Hiểu Rõ Về Điện Trong 30 Phút: ĐIỆN THỰC CHẤT LÀ GÌ? | Thế Giới Cổ Đại

Chào mừng các bạn đã đến với kênh Thế Giới Cô Đại, tôi là MC Quang Thiên, rất vui được đồng hành cùng các bạn trong video ngày hôm nay. Bạn có bao giờ nghĩ rằng, trong bức tường ngay cạnh bạn, đang có những luồng năng lượng vô hình chạy qua, im lặng nhưng đủ mạnh để thắp sáng cả một thành phố? Mỗi lần bạn cắm xăng điện thoại, bật công tắc, hay chỉ đơn giản là nhìn bóng đèn sáng lên, bạn đang chạm vào trong những phép thuật thật sự của nhân loại. Một phép thuật mà ngay cả những thiên tài vĩ đại nhất từng tranh cãi, thậm chí hủy diệt lẫn nhau để giành quyền kiểm soát. Có người nói, điện là dòng chảy của hạt tử vi mộ. Có người tin, nó là nhịp đập của vũ trụ, thứ giao động giữa ánh sáng và bóng tối. Nhưng kỳ lạ thay, trong suốt hàng trăm năm, không ai thật sự trả lời được câu hỏi tưởng như đơn giản ấy. Điện là gì? Và làm sao nó đi được từ nhà máy đến chiếc điện thoại trong tay bàn? Câu chuyện này không chỉ là về vật lý hay công nghệ. Nó là hành trình của quyền lực, của niềm tin và của hai con người mang hai giấc mơ trái ngược. Một người thì tin vào dòng điện thẳng như Trần Lý, và một người tin vào giao động vô hình có thể chinh phục cả thế giới. Bạn đã thực sự hiểu rõ bản chất của điện chưa? Thứ mà nếu không có nó một ngày có thể khiến bạn phát điên ấy? Vào đầu thế kỷ 20, hệ thống cung cấp điện ở Anh cực kỳ phân tán, thiếu một bộ tiêu chuẩn thống nhất. Điều này nghĩa là sao? Lấy ví dụ năm 1920, chỉ riêng London đã có hơn 50 hệ thống cấp điện khác nhau, sử dụng 24 mức điện áp và 10 tần số khác nhau. Điều này có nghĩa là nếu bạn chuyển nhà giữa các thành phố, thậm chí chỉ đổi sang một khu khác trong cùng thành phố, đồ điện trong nhà có khi thành phế liệu, không dùng được nữa, bạn buộc phải mua lại mới. Kiểu cung cấp điện phân tán kém hiệu quả và rất thiếu ổn định như vậy đã tạo áp lực lớn lên nền kinh tế và các hoạt động hàng ngày của mọi người. Không chỉ can trợ sự phát triển công nghiệp mà còn khiến việc dùng điện của người dân vô cùng bật tiện. Nhận thấy sự hạn chế này, chính phủ Anh không thể ngồi yên. Năm 1925, hậu ý nhiệm một doanh nhân là Hunter Quay đứng ra giải quyết bài toán kém hiệu quả và phân tán của ngành cung ứng điện. Sau một loạt nỗ lực, năm 1926, đạo luật cung ứng điện được bàn hành, đều rõ chủ trương xây dựng một hệ thống cấp điện lưới quốc gia. Theo đạo luật này, ủy ban điện trung ương của Anh ra đời, rồi tiếp đó là mạng lưới điện xoay chiều đồng bộ đầu tiên trên phạm vi toàn quốc. Thống nhất áp dụng chuẩn điện áp 132kV và tần số 50hz. Việc tiêu chuẩn hóa này không chỉ đảm bảo mọi người trên khắp cả nước dùng cùng một chuẩn điện, mà còn nâng hiệu suất truyền tài điện lên đáng kể. Đến năm 1938, hệ thống điện này đã vận hành toàn diện như một hệ thống quốc gia. Đồng thời số người sử dụng điện tăng vọt từ 750.000 trong năm 1920 lên tới 9 triệu vào năm 1938. Qua đó ta có thể thấy rằng, để tiêu chuẩn hóa việc dùng điện, cần có can thiệp pháp lý thèn chốt, dùng luật để buộc phải thống nhất tiêu chuẩn và lập một cơ quan trung ương để giám sát việc xây dựng lưới điện. Ngày này, khi dùng máy tính, máy giặt hay sạc điện thoại, tài nghe, ta dường như chẳng phải bận tâm đến chuyện đó, cắm điện là dùng. Nói cách khác, nếu người Anh thời ấy cứ cắm bừa, không cần biết gì cả, thì khi nguồn điện không khớp điện áp, chuyện gì sẽ xảy ra? Thì hoặc là điện áp quá cao làm thiết bị cháy hỏng, hoặc điện áp quá thấp khiến thiết bị không khởi động nổi. Vậy tại sao