Bức tường tĩnh điện vô hình trong nhà máy 3M (1996)
(amasci.com)- Vào tháng 8/1980, tại nhà máy băng dính của 3M ở South Carolina, một “bức tường vô hình” xuất hiện bên dưới màng polypropylene tích điện chuyển động nhanh đến mức con người không thể đi xuyên qua
- Thiết bị cuộn lại màng PP rộng 20ft, dài 50,000ft thành nhiều ống cuộn đã tạo thành một cấu trúc “lều” như 2 bức tường cỡ 20ft và một trần nhà, và màng di chuyển với tốc độ khoảng 1000ft/min
- Máy đo điện trường cầm tay 200KV/ft của David Swenson vọt lên kịch kim ngay cả trên sàn nhà máy cách xa thiết bị, và ông không thể tiến lên dù đã dồn trọng lượng cơ thể ở giữa lối đi
- Hiện tượng này không phải lúc nào cũng tái hiện được, nhưng lại xuất hiện vào sáng sớm khi độ ẩm thấp hơn, và có lời kể sau đó rằng nó không tái diễn sau khi sửa lỗi nối đất
- Chỉ riêng lực Coulomb đơn thuần khó giải thích một ranh giới có cảm giác như “bức tường”, nên vẫn còn khả năng đám mây không khí bị ion hóa hoặc gradient áp suất không khí đã chặn con người
“Bức tường vô hình” trong nhà máy 3M năm 1980
- David Swenson đã ghi lại một trường hợp tại nhà máy 3M, nơi công nhân gặp một “bức tường vô hình” kỳ lạ trong không gian bên dưới màng polypropylene(PP) tích điện chuyển động nhanh
- Bức tường này đủ mạnh để con người không thể đi xuyên qua, và những ai đến gần không thể xoay người nên phải đi lùi ra ngoài
- Trường hợp này được trình bày ngày 14/9/1995 tại phiên đặc biệt “Electrostatic Considerations in Industry” của 17th Annual EOS/ESD Symposium với tiêu đề “Large Plastic Web Electrostatic Problems, Results, and Cure”
- Nó được giới thiệu như một ví dụ về vấn đề đã được giải quyết theo cách “đơn giản và hiệu quả về chi phí”
Điều kiện thiết bị và cơ chế phát sinh tĩnh điện
- Sự việc xảy ra vào tháng 8/1980 tại South Carolina, và môi trường khi đó có độ ẩm rất cao
- Quy trình là cắt cuộn màng PP rộng 20ft, dài 50,000ft rồi chuyển sang nhiều ống cuộn nhỏ hơn
- Màng được tháo khỏi cuộn chính ở tốc độ cao
- Đi lên 20ft rồi đi qua con lăn trên trần
- Di chuyển ngang 20ft rồi đi xuống vào bộ phận cắt
- Sau đó được cuộn thành các cuộn ngắn hơn
- Toàn bộ đường đi của màng trông như một chiếc lều hình khối gồm 2 bức tường vuông khoảng 20ft và một trần nhà
- Các ống cuộn di chuyển với tốc độ 1000ft/min, khoảng 10MPH
- Màng PP có cấu trúc bề mặt hai mặt khác nhau, và khi kết cấu bề mặt hoặc vi cấu trúc chênh lệch lớn, nhiễm điện do tiếp xúc có thể phát sinh ngay cả giữa cùng một vật liệu
- Sự mất cân bằng điện tích bề mặt như vậy là vấn đề phổ biến trong ngành này, được xem gần như hiện tượng “static cling ở mức megavolt”
Những gì Swenson chứng kiến tại hiện trường
- Khi Swenson bước vào sàn nhà máy, máy đo điện trường cầm tay 200KV/ft đã lên tối đa ngay cả ở nơi cách xa thiết bị
- Ông đi trong lối đi được tạo bởi màng PP đang chuyển động và bị chặn lại bởi một “bức tường vô hình” ở khoảng giữa
- Dù dồn toàn bộ trọng lượng cơ thể về phía trước, ông vẫn không thể đi qua
- Ông thấy những con ruồi gần đó bị hút về phía tấm nhựa tích điện đang chuyển động
- Swenson suy đoán điện trường có thể mạnh đến mức hút cả chim vào
- Quản lý sản xuất ban đầu không tin báo cáo này, và khi quay lại hiện trường cùng nhau thì bức tường đã biến mất
- Công nhân biết rằng hiệu ứng này xuất hiện vào sáng sớm khi độ ẩm thấp hơn, nên họ quyết định thử lại vào ngày khác
- Ở lần thử thứ hai, điện trường dưới “chiếc lều” vào sáng sớm đủ mạnh để dựng cả mái tóc xoăn ngắn của quản lý sản xuất, và hiệu ứng bức tường vô hình cũng xuất hiện trở lại
- Quản lý sản xuất phản ứng rằng ông “không biết nên sửa nó hay bán vé vào cửa”
Vì sao chỉ điện trường đơn thuần là chưa đủ
- Theo cách nhìn lực Coulomb thông thường, màng PP lẽ ra phải hút con người vào phía trong hơn là đẩy ra như một “bức tường”
- Ngay cả khi giả sử con người bị đẩy ra khỏi vùng trung tâm, lực đó cũng phải hoạt động như một lớp đệm khuếch tán tăng dần theo khoảng cách lớn, nên rất khó giải thích một bức tường gián đoạn ở ngay giữa
- Khi màng được tháo ra, phía màng dài sẽ mang điện tích thuần lớn, nhưng điện tích được tạo ra theo cặp và tổng điện tích phải được bảo toàn, nên phía ống cuộn phải có điện tích dấu ngược lại
- Chỉ với điện tích bề mặt giới hạn ở ống cuộn thì vẫn chưa đủ để giải thích, nên có khả năng điện tích đối dấu đã bị thất thoát qua một con đường vô hình nào đó
- Một trong những con đường khả dĩ là không khí bị ion hóa phát sinh ở khe nơi màng tách khỏi ống cuộn
Giả thuyết không khí ion hóa và gradient áp suất
- Có khả năng ống cuộn đã phun ra một lượng lớn không khí ion hóa mang cực tính ngược với màng đang chuyển động
- Nếu xảy ra phóng điện ở khe giữa màng và ống cuộn, không khí tích điện có thể được tạo ra, và nếu màng tách khỏi ống cuộn ở phía trên thì không khí này có thể đi vào bên trong “lều” màng
- Một khả năng khác là UV và điện trường sinh ra từ phóng điện corona giữa màng và ống cuộn đã ion hóa không khí ở cả hai bên màng nhựa và phát tán không khí tích điện
- Trong trường hợp đó, “bức tường vô hình” có thể là đám mây ion trong không khí bị giữ bởi điện trường của màng tích điện, hoặc là gradient áp suất do nó tạo ra
- Chỉ cần gradient áp suất ở mức vài phần của 1 PSI trên mỗi bước chân cũng có thể đủ để ngăn một người bước tới
- Nếu cách giải thích này đúng, lực đẩy mà con người cảm thấy đến từ áp suất không khí hơn là trực tiếp từ lực hút/đẩy tĩnh điện
Diễn giải bổ sung về sàn, cuộn và luồng không khí
- Trong các vấn đề tĩnh điện, sàn bê tông có thể không hành xử như chất cách điện mà như chất dẫn điện
