Khí heli là gì? Ứng dụng, Tại sao hít khí heli lại đổi giọng

Chu Văn An

Khí heli là gì? Đây là loại khí trơ nhẹ thứ hai sau Hydro, không độc hại và không cháy. Khí này được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như điện tử, y học và hoạt động hàng không vũ trụ. Hãy cùng tìm hiểu chi tiết trong bài viết dưới đây.

1. Khí heli là gì?

Helium là một loại khí không mùi, không màu, không vị. Trong bảng tuần hoàn, khí Helium nằm ở ô thứ 2 và có khối lượng nguyên tử là 4. Ký hiệu hóa học (He) là chất khí có nhiệt độ sôi thấp nhất trong các nguyên tố.

Nguyên tố Helium trơ về mặt hóa học và là một loại khí đơn nguyên tử. Đây là nguyên tố phổ biến thứ hai trong vũ trụ sau Hydro. Chỉ riêng trong khí quyển, mật độ thể tích của Helium là 5,2*10(-6). Có thể nói, loại khí này được hình thành từ sự phân rã phóng xạ của các nguyên tố nên Helium có thể được tìm thấy trong các mỏ khoáng sản chứa uranium hoặc thorium.

Hình 1: Nguyên tố helium

2. Khí heli có độc không? Tại sao hít khí Helium lại thay đổi giọng nói của bạn?

Helium là một loại khí trơ, không độc hại, không cháy và không có tác dụng hóa học với các chất khác. Tuy nhiên, người dùng nên cẩn thận khi hít phải khí He với lượng lớn trực tiếp khiến cơ thể bị thiếu oxy trầm trọng, dẫn đến ngạt thở, đau đầu, chóng mặt.

Khi chúng ta nói, không khí từ phổi được đẩy lên qua khí quản và thanh quản đến vùng miệng. Tại đây, cử động của lưỡi, hàm và miệng sẽ làm thay đổi tần số cộng hưởng, tạo ra nhiều âm thanh đa dạng. Sự khác biệt trong giọng nói của mỗi người là do cấu trúc đặc trưng của thanh quản.

Khi hít khí heli, cách sóng âm di chuyển qua các môi trường khí khác nhau sẽ khiến giọng nói của bạn thay đổi trở nên hài hước. Helium nhẹ hơn không khí nhiều, trong khi không khí nặng hơn và đậm đặc hơn. Do đó, tốc độ truyền sóng âm qua helium nhanh hơn nhiều so với trong không khí.

Vì helium nhẹ hơn không khí rất nhiều nên trong helium tốc độ âm thanh gấp đôi, thậm chí nhanh hơn tới 3 lần so với trong không khí. Khi bạn hít khí heli, cổ họng của bạn sẽ chứa đầy khí này. Kết quả là tần số của giọng nói sẽ thay đổi đáng kể, tăng dần và tạo ra âm thanh cao hơn, rõ ràng hơn.

3. Khí heli có tác dụng gì?

3.1. Dùng để làm lạnh

MRI sử dụng helium làm chất làm mát siêu dẫn trong các thiết bị của mình. Ngoài ra, helium còn được ứng dụng trong nhiều công nghệ khác như máy quang phổ NMR, máy gia tốc hạt, Máy va chạm Hadron lớn, Thiết bị xung lượng tử siêu dẫn (SQUID), quang phổ cộng hưởng spin electron (ESR), lưu trữ năng lượng từ trường siêu trường. Helium cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc truyền năng lượng, vận chuyển từ tính, cảm biến siêu dẫn, phép đo phổ khối và nam châm siêu dẫn.

Nó cũng được sử dụng để tạo ra từ trường cực mạnh, cung cấp nam châm siêu trường cho lò phản ứng nhiệt hạch và nghiên cứu các ứng dụng siêu lạnh khác.

3.2. Được sử dụng trong khinh khí cầu

Helium đứng thứ hai trong danh sách các loại khí nhẹ nhất sau hydro và có mật độ thấp hơn không khí. Điều này làm cho khí heli trở thành khí nâng được sử dụng trong bóng bay, thiết bị khí tượng, khí cầu và khí cầu.

Mặc dù không nhẹ bằng hydro nhưng helium vẫn được ưa chuộng làm chất khí nâng hạ vì tính an toàn và không bắt lửa.

Hình 2: Ứng dụng trong khinh khí cầu

3.3. Ứng dụng trong hàn

Helium được sử dụng làm khí bảo vệ trong quá trình hàn hồ quang và hàn hồ quang plasma. Khí helium có vai trò bảo vệ vùng hàn, ngăn không cho kim loại bị oxy hóa. Khả năng ion hóa mạnh của helium khiến nó trở thành sự lựa chọn lý tưởng cho hàn hồ quang plasma, đặc biệt khi làm việc với các kim loại như titan, zirconi, magie và hợp kim nhôm – kim loại quý. được sử dụng trong các ứng dụng xây dựng, đóng tàu và hàng không vũ trụ.