điện áp cao lại làm cháy thiết bị và tại sao điện áp quá thấp lại không khởi động được? Nếu các bạn không thỏa mãn về bề nổi và muốn giống tôi là truy tận gốc, thì chuyến hành trình hiểu cho ra điện rốt cuộc là gì, coi như chính thức bắt đầu nhé. Để trả lời, ta cần 3 khái niệm nền tảng nhất về điện, điện áp, dòng điện và điện trở. Đừng lo, tuy cả 3 đều vô hình vô ảnh, nhưng để dễ hình dung, ta có thể ví chúng với dòng nước. Nhưng điện và nước thật ra là 2 thứ hoàn toàn khác nhau. Trước hết là điện áp, ký hiệu tiếng Anh là U, ta có thể ví nó như áp suất nước, lực đẩy điện tích chuyển động, đơn vị là V. Đôi khi ta nói KV, tức kV, nghĩa là 1000V. Còn dòng điện có thể ví như tốc độ dòng nước, đó là điện tích đi qua 1 tiết diện trong 1 đơn vị thời gian, đơn vị là A, viết tắt là A. Lượng điện tích là gì ư? Tạm thời bạn chưa cần bận tâm, cứ hình dung nó giống như lưu lượng nước, tức số phân tử nước chảy qua trong 1 đơn vị thời gian. Dòng điện dùng chữ Y để ký hiệu. Cuối cùng là điện trở ký hiệu R, hay liên tường đến bộ thông thoáng, hay lực cản của 1 ống nước. Nó là mức cản trở bên trong thiết bị đối với dòng điện, đơn vị là ống. Xong 3 khái niệm, ta nêu 1 công thức. Chơi hiểu cũng không sao, mối quan hệ giữa 3 đại lượng này do định luật ống quyết định. Công thức rất đơn giản, dòng điện Y bằng điện ấp U chia cho điện trở R. Chúng ta cũng nhắc lại là Y bằng U chia R. Hình dung như thế này, vì điện trở nằm ở mẫu số, nên nó càng lớn, giống như ma sát trong ống nước rất lớn, hoặc ống đầy cạn bần, thì với cùng 1 áp suất nước, điện áp, dòng nước, dòng điện sẽ càng nhỏ. Ngược lại, điện áp là tử số, với cùng điện trở, điện áp càng lớn, thì dòng điện càng lớn, đơn giản vậy thôi. Đối với đa số thiết bị điện, điện trở R gần như cố định, như dây tóc bóng đen, cuộn dây động cơ, được xác định ngay từ khi xuất xưởng. Nghĩa là với các thiết bị quen thuộc, dòng điện và điện áp thường tỷ lệ thuần. Và thật ra, thứ làm cháy thiết bị không phải điện áp tự nó, mà là dòng điện quá lớn. Lại nảy ra câu hỏi, vì sao dòng điện lớn, có thể làm cháy thiết bị? Bởi ngoại việc làm việc cho thiết bị, dòng điện chắc chắn sẽ sinh nhiệt. Lượng nhiệt đó, do 1 công thức vật lý, tên là định luật Jolie quyết định, cũng do Jolie phát hiện luôn. Công thức là nhiệt lượng quy, bằng bình phương dòng điện, nhân với điện trở, nhân với thời gian. Tức là nhiệt lượng, tỷ lệ với y bình phương. Dòng điện chỉ tăng lên 1 chút, nhiệt đã tăng vọt. Trong khi dây tóc, dây dẫn, linh kiện bên trong, đều có ngưỡng chịu nhiệt hữu hạn. Ví dụ như điểm nóng chảy của dây tóc là cố định. Nếu nhiệt độ tăng đột ngột và quá nhiều, chúng có thể nóng chảy, cháy hỏng, thậm chí gây hỏa hoạn. Đến đây, ta đã hiểu vì sao điện áp quá cao, kéo theo dòng điện quá lớn, sẽ làm cháy thiết bị. Còn vì sao điện áp quá thấp, khiến một số thiết bị không khởi động được thì là gì? Thì là nhiều thiết bị có cấu trúc cơ khí bên trong, như máy giặt có động cơ điện. Nguyên lý chi tiết của động cơ không cần bàn sâu. Điều cốt lỗi là phải có một thứ được dòng điện kéo để quay. Trọng tâm của động cơ là dùng dòng điện sinh ra từ trường. Rồi từ trường đó kéo rotor quay, nó cần đủ moment soắn. Hãy nghĩ như đánh lái vô lăng, phải đủ lực thì bánh mới quay. Moment soắn có liên quan chặt chẽ đến điện áp, và điện áp quá thấp, từ trường yếu, thì dẫn đến moment không đủ, thì rotor không nhấc nổi. Ví dụ, khi máy nén điều hòa khởi động mà điện áp thấp, bạn sẽ nghe tiếng u u nhưng không quay. Chưa hết, nguy hiểm hơn, khi rotor không quay, điện