- Trong các tình huống liên quan đến megavolt và microampere, ranh giới giữa chất cách điện và chất dẫn điện dịch sang vùng điện trở rất cao
- Điện trở suất của bê tông nằm trong vùng megaohm, nên nó có thể hoạt động như một tấm kim loại nối đất
- Hai ống cuộn PP ở hai bên có thể đã hành xử như những electret mang điện tích trái dấu
- Màng PP chuyển động nhanh có thể tạo ra luồng không khí mạnh, thậm chí có khả năng hình thành một dòng giống lốc xoáy ngang đường kính 20ft
- Luồng không khí như vậy có thể giữ lại những ion lớn, hoặc một đám mây ion gồm các vi giọt nước
- Phần này được phân biệt là suy đoán, không phải giải thích đã được xác nhận
Lời kể về sau và cách khắc phục
- Một lời kể trên Reddit năm 2016 nói rằng chuyện tương tự thỉnh thoảng vẫn xảy ra ở nhà máy 3M, và người này nói đã thấy các vòng đệm nhỏ và bu lông bị ném về phía điện trường rồi bật ngược trở lại
- Một lời kể khác năm 2016 cho biết người này đã gặp Swenson tại một hội nghị ESD, và thiết bị đo đạt tối đa ngay cả từ xa nên không thể lấy được giá trị đo lớn nhất
- Theo cùng lời kể đó, các điều kiện như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm phải nằm trong một khoảng rất hẹp, và do cửa gara để mở nên côn trùng và chim sẻ bị hút vào làm hỏng sản phẩm
- Hiện tượng này đã được các kỹ thuật viên biết đến từ trước khi Swenson trải nghiệm nó, và có lời kể rằng sau khi sửa vấn đề nối đất của thiết bị thì nó không còn xuất hiện nữa
- Những lời kể trên Reddit này được trích riêng, tách biệt với trường hợp chính
Những câu hỏi còn lại
- Sự việc xảy ra năm 1980, còn báo cáo được trình bày tại hội nghị ESD năm 1995
- Hiện chưa xác định được chiếc máy sheet-slitter của 3M đó hiện đang ở đâu
- Phía Reddit có ý kiến nói 3M đã bán thiết bị đó, và cũng có khả năng nó vẫn ở South Carolina để được dùng ở nơi khác, hoặc đã được chuyển sang khu vực khác
- Câu hỏi liệu có thể xoay “bức tường vô hình” này nằm ngang để tạo thành một “sàn vô hình” cho con người đứng lên hay không cho thấy cách diễn giải vật lý của hiện tượng này vẫn chưa rõ ràng
1 bình luận
Các ý kiến trên Hacker News
Tôi nhớ có lần ở chỗ làm, chính tôi đã biến thành một máy phát Van de Graaff
Hồi đó tôi là nhân viên chiếu phim ở rạp, thời còn phải liên tục thay các cuộn phim 20 phút, và phải trông chừng hai máy chiếu hồ quang carbon điện áp cao làm mát bằng nước. Nếu phim bị đứt thì phải nối lại, nên khi bản phim được đưa vào rạp, chúng tôi đếm và ghi lại số mối nối trên từng cuộn; rạp kế tiếp cũng làm như vậy, rồi những bản phim bị nối quá nhiều sẽ bị loại bỏ
Cách đếm mối nối là dùng mô-tơ bàn và bộ điều tốc để tua cuộn phim thật nhanh, cho phim chạy qua giữa các ngón tay, rồi đếm cảm giác “cộp” khi mối nối đi qua. Tôi được dạy là dùng tay kia chạm vào tấm công tắc kim loại của núm điều tốc để nối đất, nhưng một hôm tôi quên mất và tóc bắt đầu dựng lên