3.4. Ứng dụng trong công nghệ làm sạch

Helium có ứng dụng trong làm sạch bằng áp suất, đặc biệt là trong ngành hàng không vũ trụ và cho các tổ chức như NASA. Ví dụ, trong hệ thống tên lửa Delta IV, khí heli được sử dụng để duy trì áp suất trong thùng nhiên liệu oxy lỏng. Khi oxy lỏng được sử dụng làm nhiên liệu tên lửa, heli được bơm vào thùng nhiên liệu để giữ cho chúng không bị co lại. Việc sử dụng heli để làm sạch khí có thể được thay thế bằng nitơ, ngoại trừ khi đề cập đến các hệ thống hydro lỏng cụ thể.

Hình 3: Ứng dụng trong ngành hàng không vũ trụ

3.5. Sản xuất sắc ký khí

Helium được sử dụng làm khí mang và khí thanh lọc trong quá trình sắc ký khí. Đặc tính không phản ứng và độ tinh khiết cao của helium khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho việc này.

Sắc ký khí, đặc biệt là sắc ký, được sử dụng rộng rãi trong các quy trình phân tích định tính và định lượng trong cả phòng thí nghiệm và các ứng dụng khác.

3.6. Sản xuất chất bán dẫn

Helium được sử dụng làm khí bảo vệ do tính trơ hóa học của nó. Nó cũng được sử dụng trong các quy trình làm lạnh do nhiệt độ thấp và độ dẫn nhiệt đặc biệt cao, đặc biệt là trong sản xuất các linh kiện bán dẫn.

Trong việc tạo ra màn hình LCD và sản xuất chip bán dẫn, khí heli được sử dụng để làm mát và làm khí bảo vệ. Nó cũng được áp dụng để bảo vệ các bình xả nước.

Khi phát triển tinh thể silicon và germanium, helium có thể được thay thế bằng argon, hydro hoặc nitơ tùy theo nhu cầu cụ thể của ứng dụng.

Hình 4: Ứng dụng trong sản xuất chất bán dẫn

3.7. Truyền nhiệt trong lò phản ứng hạt nhân

Helium đang được sử dụng làm môi trường truyền nhiệt trong các lò phản ứng hạt nhân thế hệ mới. Đặc tính nhiệt độ riêng cực cao và tính dẫn nhiệt tốt làm cho nó trở thành một trong những loại khí truyền nhiệt hiệu quả nhất.

Ngoài ra, helium không gây ăn mòn và không phải là chất phóng xạ. Nó cũng không thay đổi trạng thái tổng hợp và không ảnh hưởng đến hệ số nhân. Việc sử dụng helium làm môi trường truyền nhiệt trong các nhà máy hạt nhân đã cải thiện hiệu suất và tăng nhiệt độ vận hành của chúng.

3.8. Sản xuất sợi quang

Với nhiệt độ chất lỏng thấp và tính chất trơ, helium là sự lựa chọn hoàn hảo để làm lạnh nhanh sợi thủy tinh trong ống làm mát, đặc biệt khi sợi được kéo ra từ các phiến hoặc khối thủy tinh.

Việc sử dụng helium làm chất làm lạnh có thể được thay thế bằng hydro hoặc nitơ tùy theo yêu cầu cụ thể của quá trình sản xuất.

3.9. Tạo hỗn hợp thở

Helium được đưa vào hỗn hợp khí thở khi lặn xuống độ sâu dưới 30 mét do khả năng hòa tan trong nước và máu rất thấp.

Hỗn hợp heli-oxy được dùng để thở thay cho hỗn hợp nitơ-oxy, nhằm tránh nguy cơ ngộ độc nitơ hoặc tích tụ nitơ trong máu. Ngoài ra, helium không gây ăn mòn thiết bị và không độc hại.

Hình 5: Ứng dụng làm hỗn hợp thở dưới đáy biển

3.10. Được sử dụng trong quá trình phủ kim loại

Helium được sử dụng làm khí mang cho quá trình phun nhiệt và phun lạnh do tốc độ âm thanh và độ trơ cực cao.

Phun nhiệt và phun lạnh hay thường gọi là phun kim loại là quá trình phủ bề mặt với khả năng phun nhiều loại kim loại và vật liệu gốm với vận tốc cao lên bề mặt các vật liệu khác, tạo thành lớp phủ kim loại. .

3.11. Ứng dụng sản xuất kính thiên văn

Helium làm giảm tác động biến dạng của nhiệt giữa các thấu kính trong kính thiên văn do chỉ số khúc xạ thấp và độ dẫn nhiệt cao.

4. Sự khác biệt giữa khí hydro và khí heli

Hình 6: Sự khác biệt giữa hydro và heli

Đây là bài viết tổng quan về khí Helium và các ứng dụng của nó. Hy vọng qua bài viết này các bạn có thể hiểu sâu hơn về loại khí đặc biệt này cũng như cách ứng dụng nó trong các tình huống thực tế.