Một hiện tượng “bí ẩn” về điện

Cầm nến trong tay, soi đèn vào chiếc bảng điện nhỏ lắp trên tường và kiểm tra cầu chì, tôi chỉ trông thấy một vết đen ngòm bên trong do hơi bốc ra từ sợi dây chì đã tiêu tan bám vào đó. Điều này chứng tỏ dòng điện đi qua dây chì có cường độ rất lớn.

Sau khi đã thay dây chì và lắp lại chiếc cầu chì một cách nghiêm chỉnh, mọi vật trong nhà lại hiện ra dưới ánh điện. Nhìn vào chiếc bóng đèn bỏ đi, tôi chỉ thấy một màu đen xám xịt, không thấy có đoạn dây tóc nào còn lại. Vấn đề đặt ra là:

- Tại sao đèn cháy mà cầu chì lại nổ?

Ai cũng biết rằng dây tóc đèn dù chỉ bị đứt đoạn một chút ít thì điều đó cũng không ảnh hưởng gì đền chiếc cầu chì, thậm chí còn làm dây chì “nhẹ gánh” hơn lúc đầu khi còn nguyên dây tóc. Hiện tượng “bí ẩn” điện chính là ở chỗ đó. Chắc chắn có người hỏi rằng: hệ thống điện trong nhà có điều gì “trục trặc” thì sao? Đúng! Mới nghe thì thắc mắc ấy có lý. Tôi cũng đã nghĩ như vậy. Tuy nhiên, chúng ta cùng suy luận và thử dùng phép loại trữ xem sao…Giả sử hệ thống điện nhà tôi bị ngắn mạch tại bất cứ một điểm nào và ngắn mạch thuộc loại vĩnh cửu; cũng giả sử thêm rằng ngắn mạch xảy ra ngay sát trước và sau thời điểm tiếp xúc của tiếp điểm công tắc đèn. Tuy rằng trường hợp này rất hiếm gặp, nhưng nếu điều đó xảy ra thì các bóng đèn trong nhà không thể nào sáng lên được vì lẽ dây chì mới được thay sẽ bị cháy ngay lập tức. Ngược lại, sau khi thay dây chì, các đèn trong nhà đã bừng sáng lên. Những người kĩ tính hơn cũng có thể vẫn thắc mắc: trường hợp mà ngắt mạch thoáng qua do cách điện xảy ra rồi lại mất đi trong nháy mắt và trùng khít với thời điểm bật công tắc chúng ta có nghĩ đén không?

Theo tôi, trường hợp như vậy không có khả năng xảy ra vì khoảng thời gian tiếp xúc của các tiếp điểm công tắc đèn diễn biến rất nhanh, khoảng thời gian này có thể coi như bằng 0 giây.

Chúng ta xét thêm hai trường hợp cũng rất hiếm. Đó là ngắn mạch thoáng qua xảy ra ngay trước và sau khi tiếp điểm công tắc đèn đóng mạch. Trong trường hợp thứ nhất dẫn đến tình trạng đèn không thể loé sáng khi bật công tắc vì dây chì đã cháy trước khi đóng tiếp điểm. Trong trường hợp thứ hai, chắc chắn ngắn mạch sẽ thể hiên vết cháy xém hoặc hư hại của dây dẫn hoặc vật dẫn ở chỗ nào đó và sự suy giảm cách điện do tia lửa hồ quang của dòng điện gây nên. Thực tế cho thấy trường hợp thứ hai không xảy ra vì sau khi kiểm tra lần theo hệ thống điện trong nhà và không thấy có hiện tượng gì khả nghi, ngoài ra cách điện của hệ thống rất tốt.

Như vậy, sự kiện xảy ra như đã kể ở trên đúng có thể gọi là hiện tượng “bí ẩn” của điện. Bí ẩn là có thực nhưng không bộc lộ để mọi người có thể dễ dàng nhận thấy. Điều đó không có nghĩa là “bất khả tri”.

Nguyên nhân của hiện tưởng.

Ở phần trên, qua phân tích các giả thiết về sự cố điện trong nhà, chúng ta thấy rằng những loại sự cố đó đã bị loại trừ vì không có khả năng giải thích được hiện tượng cháy dây tóc bóng đèn và nổ cầu chì xảy ra đồng thời. Hiện tượng này chỉ có thể giải thích một cách hợp lý là do ngắn mạch xảy ra ngay trên đường treo dây tóc.

Như vậy, nguyên nhân của hiện tượng diễn biến như thế nào?