trở nhìn thấy của động cơ có thể tuột mạnh. Theo E bằng Uchero, điện trở giảm đột ngột sẽ làm dòng điện vọt lên, khiến cuộn giày quá nhiệt và cháy. Bạn lại hỏi, có thiết bị đâu dùng động cơ, như laptop, sao điện áp thấp cũng không được? Vì mạch điện, chip và các linh kiện bên trong đòi hỏi điện áp ổn định và chính xác. Điện áp thiếu sẽ phá vỡ khả năng chuyển tín hiệu và cung cấp năng lượng đúng chuẩn. Thiết bị điện tử không phải một cái rotor, mà là cả một dây chuyền vi mô gồm vô số linh kiện phối hợp. Ta có thể vi von mạch điện giống như một dây chuyền lắp ráp cực kỳ tình vi. Mỗi linh kiện, như chip, tu điện, điện trở, đều như những công nhân trên dây chuyền. Tất cả những công nhân ấy chỉ làm việc đúng khi ở trong điều kiện điện áp phù hợp. Điện áp không đủ là cả dây chuyền đứng hình. Với máy tính, điện thoại, rotor, bộ phận cốt lõi bên trong đều là chip. CPU, GPU, bộ nhớ, tất cả đều là chip. Mà chip vận hành dựa trên việc đóng ngắt của các khóa bán dẫn. Bạn có thể hiểu đó là vô số van điện tử cực nhỏ. Trạng thái mở đóng của các van này quyết định việc tính toán và truyền dữ liệu. Mở là 1, đóng là 0, tạo thành thông tin nhị phần. Những van ấy giống như vô số cánh cửa. Chúng cần nụ lực, lực đẩy điện áp để mở. Và toàn bộ phép tính bên trong thiết bị phù thuộc vào truyền tài ổn định các tín hiệu 0 và 1. Vì vậy, việc đóng ngắt các van điện tử đòi hỏi điện áp điều khiển rất chính xác. Chẳng hạn CPU máy tính thường chỉ làm việc quanh 1,2V trong khi nguồn điện ra dụng là 220V. Không thể cấp trực tiếp cho CPU. Phải dùng bộ biến áp, nguồn truyền đổi, chính là cục nguồn to đen của máy tính. Ở đây, ta gài một mẫu chuyện. Rốt cuộc biến áp làm thế nào để biến 220V thành mức điện áp thấp mà thiết bị dùng được? Nó hoạt động ra sao? Nếu bạn tò mò, hãy theo dõi tiếp còn 2 nguyên lý còn quan trọng hơn nữa. Hiểu xong, ta sẽ quay lại giải thích cơ chế biến áp. Trước mắt, nói về lý do thiết bị cần điện áp ổn định. Khi điện áp vào bình thường, ví dụ đầu vào 220V, xoay chiều, qua khâu truyền đổi, nó ổn định thành 19V cấp cho laptop, rồi phân khối tiếp cho từng khối. Có chip chỉ cần 1,2V. Mức lực đầy này vừa đủ để các van đóng mở chân chu mà không cháy. Còn khi điện áp không đủ, mô đun nguồn có thể truyền đổi thất bại, không tạo được điện áp ổn định. Ví dụ, lẽ ra phải xuất 19V, mà chỉ còn 12V. Chip sẽ không nhận đủ năng lượng để phân phát cho các van nhỏ bên trong. Lực đầy không đủ, van có thể mở không nổi, hoặc đóng mở trở nên hỗn loạn. Tín hiệu lẽ ra là 001, lại thành 000. Ở tâm nhìn người dùng, máy có thể không khởi động, đen màn hoặc treo. Đến đây bạn sẽ thấy, về bản chất, mọi thiết bị điện đều là sản phẩm của điện áp. Dù là chuyển động cơ khí hay tín hiệu điện tử, đều cần điện áp cung cấp năng lượng, động lực. Và máy này phải nằm trong phạm vi thiết kế. Quá cao hay quá thấp đều phá vỡ cân bằng. Vì thế, trên cục nguồn, adapter của thiết bị điện tử, luôn nghi phạm vi điện áp vào. Ví dụ là 100-240V. Vượt khung này, thì có thể không hoạt động, thậm chí là hỏng. Chúng ta thường thích mua sạc nhanh cho điện thoại, nhưng chỉ có máy hỗ trợ thôi thì chưa đủ, cần cả cục sạc nhanh. Lâu dần nhà bạn, khi toàn đầu sạc nhanh, bạn sẽ để ý, sạc nhanh vẫn sạc được cho máy không hỗ trợ nhanh, chỉ là chậm. Nhưng thỉnh thoảng một món đồ sữa cũ, như dao cạo dâu đời cũ, hay đèn ngũ mini, cắm vào đầu sạc nhanh, lại không vào điện, thậm chí là ấm lên. Hỏi người bán, họ sẽ bảo đổi sang đầu sạc thường là được. Phần lớn thời gian, ta chẳng cần bận tâm thiết bị hỗ trợ sạc nhanh hay không. Nhưng với một số thiết bị thì lại khó ở. Không phải không nhanh thì chậm là xong, mà có khi sạc không vào. Vì sạc nhanh, về bản chất là tăng điện áp hoặc tăng dòng để thiết bị nhận nhiều năng lượng trong thời gian ngắn. Đây là con dao hai lưỡi, đòi hỏi thiết bị phải có khả năng chịu áp nhất định. Nhiều thiết bị không được thiết kế cho việc đó. Quan trọng hơn, sạc nhanh không phải chuyện vận tò điện áp là xong. Nó cần có sự thương lượng theo giao thức giữa cụ sạc và thiết bị. Ví dụ là khi sạc nhanh cho điện thoại, bộ sạc sẽ thương lượng trước với máy. Bên tôi có thể nâng áp, bạn chịu được chứ? Chỉ khi điện thoại đồng ý, thì sạc nhanh mới kích hoạt. Thiết bị hỗ trợ sạc nhanh có chip chuyên dụng nhận biết giao thức sạc nhanh, đồng thời dùng linh kiện chịu công suất cao hơn, chẳng hạn dây dẫn chịu dòng, pin tàn nhiệt tốt hơn. Nhờ vậy, chúng ta có thể xử lý an toàn dòng lớn và điện áp cao. Pin của các thiết bị sạc nhanh cũng là loại đặc trế. Dùng vân liệu điện hóa mật độ cao hơn, thêm lớp tàn nhiệt. Toàn bộ thiết kế ấy phối hợp với mạch sạc để điều khiển cường độ dòng, giúp ta nâng điện áp trong phạm vi an toàn. Còn những thiết bị không hỗ trợ sạc nhanh như điện thoại đời cũ, mạch bên trong được thiết kế cho chuẩn công suất thấp, không có chip giao thức sạc nhanh, cũng không có linh kiện tăng cường tàn nhiệt và chịu dòng. Nếu ép dùng củ sạc nhanh công suất cao, rất có thể mạch sẽ quá tải và cháy. Thế thì vì sao điện thoại cũ, tuy không hỗ trợ sạc nhanh, nhưng cắm củ sạc nhanh thì vẫn sạc được, mặc dù nó chậm hơn. Công lao nằm ở củ sạc. Nó tự động nhượng bộ, hạ về tốc độ chuẩn mà máy cũ chấp nhận, chứ không cưỡng ép đẩy công suất cao. Đằng sau là thiết kế tương thích của mạch sạc. Củ sạc nhanh không chỉ biết suất điện áp cao. Về bản chất, nó là một nguồn nhiều cấp số. Nó sẽ suất điện theo chuẩn an toàn phổ quát trước. Mọi củ sạc đều tuân theo một rào thức cơ bản, mặc định suất 5V. Ví dụ như củ sạc của bạn hỗ trợ 10V đến 4A, nhưng khi cắm vào máy cũ, nó sẽ thử trước. Nếu phía kia không hỗ trợ rào thức sạc nhanh, thì quay về suất 5V cơ bản, và thế là sạc an toàn. Thực chất, đây là chuyện mới cũ. Thiết bị cũ là sản phẩm đời trước, còn củ sạc nhanh là sản phẩm đời sau, nên được thiết kế khéo, để tương thích ngược. Còn với thiết bị hỗ trợ sạc nhanh, chip bên trong sẽ gửi tín hiệu cho bộ sạc. Tôi hỗ trợ rào thức X, Y, chấp nhận điện áp tôi đả bằng nhiều. Nhận được tín hiệu, bộ sạc mới chuyển lên nức công suất cao tương ứng. Bởi vậy, củ sạc nhanh được thiết kế rất tinh vi. Nó vừa có thể xuất hiện điện áp cao, vừa xuất hiện điện áp thông thường. Chỉ cần thiết bị không gửi tín hiệu cho phép công suất cao, nó sẽ luôn giữ ở mức an toàn nằm vốn thấp. Bạn có thể lại hỏi, vì sao một số thiết bị nhỏ cắm củ sạc nhanh thì hoàn toàn không sạc? Cốt lỗi là sự nhượng bộ của củ sạc nhanh có điều kiện. Thiết bị phải nói cho nó biết là tôi đang cần điện. Một số đồ điện nhỏ thậm chí không thực hiện nổi phép trao hỏi tối thiểu này. Bộ sạc thường rất đơn giản. Cứ cắm thiết bị là xuất nằm vốn ngay, bất kể phía kia là gì. Còn củ sạc nhanh, vì lý do an toàn, thêm cơ chế kiểm tra. Nó phát ra một tín hiệu thăm dò rất nhỏ, chỉ vài milliampere. Chỉ khi thiết bị đáp lời, tạo được vòng mạch bên trong để dòng thực sự chảy, củ sạc mới xác nhận có thiết bị kết nối, rồi mới xuất mức thấp nhất là 5V. Từ câu chuyện này chúng ta thấy rằng, việc ta dùng điện như không ngày nay là nhờ vô số chuẩn mực, thỏa thuận và những thiết kế ẩn nấp đứng sau bảo vệ. Đó