Tôi đã tua gần hết cuộn ở tốc độ rất cao, tích điện lên người, và khi đưa tay về phía tấm công tắc thì một hồ quang phóng điện dài 8–10 inch bật ra giữa tấm đó và ngón tay. Từ đó về sau tôi luôn nắm lấy tấm công tắc
Chẳng bao lâu tôi học được cách cầm một vòng chìa khóa máy dài 3 inch rồi chạm vào khung máy slot; thường xuyên có tia lửa màu tím dài khoảng 3 inch tóe ra, và tôi còn cảm thấy quần áo mình dịch chuyển. Có lần tôi còn làm khởi động lại hệ thống theo dõi người chơi của máy slot; nó bị trúng còn hơn là tôi bị trúng
Một quản lý ở casino tôi từng làm trước đây nói rằng họ đã xịt nước xả vải lên thảm để giảm tĩnh điện, nhưng tôi không biết có hiệu quả không
Vì thế tôi bắt đầu bật công tắc đèn bằng khuỷu tay. Cùng là tia sét đó, nhưng trúng khuỷu tay thì ít đau hơn
https://en.wikipedia.org/wiki/Van_de_Graaff_generator
Tôi thực sự làm công việc liên quan đến điện áp cao, nên câu chuyện này khá đáng ngờ. Nếu xét về mặt toán học, thì về kỹ thuật có thể khả thi nếu xuất hiện thông lượng điện trường cực kỳ dày đặc, nhưng trong thực tế thì gần như bất khả thi
Đặc biệt, mức điện áp cao như mô tả có xu hướng rất mạnh là sẽ cân bằng lại bằng một tia lóe lớn trong môi trường độ ẩm cao. Tôi nghĩ nhiều khả năng là trong thực tế có một điểm mà người ta có thể cảm nhận điện trường rất mạnh, rồi qua lời đồn và các câu chuyện, nó biến thành một “bức tường”
Vấn đề lớn nhất là hiện tượng này được mô tả như một “bức tường”, chứ không phải một trường tăng dần, tức tăng theo bình phương. Nhưng nếu trong môi trường đủ ẩm thực sự có hiệu ứng mạng do các hạt mang điện truyền tải, thì định luật bình phương có thể biến đổi sang dạng khác. Chỉ cần cỡ bậc ba thôi, ở thang đo con người nó đã có thể được cảm nhận như một bức tường
Cảm giác của tôi không phải là “tôi muốn tin”, mà là “kỳ lạ thật, nhưng trong các điều kiện có thể tái lập thì toán học có lẽ cho phép”. Nền tảng liên quan nằm ở vật lý toán học và các nghiệm giải tích của những phương trình vi phân riêng phần tương ứng; trong các phương trình đó có những nghiệm khá kỳ lạ. Ước gì có ai đó thử làm
Có một khác biệt đáng để khảo sát giữa hiệu ứng quan sát được giữa các điện tích điểm lý tưởng và hiệu ứng mạng chỉ xuất hiện khi lan truyền qua một mạng các điện tích điểm kém lý tưởng hơn
Tôi thấy người bước vào không gian như vậy trở thành cột thu lôi nghe hợp lý hơn nhiều so với việc giống như con ruồi mắc vào mạng nhện
Không biết mọi người có để ý rằng từ khi ai cũng mang theo một camera quay video 4K60 trong túi, phần lớn các câu chuyện nhìn thấy UFO và Bigfoot đã biến mất không
Năm 1995 có một luồng thảo luận, rồi sau đó hiện tượng này không còn được thấy hay nghe nói tới nữa
ANTEC '97 Conference Proceedings, CRC Press, trang 1310–1313
https://www.google.com/books/edition/SPE_ANTEC_1997_Proceedi...
