổi (Không Phải Loại Robot)

Câu chuyện này được điều chỉnh từ Số Liệu Không Nói Dối: 71 Câu Chuyện Giúp Chúng Ta Hiểu Về Thế Giới Hiện Đại, của Vaclav Smil.

Tôi luôn không thích những tuyên bố cường điệu về sự đột phá khoa học và kỹ thuật sắp tới, như sự kết hợp hạt nhân giá rẻ, du lịch siêu âm giá rẻ và việc tạo hình hành tinh khác. Nhưng tôi thích những thiết bị đơn giản làm nhiều công việc cơ bản của nền văn minh hiện đại, đặc biệt là những thiết bị làm điều đó một cách khiêm tốn—hoặc thậm chí là tàng hình.

Không có thiết bị nào phù hợp hơn với mô tả này hơn một biến áp. Những người không phải là kỹ sư có thể mơ hồ nhận thức rằng những thiết bị như vậy tồn tại, nhưng họ không biết chúng hoạt động như thế nào và chúng là bất khả thi đối với cuộc sống hàng ngày. (Một biến áp là thiết bị chuyển dẫn điện giữa hai mạch điện trong khi thay đổi điện áp, đó là "áp lực" của sức mạnh dòng điện điện năng.)

Nền tảng lý thuyết được đặt vào đầu những năm 1830, với việc phát hiện độc lập về tự cảm điện từ Michael Faraday và Joseph Henry. Họ đã chỉ ra rằng một trường từ đổi biến có thể tạo ra dòng điện có điện áp cao hơn (được gọi là “nâng cao”) hoặc thấp hơn (“hạ xuống”). Nhưng phải mất thêm nửa thế kỷ nữa trước khi Lucien Gaulard, John Dixon Gibbs, Charles Brush và Sebastian Ziani de Ferranti có thể thiết kế các mô hình biến áp đầu tiên hữu ích. Tiếp theo, ba kỹ sư người Hungary—Ottó Bláthy, Miksa Déri và Károly Zipernowsky—cải tiến thiết kế bằng cách xây dựng một biến áp hình vòng (hình bánh quy) vào năm 1885.

Ngay sau đó, một thiết kế tốt hơn được giới thiệu bởi ba kỹ sư người Mỹ—William Stanley, Albert Schmid và Oliver B. Shallenberger, người đang làm việc cho George Westinghouse. Thiết bị sớm có hình dạng của biến áp Stanley kinh điển đã được giữ nguyên từ đó: một lõi sắt trung tâm được làm từ lớp thép silic hình bản lề mỏng, một phần hình như chữ “E” và phần còn lại hình như chữ “I” để dễ dàng lắp cuộn đồng vào vị trí.

Trong bài phát biểu tại Viện Kỹ sư Điện Hoa Kỳ vào năm 1912, Stanley đã kinh ngạc về cách thiết bị cung cấp “một giải pháp hoàn chỉnh và đơn giản cho một vấn đề khó khăn. Nó thực sự làm cho các cố gắng cơ khí trở nên nhạt nhẽo. Nó xử lý với dễ dàng, chắc chắn và tiết kiệm các tải trọng năng lượng lớn được cung cấp hoặc rút ra từ nó ngay lập tức. Nó rất đáng tin cậy, mạnh mẽ và chắc chắn. Trong sự kết hợp của thép và đồng, các lực phi thường được cân bằng một cách tinh tế đến mức gần như không thể nào nghi ngờ được.

Các phiên bản hiện đại lớn nhất của thiết kế lâu dài này đã làm cho việc cung cấp điện năng qua các khoảng cách lớn trở nên có thể. Vào năm 2018, Siemens đã giao mẫu biến áp 1.100 kilovolt đầu tiên trong số bảy mẫu sẽ thiết lập kỷ lục này, giúp cung cấp điện cho một số tỉnh của Trung Quốc được kết nối với đường dây truyền điện tải cao gần 3.300 kilômét.

Số lượng biến áp đã tăng lên vượt xa những gì Stanley có thể tưởng tượng, nhờ vào sự bùng nổ của các thiết bị điện tử di động cần phải sạc pin. Chỉ trong năm 2016, sản lượng toàn cầu của điện thoại thông minh đã vượt quá 1,8 tỷ đơn vị, mỗi đơn vị được hỗ trợ bởi một bộ sạc chứa một biến áp nhỏ bé. Bạn không cần phải tháo ra bộ sạc điện thoại của bạn để nhìn thấy trái tim của thiết bị nhỏ đó; một bài phân tích hoàn chỉnh về bộ sạc iPhone đã được đăng trên internet, với biến áp là một trong những thành phần lớn nhất.

Nhưng nhiều bộ sạc chứa các biến áp nhỏ bé hơn. Đây là các thiết bị không phải của Stanley (nghĩa là không phải là dây cuộn) sử dụng hiệu ứng piezoelectric—khả năng của một tinh thể bị căng để tạo ra một dòng điện, và của một dòng điện để căng hoặc biến dạng một tinh thể. Các sóng âm tấn công vào một tinh thể như vậy có thể tạo ra một dòng điện, và một dòng điện chảy qua một tinh thể như vậy có thể tạo ra âm thanh. Một dòng điện có thể được sử dụng để tạo ra một dòng điện khác có điện áp rất khác nhau.

Và đổi mới mới nhất là biến áp điện tử. Chúng đã giảm thiểu nhiều về thể tích và khối lượng so với các đơn vị truyền thống, và chúng sẽ trở nên đặc biệt quan trọng để tích hợp các nguồn điện không liên tục—gió và năng lượng mặt trời—vào lưới điện và để kích hoạt các lưới điện siêu nhỏ DC. Nếu không có các biến áp, chúng ta sẽ không có thời đại điện phổ cập và vẫn đang bị mắc kẹt trong thời kỳ đèn dầu và điện báo.

Từ Số Không Nói Dối của Vaclav Smil, được xuất bản bởi Nhà sách Penguin, một nhãn hiệu của Tập đoàn Xuất bản Penguin, một phần của Tập đoàn Penguin Random House, LLC. Bản quyền © 2020 của Vaclav Smil.

Những Bài Viết Tuyệt Vời Khác Trên MYTOUR

• 📩 Thông tin mới nhất về công nghệ, khoa học và nhiều hơn nữa: Nhận bản tin của chúng tôi!
• Chiến tranh lạnh về máy làm kem của McDonald's bị hack
• Những giấc mơ của bạch tuộc kể cho chúng ta về sự tiến hóa của giấc ngủ
• Hướng dẫn của người chơi game lười biếng về quản lý dây cáp
• Cách đăng nhập vào thiết bị của bạn mà không cần mật khẩu
• Giúp đỡ! Liệu tôi có chia sẻ quá nhiều với đồng nghiệp của mình không?
• 👁️ Khám phá trí tuệ nhân tạo như chưa bao giờ trước với cơ sở dữ liệu mới của chúng tôi
• 🎮 MYTOUR Games: Nhận được những mẹo mới nhất, đánh giá và nhiều hơn nữa
• 🏃🏽‍♀️ Muốn có những công cụ tốt nhất để có sức khỏe? Hãy xem các lựa chọn của đội ngũ Gear của chúng tôi cho những bộ đếm bước, trang thiết bị chạy bộ (bao gồm giày và tất) và tai nghe tốt nhất

Nếu bạn mua sản phẩm bằng các liên kết trong câu chuyện của chúng tôi, chúng tôi có thể kiếm được hoa hồng. Điều này giúp hỗ trợ nghề báo của chúng tôi. Tìm hiểu thêm.