là kết quả của những cuộc mặc cả và dung hòa lâu dài. Nói đến đây, hẳn bạn đã hiểu vì sao ngày trước. Chuẩn điện app ở Anh không thống nhất, khiến mỗi lần chuyển nhà là phải mua lại ổ điện. Có thể bạn quên, lúc trước ta còn nói, ngoài điện app, lưới điện muốn vận hành thống nhất, còn một thứ nữa cũng phải thống nhất, đó là tần số. Vậy tần số là gì? Tần số không phải khái niệm riêng của điện, nó rất dễ hiểu, là số lần một hiện tượng tuần hoàn lập lại trong một đơn vị thời gian, đơn vị là H. Một con lắc đung đưa mỗi giây một lần, thì tần số là 1 H. Vậy tần số của điện nghĩa là gì? Ví dụ, dòng điện xoay chiều dùng trong gia dụng là 50 H, tức là hướng dòng điện đổi chiều 50 lần mỗi giây. Vì sao dòng điện lại đổi chiều? Chỗ này phải nói đến điện 1 chiều, viết tắt là DC và điện xoay chiều viết tắt là AC. Hãy nhớ kỹ ký hiệu này. Tôi xin nhắc lại, điện 1 chiều, DC và điện xoay chiều, AC. Trong đời sống hàng ngày, hết thiết bị dùng pin thì nó là điện 1 chiều. Còn nguồn điện dùng trong gia đình là điện xoay chiều. Điện truyền trên lưới quốc gia cũng là xoay chiều. Muốn hiểu rõ DC và AC, ta cần kể một đoạn tình cảm giữa hai danh nhân. Năm 1879, nhà phát minh lừng danh Thomas Edison cho ra bóng đèn sợi đốt. Nói nghiêm ngặt, thì trước ông đã có nhiều người độc lập phát minh đèn điện, nhưng chưa tạo được đột phá. Một nguyên do then chốt là chỉ có Edison nhận ra. Có đèn thôi chưa đủ. Muốn ánh sáng vào từng nhà, phải dựng cả một hệ thống truyền tải điện hoàn chỉnh. Năm 1882, ông xoay nhà máy điện thương mại đầu tiên trên thế giới ở New York, trạm Pierce Street, cung cấp điện một chiều cho các khu phố lân cận. Điện một chiều rất hợp trực giác, điện chảy từ điểm này sang điểm khác theo một hướng. Nếu không biết nhiều, ta dễ tưởng điện đều như thế. Edison cũng nghĩ vậy và ông cho rằng DC an toàn hơn. Nhưng DC có một nhược điểm trí mạng. Truyền đi được rất ngắn, quá khoảng 1 km là tổn hào năng lượng nặng nề. Hệ quả, gần như mỗi khu phố phải có một nhà máy điện riêng. Không thể xây một nhà máy lớn rồi truyền điện đi khắp nơi. Chi phí sẽ đổi lên khủng khiếp. Lúc này, nhân vật thứ hai bước ra đó là Nikola Tesla, người mà hãng xe điện Tesla ngày nay mượn tên để trí ân. Ông là nhà khoa học Cokesobia, mê điện từ nhỏ và từng coi Edison là thần tượng. Nhưng Tesla và Edison đi hai con đường khác hẳn. Edison là nhà phát minh, người thực hành, ít chú trọng lý thuyết, dựa vào cần mẫn và thử cho đến khi đúng. Trong quá trình phát minh bóng đèn, ông đã thử hơn 7.000 loại vật liệu làm sợi tóc. Nhưng không đi từ lý thuyết để giải thích vì sao cái này bền hơn cái kia. Còn Tesla là nhà lý thuyết, thích mồ sẻ hiện tượng từ nguyên lý gốc. Thấy nhược điểm của DC, ông đề xuất AC dòng điện đổi chiều tuần hoàn. Lợi ích lớn nhất của AC là có thể dùng máy biên áp để nâng điện áp lên rất cao. Khi truyền xa ở điện áp cao, tồn hao giảm mạnh. Đến gần nơi tiêu thụ, thì lại dùng biên áp hạ xuống điện áp thấp cho hộ gia đình. Từ đó giải quyết tận gốc bài toán truyền tải. Năm 1884, Tesla mang theo các bằng sáng chế và ý tưởng về AC sang Mỹ tìm đến chính thần tượng Edison. Khi ấy, Edison đang đau đầu vì bài toán truyền tải DC. Ben thuê Tesla và hứa rằng nếu cải tiến được máy phát DC khi thưởng 50.000 USD, ước chừng tương đương 1,5 triệu USD ngày nay. Tesla vào làm và nhanh chóng cải tiến máy phát. Nhưng khi ông đòi tiền, Edison liền bảo Cậu không hiểu sự hài hước kiểu Mỹ rồi, tôi chỉ đùa thôi. Nghiêm trọng hơn, Tesla nhiều lần khuyên bỏ DC chuyển sang AC. Nhưng Edison cố chấp