Luồng thảo luận đó dựa trên một bài trình bày hội nghị và bài báo có trước nó. Lý do trường hợp cụ thể này không được tái tạo là vì nó không có ứng dụng thực tế, cần rất nhiều thiết bị, phải cố ý vận hành sai thiết bị nên có nguy cơ hư hỏng hoặc chấn thương, và chi phí thử nghiệm cực kỳ đắt đỏ
Sẽ chẳng ai tự nguyện dựng một môi trường có thể chạy 1 dặm màng PP rộng 20 feet với tốc độ 1000 feet/phút, rồi cố tình ngắt nối đất thiết bị, và vận hành hàng giờ, hàng ngày, hàng tuần ở nhiệt độ trên 100°F và độ ẩm trên 95%. Chỉ riêng việc lắp đặt đã tốn hàng triệu đô la, chi phí vận hành cũng có thể tốn thêm chừng ấy
Việc một hiện tượng kỳ lạ hiếm gặp và khó ghi lại không chứng minh rằng hiện tượng đó không tồn tại, cũng không phải là bằng chứng cho sự vắng mặt của nó
Nó dựa trên các nguyên lý vật lý đã biết, và bối cảnh cực kỳ đặc thù có vẻ nằm trong phạm vi đủ để chuyện như vậy có thể xảy ra. Vì thế tôi giả định rằng đó là một ca biên cực hiếm đã xảy ra “một lần đó”
Nó cũng không giống kiểu chuyện mà những người làm trong một nhà máy 3M lớn lại có lý do để bịa ra
Đã từng được thảo luận trước đây
https://news.ycombinator.com/item?id=16299441 (2018)
https://news.ycombinator.com/item?id=5387052 (2013)
https://news.ycombinator.com/item?id=3274335 (2011)
Điện trường rất thích có tính tuyến tính, nhưng các hiệu ứng bất thường được mô tả lại rất phi tuyến
Những hiệu ứng không lý tưởng như số đo điện trường cao có thể là tuyến tính. Nhưng bức tường đó chỉ ảnh hưởng đến sinh vật như chim, côn trùng và con người
Tôi đoán bức tường đó là một hiện tượng thông qua hệ thần kinh và co cơ, và khác với lực tĩnh điện, ở đây có thể có ngưỡng, tính phi tuyến và hiệu ứng tâm lý chen vào. Về cơ bản, tất cả những người liên quan đều đang bị điện giật cực mạnh, và nếu là trải nghiệm chủ quan sau khi nhận cú sốc cấp megavolt vào cột sống thì chuyện gì cũng có vẻ có thể xảy ra
Đọc giống một SCP hay
Phần thí nghiệm có nhiều ý tưởng thú vị: http://amasci.com/freenrg/iontest.html
Tôi đã đọc bài này nhiều lần trong vài năm qua, và khá bị cuốn hút bởi việc một hiện tượng kỳ lạ như vậy lại xuất hiện trong môi trường nhà máy
Trong bản cập nhật năm 2016, người họ hàng nói rằng việc thấy các hiệu ứng kỳ lạ từ cuộn spool là chuyện phổ biến. Nếu phổ biến như vậy thì có vẻ nó phải tái hiện được, nhưng tôi chưa từng thấy trường hợp tái hiện thực tế nào
Ví dụ, công ty tôi làm nuôi rất nhiều tế bào trong các lò phản ứng khổng lồ, và những người vận hành các lò phản ứng lớn nhất nói rằng họ thấy sản lượng tổng thể thay đổi chậm mà không thể giải thích bằng bất kỳ biến nào đã quan sát. Chúng tôi phỏng đoán đó là sự trôi dạt di truyền chậm trong quần thể, nhưng cũng có thể do yếu tố mùa vụ hoặc biến chưa được quan sát
Khi làm ở Google cũng có những chuyện rõ ràng chỉ lộ ra ở quy mô toàn cụm, và chỉ những người rất hiểu quy trình đang diễn ra và theo dõi nhạy bén mới nhận ra. Tôi nghĩ điều này xảy ra trong gần như mọi hệ thống sản xuất quy mô lớn, nhưng phần lớn không được quan sát thấy
Tất cả các phóng điện tĩnh điện đó rốt cuộc chẳng phải được tạo ra bằng cái giá là năng lượng cơ học của hệ thống sao? Thật ngạc nhiên là họ cứ để nó phóng ra như trong video mà không cố thu hồi ở đâu đó
Một trong những cách thu hồi điện kỳ lạ nhất tôi từng thấy là dùng khe đánh lửa và biến áp tùy chỉnh để làm như một Tesla coil ngược. Nó hạ các xung điện áp rất cao và cực ngắn của phóng điện tĩnh điện thành những đoạn điện áp thấp kéo dài hơn, và được gắn vào giày
Năng lượng bị lãng phí do cách nhiệt kém trong một văn phòng có sưởi có lẽ còn lớn hơn nhiều