Mọi người đều biết rằng chỉ có nhiệt độ rất cao mới có thể thiêu trụi sợi dây tóc (wolfram có điẻm nóng chảy là 3410 ^oC và điểm sôi là 5930 ^oC). Nhiệt độ đó đã làm cho nó bốc hơi, không còn để lại dây tóc trong bóng đèn, Hơi của sợi wolfram đã lan toả và bám vào vào xung quanh bên trong bóng thuỷ tinh tạo nên một màu đen xám xịt. Chỉ có ngắn mạch phần dây tóc mới thể hiện được ánh sáng chói của đèn phát ra trong nháy mắt và tiếng nổ lớn đồng thời của cầu chì kèm theo vệt đen khác thường trong đó. Tại sao có sự ngắn mạch dây tóc xảy ra trong bóng đèn?

Bình thường khi đèn dùng đã gần hết hạn, dây tóc bị “lão hoá”. Trong tình trạng đó, chỉ cần một dòng điện không lớn lắm đi qua là dây tóc đèn bị đứt ở một điểm yếu nhất và rơi thõng xuỗng trong bõng đèn hoặc rời ra từng đoạn nằm lại trong đó. Rõ ràng dòng điện ngắn mạch được sinh ra phải có các điều kiện. Nếu chú ý một chút về sự kiện xảy ra sự cố chúng ta thấy rằng, thời điểm phát sinh hiện tượng như đã mô tả rơi vào một buổi sảng rất sơm. Khi đó, phụ tải lưới điện khu vực còn thấp do nhiều người còn chưa thức dậy, nhiều thiết bị điện không hoạt động, điều đó dẫn đến điện áp lưới tăng cao. (Ở chỗ tôi, thường điện áp lưới tăng vào sáng sớm có thể bằng hoặc lớn hơn 10% định mức). Nhưng trong trường hợp đặc biệt như đã nêu ở trên, dây tóc bi đứt khi điện áp tăng cao vào sáng sớm. Ngoài ra, khoảng thời gian khe đứt dây tóc dễ dàng bao trùm những thời điểm có giá trị tức thời lớn nhát của điện áp và bao trùm nhiều chu kỳ của sóng điện áp ở tần số 50 chu kỳ/sec. Những điều đó tạo nên điện trường mạnh tại hai đầu nhọn của điện dây tóc ở chỗ bị đứt.

Với điện trường mạnh, hồ quang điện bắt đầu xuất hiện qua khe hở hẹp giữa hai đầu dây tóc. Hồ quang lan đến đâu, dây tóc bốc hơi đến đó ở nhiệt độ cao. Sự lan truyền của hồ quang theo đường sợi dây tóc đèn chỉ xảy ra trong chớp nhoáng. Ngay sau đó, tia hồ quang đã thay thế toàn bộ dây tóc đèn bị sôi và bốc hơi ở nhiệt độ của hồ quang.

Sở dĩ dây tóc bị đứt nhưng không thể rơi thõng xuống là vì tốc độ của nó do lực trọng trường rất nhỏ so với tốc độ lan truyền rất nhanh của hồ quang từ chỗ đứt về hai phía của dây tóc. Dòng điện tăng nhanh trong mạch đèn theo sự mất đi trở của dây tóc và thêm vào độ dài của hồ quang điện trong khoảng thời gian rất ngắn. Khi hồ quang đã thay thế toàn bộ dây tóc, dòng điện ngắn mạch xuất hiện ở lưới điện trong nhà. Dòng điện ngắn mạch này làm nổ cầu chì đột ngột. Dạng đường biểu diễn quan hệ giữa dòng điện và độ dài của đường hồ quang có thể xem hình vẽ sau đây.

Các ký hiệu biểu thị trong hình vẽ:

I: dòng điện qua đèn.

Io: dòng điện qua đèn khởi đầu khi bật công tắc.

In,m: dòng điện ngắn mạch qua đèn.

Lhq: độ dài đường hồ quang.

Ldt: độ dài dây tóc đèn.

Quá trình sự cố nói trên diễn biến rất nhanh nên có thể coi như ánh sáng loé của bóng đèn và tiếng nổ cầu chì xảy ra đồng thời.

Hiện tượng gọi là “bí ẩn” về điện được trình bày trong bài viết này ít gặp nhưng không có nghĩa là không có. Vì vậy, những hiện tượng được mô tả và giải thích có thể giúp ích bạn đọc nhận biết và phán đoán sự cố tương tự khi cần./.