và lọ AC đe dọa đế chế DC của mình kiên quyết bác bỏ, cho rằng AC nguy hiểm và khó kiểm soát. Mâu thuẫn của họ bùng nổ từ đây. Edison tôn trùng kinh nghiệm và thử sai. Tesla thì tin vào lý thuyết dẫn đường và thiết kế bằng toán học. Edison xem AC là kẻ thù Tesla lại tin AC là tương lai. Năm 1885 Tesla phẫn nộ nghỉ việc từ chỗ thầy cho họ trở thành đối thủ. Rời công ty Tesla một thời gian lâm cảnh tung thiếu cho đến năm 1887 gặp một doanh nhân Mỹ tên là George Westinghouse khi ấy đã là đối thủ thương mại của Edison. Westinghouse hiểu rõ tiềm năng của điện xoay chiều lập tức mua các bảng sang chế AC của Tesla và mời ông cùng phát triển hệ thống AC. Vài năm sau Tesla phân minh động cơ cảm ứng giải quyết bài toán ứng dụng của AC. Đây là thiết bị lõi của điện xoay chiều. Về nguyên lý cơ bản thì là dùng tư chương quay kéo rotor quay. Để có tư chương quay thì chiều dòng điện phải biến đổi theo chủ kỳ. So với đó động cơ DC có nhiều nhược điểm đó là dễ hỏng, mọn do ma sát nặng, chi phí cao hơn. Đến năm 1891 họ truyền tải AC thành công ở cựu ly 16 km. Phố bay giỡn ưu thế lớn của AC trước DC. Tiếp theo là một giai đoạn cạnh tranh thương mại không mấy vẻ vang. Trước mối đe dọa của AC Edison phát động chiến dịch PA chống AC kịch liệt gần như bất chấp thủ đoạn công khai phổ diện tính nguy hiểm của AC bằng cách dùng AC giật chết chó mèo hoang. Thậm chí năm 1890 còn dùng túng bang New York dùng ghế điện chạy AC để hành quyết gắn liên hình ảnh AC với cái chết. Ông còn tận dụng anh Hường để vận động chính phủ và doanh nghiệp tẩy chay AC. Thậm chí đe dọa nhạc cung ứng. Hợp tác với Westinghouse Lý do sâu san là Edison đã rót tiền khổng lồ vào hạ tầng và bằng sàng chế DC. Nên cuộc chiến này về bản chất là tranh giành thị phần và quyền kiểm soát. Nhưng những chiều thức ấy rốt cuộc chỉ là đi chạch đường. Thường trường thì chi phí và hiệu suất mới là phán quan. Năm 1893 Triển lãm thế giới Chicago muốn trình diễn điện lực của tương lai. Cùng năm kêu thầu xây dựng thủy điện Thác Niagara dự án điện lực lớn nhất thời đó. Đội Edison tới giữa thầu dĩ nhiên vẫn kiên quyết với DC cho rằng AC không ổn định. Nhưng theo phương án của ông từ Thác đến Buffalo phải xây 10 nhà máy điện chi phí gấp 10 lần AC. Còn đội Tesla đề xuất dùng AC cam kết chỉ cần một nhà máy là truyền điện một cách đến nơi chi phí rất thấp. Không khó đoán cả triển lãm lẫn dự án Niagara đều chọn AC. Suốt triển lãm hệ thống AC của Tesla thắp sáng hàng vạn bóng đèn làm thế giới kinh ngạc. Năm 1896 nhà máy thủy điện Niagara hoàn thành. AC truyền tải thành công 35 km chứng minh yêu thế vượt trội. Sau các dự án ấy AC nhanh chóng thay thế DC trở thành tiêu chuẩn truyền tải điện toàn cầu vì nó giải quyết đúng hạt nhân nhu cầu truyền xa với chi phí thấp đập nền cho lưới điện hiện đại. Đế chế DC của Edison giận sụp đổ. Công ty của ông hợp nhất với đối thủ thành General Electric rốt cuộc cũng bỏ DC chuyển sang AC. Rồi ta vừa kể thêm một câu chuyện khi nghe có lẽ bạn sẽ thắc mắc vì sao chi phí truyền tải AC lại rẻ hơn DC nhiều như vậy. Giờ thì chúng ta cùng nhau giải ngố nhé. Thứ thực sự chi phối khoảng cách truyền tải không phải AC hay DC mà là độ lớn điện áp. Truyền điện thực chất là truyền năng lượng mà đa phần truyền năng lượng đều phát sinh tổn hào. Như hai ta đứng giữa đường tôi đẩy một chiếc xe nhỏ về phía bạn do mát sát bạc đường tới chỗ bạn năng lượng của xe chắc chắn thấp hơn lúc tôi đẩy đi. Điện năng cũng thế trong quá trình truyền tải sẽ tổn hào chủ yếu do dây dẫn phát điện nói chính xác