Để Cảm Nhận Nguyên Lý Của Bếp Hình Hộp Dùng Năng Lượng Mặt Trời

Có bao giờ bạn tự hỏi tại sao mình lại không nghĩ ra việc làm một cái hộp có thể nấu ăn bằng năng lượng mặt trời ? Tại sao tôi hay bạn lại không ngờ rằng một cái hộp bằng các tông hai lớp có dán giấy nhôm cán mỏng, và đậy lại bằng một tấm kiếng có thể dể dàng đạt đến nhiệt độ đủ để nấu ăn ? Tôi cho rằng bây giờ tôi có thể giải thích tại sao.

Vào một ngày lạnh lẽo nào đó, bạn hãy thử tưởng tượng mình mặc một cái áo khoác hay áo sơ mi được tạo thành từ những miếng ….ngói. Bạn sẽ biết ngay rằng mình sẽ chẳng ấm áp được gì nếu không muốn nói là còn thấy lạnh hơn. Qua kinh nghiệm, chúng ta đều biết rằng để giữ ấm cho thân thể thì những vật liệu mềm, nhẹ, có lông tơ mang lại hiệu quả cao nhất. Những thứ mà chúng ta nấu (trong bếp mặt trời hình hộp) cũng tương tự như cơ thể chúng ta vậy : một thứ vật liệu cách nhiệt nào đó nếu làm cho cơ thể lạnh thì cũng sẽ làm giảm nhiệt độ bên trong và dĩ nhiên sẽ làm giảm khả năng tập trung nhiệt của cái bếp dùng năng lượng mặt trời.

Nếu như những nguyên liệu nhẹ, mềm và có lông tơ là tốt nhất về mặt cách nhiệt thì bây giờ chúng ta hãy thử xem khả năng cách nhiệt của những thành phần khác nhau trong một cái bếp mặt trời hình hộp làm từ giấy các tông. Mới làm quen với bếp hình hộp dùng năng lượng mặt trời thì một số người  không hiểu làm sao mà những nhiệt độ cao như vậy lại có thể sinh  ra trong một cái hộp quá đơn giản như vậy, với chỉ có mấy lớp giấy các tông. Sự thật là giấy các tông có thể giữ không cho sức nóng trong bếp thoát ra ngoài. Có một cách để cảm nhận được điều này là bạn hãy thử tưởng tượng mình phải cầm và nhấc một cái cán chảo nóng ra khỏi bếp với bàn tay không của mình. Lẽ dĩ nhiên là bạn có thể sẽ bị phỏng tay. Nếu như bạn lót một miếng giấy giữa tay mình và cán chảo thì sao ? Có lẽ bạn cũng sẽ bị phỏng, có điều sẽ chậm hơn một chút. Bây giờ hãy tưởng tượng bạn dùng một miếng các tông (loại có ruột dợn sóng) để lót tay khi cầm cái cán chảo. Bạn sẽ chắc chắn cảm thấy rằng sức nóng từ cán chảo sẽ không bao giờ có thể truyền đến tay mình và làm phỏng da được. Kế đó, bạn hãy tưởng tượng mình dùng hai miếng giấy các tông, rồi hai miếng giấy các tông để cách nhau một vài phân (ở giữa là không khí) để cách nhiệt. Bạn sẽ nhanh chóng hiểu và cảm nhận được cái hiệu quả cách nhiệt mà hai lớp giấy đó có thể tạo ra.

Đến đây chúng ta đã hiểu làm sao một cái bếp mặt trời hình hộp có thể giữ được nhiệt, nhưng điều quan trọng là làm sao lại có nhiều sức nóng được tạo ra bên trong bếp ? Chúng ta đều biết rằng đó là nhờ tác dụng của hiệu ứng nhà kính (greenhouse effect). Trong khi con người đã biết chế tạo thủy tinh trong suốt nhiều thế kỹ, cái ý tưởng dùng thuỷ tinh để “nhốt” đủ nhiệt phục vụ việc nấu ăn chỉ mới có gần đây thôi. Hiệu ứng nhà kính khiến cho sức nóng từ ánh nắng mặt trời tích tụ bên trong bất kỳ khoảng trống đóng kín nào với một cái cửa sổ đậy lại bằng kính, chẳng hạn như trường hợp của một chiếc xe hơi (đóng cửa sổ) đậu ngoài nắng. Tại sao hiện tượng này không được chú ý tới trong một thời gian quá lâu như vậy ? Tôi cho rằng lý do là vì một phần của hiệu ứng nhà kính không thể trông thấy được đối với mắt con người.

