Chúng ta đều biết đến khả năng phóng điện của cá chình điện (lươn điện) nhưng lại không hiểu chúng tạo ra điện như thế nào?

Dòng điện là gì?

Dòng điện là dòng chuyển dịch có hướng của các hạt mang điện.

Trong các mạch điện, dòng điện tạo ra do sự chuyển dịch của các electron dọc theo dây dẫn. Ngoài ra, hạt mang điện cũng có thể là các ion hoặc chất điện ly. 

Các hạt tích điện có khả năng dịch chuyển tạo ra dòng điện gọi là các hạt mang điện. 

Trong kim loại, chất dẫn điện là phổ biến nhất. Những hạt nhân tích điện dương không thể dịch chuyển mà chỉ có các electron tích điện âm mới có khả năng di chuyển tự do trong vùng dẫn. Do đó, trong kim loại các electron là các hạt mang điện.

Trong những loại vật liệu dẫn khác, ví dụ như các chất bán dẫn, hạt mang điện có thể tích điện dương hay âm phụ thuộc vào chất pha. Hạt mang điện âm và dương có thể cùng lúc xuất hiện trong vật liệu, điển hình như trong dung dịch điện ly ở các pin điện hóa.

Điều kiện để có dòng điện là phải có một hiệu điện thế đặt vào 2 đầu của vật dẫn điện.

Lươn điện tạo ra điện như thế nào?

Lươn điện.

Lươn điện.

Chúng ta đều biết đến cá chình điện (còn được gọi là lươn điện) bởi khả năng phóng điện khiến muôn loài khiếp sợ. Loài vật đặc biệt này sống tập trung chủ yếu tại lưu vực sông Amazon và sông Orinoco, Peru. Con trưởng thành có thể dài 2,4m nặng khoảng 20 kg. 

Trên thực tế, lươn điện có thể phóng ra dòng điện lên tới 800 volt, thậm chí vượt trên 1.000 volt và cường độ là 1 Ampe. Đây là dòng điện rất mạnh và có thể gây nguy hiểm đối với bất kỳ loài vật nào, ngay cả cá sấu.

Lươn phóng ra dòng điện khiến cá sấu bỏ chạy.

Vậy lươn điện tạo ra dòng điện bằng cách nào mà các động vật khác không làm được?

Điều đặc biệt là các bộ phận trên cơ thể của lươn điện được chia làm 2 loại chính: Nội tạng và cơ quan phát điện. Dù rất quan trọng, nhưng phần nội tạng - bao gồm cả tim, gan... được gói gọn trong không gian nhỏ phía gần đầu. Còn 80% cơ thể còn lại dành toàn bộ cho vũ khí của nó. 

Điện được phát ra từ bộ phận sinh điện bên trong cơ thể (thường nằm ở phần đuôi). Thông qua các dây thần kinh, bộ não gửi tín hiệu tới cơ quan sinh điện, nơi chứa hàng trăm, thậm chí hàng nghìn các tế bào sinh điện hình đĩa được xếp chồng lên nhau.

Thông thường, chúng sản sinh ra các ion Natri hoặc Kali để duy trì thế dương bên ngoài và thế âm bên trong tế bào.

Nhưng khi nhận được xung thần kinh từ não, những cánh cổng ngăn cách các ion sẽ mở ra, cho phép ion dương di chuyển ngược vào trong.

Lúc này, một phần tế bào sinh điện được tích điện âm phía ngoài và điện dương phía trong, còn phần kia thì ngược lại. Từ sự dịch chuyển có hướng của các điện tích tạo ra dòng điện, biến chúng thành cục pin sống.

Điểm mấu chốt của sức mạnh này nằm ở việc các xung thần kinh được truyền tới các tế bào gần như cùng một thời điểm. Điều đó khiến các tế bào được xếp chồng vận hành như hàng nghìn "cục pin" nối tiếp. Năng lượng từ mỗi "cục pin" giúp tăng cường điện trường, khiến dòng điện có sức ảnh hưởng tới vài mét.

Vì sao phóng ra dòng điện 840 volt trong môi trường nước mà lươn điện vẫn không bị giật?

Vấn đề được nhiều người quan tâm là việc lươn phóng điện trong môi trường nước sông (một dung môi dẫn điện hoàn hảo) mà bản thân chúng lại không bị ảnh hưởng. Vậy chúng đã được bảo vệ an toàn mà không bị điện giật bằng cách nào?

Thực tế là loài này không hề có cơ chế bảo vệ nào cả. Thế nên, ngoại trừ những lúc nhầm lẫn hiếm hoi hoặc do bị hoảng loạn, lươn điện thường rất cẩn thận và hiếm khi chích sai mục tiêu. 

Khi phát ra điện để tấn công kẻ thù, lươn điện phải chấp nhận một rủi ro không hề nhỏ. Các nhà nghiên cứu ghi nhận rằng chúng thường xuyên bị sốc bởi chính dòng điện do mình phóng ra. Tuy nhiên, chúng không chết, tất cả là vì ba lý do chính sau đây.

Một là, nhờ cấu tạo cơ thể hợp lý khiến cho khả năng dòng điện đi qua và gây hại cho các bộ phận trọng yếu là rất nhỏ. Dòng điện gần như phóng thẳng ra môi trường chứ không truyền trong cơ thể quá lâu.

Hai là, dòng điện phát ra không đủ lâu để giết chết một con vật lớn như lươn điện. Cần biết rằng kích thước cơ thể tỉ lệ thuận với điện áp cao nhất một con có thể tạo ra. Cá càng to, điện phóng ra càng mạnh. Giới khoa học phỏng đoán rằng tạo hóa đã rất khéo léo khi để điện áp tối đa của mỗi con lươn điện khó có thể giết chính nó trong khoảng thời gian ngắn mà dòng điện tồn tại.

Và cuối cùng, chúng có một bản năng đặc biệt để giảm nguy hiểm cho bản thân, bằng cách uốn cơ thể của mình theo những cách nhất định để tránh dòng điện đi qua tim. Với mỗi tình huống khác nhau, lươn điện lại có cách riêng để tự vệ.

Khi phóng điện, lươn sẽ "uốn lượn" cơ thể để tránh dòng điện chạy qua tim.

Khi phóng điện, lươn sẽ "uốn lượn" cơ thể để tránh dòng điện chạy qua tim.

Tuy nhiên, chẳng có gì là tuyệt đối. Đôi khi tai nạn vẫn xảy ra và kết quả phụ thuộc vào cường độ dòng điện. Nếu nghiêm trọng chúng thậm chí sẽ chết ngay lập tức.