là do dây nóng lên mức tổn hào nhiều nếu vật liệu và chiều dài dây dẫn cố định khi điện trở cố định. Khi đó biến số duy nhất chi phối mức năng lượng hào phí trong mỗi đơn vị thời gian chính là dòng điện. Dòng càng lớn tổn hào càng lớn vì vậy muốn gửi điện xa ta phải dùng dòng nhỏ hơn trong khi tổng năng lượng mà nhà máy phát ra tức công xuất phát là không đổi. Giả sử một nhà máy điện tạo ra cùng một lượng điện năng mỗi giờ lượng điện ấy dù bạn có chuyển đi xa hay gần thì vẫn như nhau chỉ khác ở cách là bạn gửi nó đi nếu dùng điện áp thấp thì phải dùng dòng điện mạnh để đẩy năng lượng đi và khi dòng quá mạnh dây dẫn sẽ nóng lên năng lượng bị thất thoát dưới dạng nhiệt Ngược lại nếu bạn tăng điện áp lên cao thì dòng điện có thể yếu hơn rất nhiều năng lượng vẫn đủ mà dây lại không nóng tổn hào giảm hẳn Hãy tưởng tượng thế này bạn cần chở 1.000 tấn hàng từ đầu thành phố đến cuối thành phố nếu dùng 1.000 chiếc xe tài nhỏ mỗi xe chỉ chở 1 tấn thì chi phí săng dầu phí đường và hào mòn sẽ khổng lồ nhưng nếu gom tất cả hàng lên 1 đoàn tàu lớn đi cùng 1 quãng đường lượng hào phí lại ít hơn rất nhiều điện cũng giống vậy nâng điện áp lên cao chẳng khác nào dùng tàu hỏa thay vì hàng nghìn xe tài nhỏ giúp điện đi xa hơn, nhanh hơn và mất ít năng lượng hơn đó chính là lý do vì sao điện khi rời khỏi nhà máy được nâng cấp lên điện áp rất cao để chuyển đi rồi mới được hạ xuống an toàn đi đến từng nhà vậy vì sao AC xoay chiều dùng được điện áp cao còn DC 1 chiều thì không như đã nói khi điện áp vượt qua ngưỡng chịu đựng của thiết bị thiết bị sẽ hỏng nên ta cần 1 thiết bị then chốt là máy biến áp nguyên lý của máy biến áp thật ra rất đơn giản bên trong có 2 cuộn dây 1 cuộn nhận điện vào và 1 cuộn điện ra cả 2 cuộn dây này đều được quấn quanh 1 loại sắt nhưng đặc biệt là chúng không nói trực tiếp với nhau bằng dây điện thay vào đó chúng nói chuyện với nhau bằng tử trường giống như truyền tin qua không khí vậy khi cuộn đầu tiên nhận điện dòng điện chạy qua đó tạo ra 1 tử trường xoay chiều tử trường này liên tục thay đổi và sự thay đổi ấy lan sang cuộn dây thứ 2 khi tử trường biến đổi quét qua cuộn thứ 2 bắt sóng và tự sinh ra dòng điện mới điện áp mà cuộn thứ 2 nhận được phụ thuộc vào số vòng dây nếu cuộn thứ 2 có ít vòng hơn điện áp sẽ giảm xuống đó là cách máy hạ áp để dùng cho thiết bị trong nhà còn nếu cuộn thứ 2 có nhiều vòng hơn điện áp sẽ tăng lên dùng để truyền tải điện đi xa hơn hiểu đơn giản là máy biến áp giống như một người phiên dịch bằng tử trường nó không chuyển điện trực tiếp mà dịch lại mức điện áp có thể nâng lên hoặc hạ xuống tùy vào nhu cầu sử dụng đến đây bí ẩn thì đã sáng tỏ và vì sao bắt buộc phải dùng AC bởi vì có tử trường biến thiên mới biến cuộn thứ cấp cảm ứng ra điện với DC cấp thẳng tử trường ổn định không biến thiên cuộn thứ cấp sẽ không cảm ứng được điện áp chỉ AC mới dùng được máy biến áp và chỉ nhờ biến áp ta mới biến điện áp thấp thành điện áp cao để truyền tải đường xa khi dòng điện đến nhà ta biến áp lại hạ xuống mức an toàn để sử dụng nhờ đó việc truyền tải điện năng đường dài mới trở thành khả thi tần số biến thiên của điện trường và tử trường ấy chính là tần số của dòng điện xoay chiều đến đây bạn cũng sẽ hiểu rõ vì sao Edison từng công kích Tesla thực chất ông ta không tấn công AC vì nó nguy hiểm hơn mà vì AC có thể được nâng cấp thành điện áp cao mà điện áp cao mới là thứ nguy hiểm còn DC trên điểm này Edison không dối chỉ là cố tình bỏ qua toàn cảnh chính vì DC chỉ truyền điện áp thấp nên phải xây nhà