Bên trong một cái bếp mặt trời đang hoạt động có hai loại ánh sáng chính: ánh sáng bình thường có thể trông thấy được và tia hồng ngoại vô hình. Khi bạn nhìn vào bên trong một cái bếp mặt trời, những tia sáng có thể nhìn thấy được có vẻ như cũng chẳng sáng hơn hay “mạnh” hơn loại ánh sáng mặt trời chiếu thẳng vào người chúng ta. Những  tia này thường không đủ nóng để làm phỏng da, và dĩ nhiên lại càng  không đủ mạnh để nấu ăn. Vì vậy, chúng ta dễ có cái cảm giác là không thể nấu nướng gì được. Trực giác cũng có phần đúng của nó vì những tia sáng nhìn thấy được đúng là không đủ mạnh để nấu ăn, nhưng có một hiện tượng không nhìn thấy được đang diễn ra.

Khi những tia sáng nhìn thấy được đập vào những vật dụng có mầu đen đặt bên trong bếp, năng lượng của chúng bị hấp thu bởi các vật màu đen này và dội trở ra dưới dạng tia hồng ngoại (infrared light). Chúng ta không nhìn thấy những tia này nhưng có thể cảm nhận được chúng hay không ? Được thôi ! Có bao giờ bạn đứng cách khá xa một đống lửa lớn vào một đêm lạnh lẽo nào đó và cảm thấy cái ấm áp của ngọn lửa tỏa vào mặt không ? Bản thân ngọn lửa không tiếp xúc vào người bạn đồng thời lớp không khí chung quanh bạn vẫn còn lạnh. Cái mà bạn cảm nhận trên làn da của mình chính là những tia hồng ngoại vô hình này.

Thế rồi những tia hồng ngoại này làm cái gì và đi đâu ? Liệu chúng có dội ngược lại, đi xuyên qua lớp kính và thoát ra khỏi cái bếp không ? Câu trả lời là không. Những tia này cố vượt qua lớp kính nhưng vì chúng có độ dài sóng (wavelength) khác với những tia sáng nhìn thấy được nên rốt cuộc bị nhốt lại trong bếp. Chúng dội lại, chạy ngang dọc tứ tung bên trong bếp mặt trời. Năng lượng ánh sáng tích tụ càng lúc càng nhiều cho tới khi nhiệt độ trong bếp lên đủ cao để nấu ăn.

Một câu hỏi khác : tại sao bếp mặt trời hình hộp không giữ nhiệt độ nóng được lâu dài, mãi mãi ? Nguyên nhân chẳng qua là khi nhiệt độ tăng càng cao thì tỉ lệ nhiệt bị rò rỉ, thất thoát xuyên qua vách bếp và tấm kính càng nhiều. Nhiệt độ bên trong bếp tiếp tục tăng cho tới khi năng lượng tạo ra trong bếp tương đương với năng lượng thất thoát ra ngoài.

Tới đây, như bạn đã thấy, nguyên lý hoạt động của bếp mặt trời cũng không đến nổi phức tạp lắm. Bạn có thể dùng mắt để nhìn những tia sáng mặt trời, dùng làn da để cảm nhận tia hồng ngoại và dùng trí tưởng tượng để hình dung hiện tượng ánh sáng bị chuyển hoá rồi bị “nhốt” lại bên trong bếp. Qua đó, bạn có thể từ từ cảm nhận được cách tạo nhiệt để nấu ăn của một bếp mặt trời hình hộp (solar box cooker). Tương tự, chúng ta cũng có thể cảm nhận được những gì giữ cho cơ thể được ấm cũng chính là  những gì giữ cho thức ăn được nóng bên trong một cái bếp mặt trời hình hộp.

Tom Sponheim là Webmaster của “The Solar Cooking Archive”