máy điện dày đặc dọc tuyến đi chi phí gấp nhiều lần so với AC giờ lại nảy ra một câu hỏi mới là biến thiên điện trường tạo ra biến thiên tử trường còn biến thiên tử trường lại tạo ra biến thiên điện trường câu này nghĩa là sao khoan đã đó là một vấn đề lớn ta sẽ quay lại sau trước hết cho tôi hỏi bạn theo trí tưởng tượng của bạn thì điện từ nhà máy phát đến điện thoại trong tay ta rút cuộc cái gì được truyền đi có thể bạn nghĩ đó là dòng Electron những tia điện tử chạy từ nhà máy đến ta đúng không nhưng như thế thì có điều gì đó không ổn bởi như ta vừa nói AC liên tục đổi chiều nếu điện cứ đổi hướng 50 lần mỗi giây chẳng phải nó chỉ lắc lư tại chỗ hay sao một vật cứ tiến 5m rồi lùi 5m lặp đi lặp lại thì sao đi xa được vậy rút cuộc chuyện gì đang diễn ra điện thực sự đến từ sự chuyển động của Electron nhưng vấn đề nằm ở chỗ nhiều người nhầm giữa chuyển động của Electron và sự truyền tải năng lượng điện dù là DC hay AC trong giây dẫn Electron di chuyển cực chậm với DC vận tốc trôi có định hướng của Electron chỉ vài mm mỗi giây còn AC chúng chỉ lắc quanh vị trí cân bằng mỗi giây 50 lần và biên độ di chuyển chỉ vài micromet gần như đứng yên tại chỗ thế nhưng năng lượng điện vẫn chuyển đi được vì điện năng được chuyển bằng trường điện chứ không phải Electron chạy đến nơi tiêu thủ hãy nhớ giây điện là kim loại mà kim loại có vô số Electron tự do khi ta đặt điện up ở hai đầu giây trong giây sẽ hình thành một điện trường để các Electron gần như đồng loạt phản ứng sự truyền lực này lan đi bằng tốc độ ánh sáng nên năng lượng điện gần như tức thời đến được đầu kia dù từng Electron hầu như chẳng rời chỗ bạn có thể tưởng tượng năng lượng bằng ví dụ domino khi bạn đẩy quân domino đầu tiên nó ngã vào quân kế bên rồi kế bên nữa phản ứng lan ra tức khắc dọc cả hàng không phải từng quân chạy đi mà là năng lượng va chạm vào nhau được chuyển đi cực nhanh điện trong giây cũng như thế vậy đó, năng lượng điện không phải chạy như một dòng sông mà chuyển đi một làn sóng lan qua vật chất các Electron trong giây dẫn chỉ giao động tại chỗ nhưng điện trường sinh ra bởi nguồn điện lại lan chuyển với tốc độ gần như ánh sáng mang năng lượng từ nơi phát triển đến nơi tiêu thụ ta không nhận được những Electron từ nhà máy điện mà nhận năng lượng mà chúng chuyển đi qua chỗ giao động đó giống như khi bạn thổi một hàng ống sáo không phải luồng không khí từ chiếc sáo đầu tiên bay tới chiếc sáo cuối cùng mà áp suất nóng âm mới là thứ lan chuyển điện cũng vậy một bản nhạc vô hình của các điện trường và từ trường hòa vào nhau chính sự qua lại liên tục giữa điện trường và từ trường ấy là nền tảng của toàn bộ thế giới hiện đại từ bóng đèn, động cơ, máy tính cho tới tín hiệu phát quạt không chung tất cả đều dựa vào giao động sông sinh của điện và từ nếu bạn cảm thấy hơi chóng thì xin chúc mừng bạn vừa chạm đến danh giới nơi vật lý chạm vào triết học bởi ở cấp độ sâu hơn cái mà ta gọi là ánh sáng cũng chỉ là một dạng sóng điện tự cùng bản chất với dòng điện đang chạy qua bức tường nhà bạn chỉ khác là ở tần số giao động từ những sợi dây thột sơ đầu tiên của Edison đến mạng lưới toàn cầu ngày nay con người không chỉ thuần hóa điện năng mà còn học cách điều khiển sóng giao động của vũ trụ, thứ mà Tesla từng gọi là nhịp tim của trái đất theo bạn điện có phải phát minh vĩ đại nhất của con người hay không hãy để lại ý kiến của bạn bên dưới phần bình luận nhé và đừng quên ủng hộ kênh bằng một lời đăng ký, chia sẻ để chúng ta cùng nhau tiếp tục giải mã những bí ẩn còn bò ngỏ nhé