Đề tài Sóng điện từ và một số ứng dụng

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

MỤC LỤC 2

Chương 1. LỊCH SỬ SÓNG ĐIỆN TỪ 4

1.1 Sự tiên đoán về sóng điện từ của Maxwell năm 1864 4

1.1.1 Vài nét tiêu biểu: 4

1.1.2 Sự tiên đoán về sóng điện từ của Maxwell 5

1.2 Heinrich Hertz xác nhận ý tưởng của Maxwell 6

1.2.1 Vài nét tiêu biểu 7

1.2.2 Thí nghiệm của Hertz về sóng điện từ 8

Chương 2. PHƯƠNG TRÌNH SÓNG ĐIỆN TỪ 10

2.1 Khái niệm sóng điện từ 10

2.2 Hệ phương trình Maxwell mô tả trường điện từ tự do 10

2.3 Phương trình sóng điện từ 11

Chương 3. PHÂN LOẠI SÓNG ĐIỆN TỪ 13

Chương 4. ỨNG DỤNG SÓNG ĐIỆN TỪ 15

4.1 Radio waves: 15

4.1.1 Định nghĩa 15

4.1.2 Lịch sử 15

4.1.3 Ứng dụng 16

4.2 Micro waves 20

4.2.1 Định nghĩa 20

4.2.2 Tính chất 20

4.2.3 Ứng dụng: Lò vi ba 21

4.3 T- rays 22

4.3.1 Định nghĩa 22

4.3.2 Lịch sử 22

4.3.3 Ứng dụng 23

4.4 Infrared (Tia hồng ngoại) 27

4.4.1 Định nghĩa 27

4.4.2 Lịch sử 27

4.4.3 Tính chất 28

4.4.4 Ứng dụng 29

4.5 Visible light 35

4.5.1 Định nghĩa 35

4.5.2 Ứng dụng 36

4.6 Ultra Violet ( Tia tử ngoại) 40

4.6.1 Định nghĩa 40

4.6.2 Lịch sử 40

4.6.3 Tính chất 41

4.6.4 Ứng dụng 41

4.6.5 Tác hại 43

4.7 X rays 44

4.7.1 Định nghĩa 44

4.7.2 Tính chất 45

4.7.3 Ứng dụng 45

4.7.4 Tác hại 48

4.8 Gamma rays 50

4.8.1 Định nghĩa 50

4.8.2 Ứng dụng 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

 

 

doc58 trang | Chia sẻ: netpro | Lượt xem: 5451 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Sóng điện từ và một số ứng dụng, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
phát triển một công nghệ mới cho phép nhìn xuyên vật thể để có thể phát hiện ra các chất nguy hiểm trong các bưu kiện hoặc được che giấu bên dưới lớp vải bọc. Trưởng nhóm nghiên cứu M.Wanke cho biết công nghệ này có thể dùng để phát hiện chất nổ, súng đạn hoặc là một chất độc hại nào đó bất kể là chúng được ngụy trang như thế nào. Ngoài ra, nhiều loại vật liệu thông dụng, như quần áo, chất dẻo, bao bì và gỗ trở nên trong suốt dưới ảnh chụp terahertz. Công nghệ này chủ yếu dựa vào việc phân tích bức xạ terahertz. Bằng việc phân tích các tần số phát xạ của vật thể, người ta có thể tìm ra tính chất vật lý và hóa học của đối tượng đang xem xét. Các vật liệu sẽ hấp thụ bức xạ này ở những tần số khác nhau, tuỳ vào mỗi loại. Dựa trên tần số hấp thụ - đặc điểm duy nhất giống như "dấu vân tay" - các nhà nghiên cứu có thể xác định được những loại chất nổ và ma tuý nào đó. Chẳng hạn, một chiếc phong bì chứa chất bột màu trắng trông bí ẩn và có vẻ nguy hiểm với mắt thường. Nhưng với sự giúp đỡ của ảnh chụp tia T, nhân viên bưu điện có thể xác định ngay thứ bột này có chứa aspirin hay methamphetamine (một chất gây nghiện) hay không. Các khối thuốc nổ cũng sẽ dễ dàng được xác định dù đã giấu kỹ trong túi xách. Ngay đến cả các tác nhân sinh học cũng đều không thoát khỏi tầm kiểm soát của tia T. Giáo sư Zhang và các cộng sự của Viện Rensselaer đã chứng minh được là tia T có khả năng xác định sự có mặt của vi khuẩn gây bệnh than, một tác nhân sinh học từng gây kinh hoàng cho nước Mỹ sau vụ khủng bố 11/9. Những ứng dụng hết sức thực tiễn này đã khiến Cơ quan phụ trách các Chương trình nghiên cứu tiên tiến về quốc phòng Mỹ (DARPA) quyết định tài trợ 18 triệu USD để phát triển các ứng dụng của tia T trong lĩnh vực an ninh và chống khủng bố. Tia T còn phát hiện các loại vũ khí được che dấu tinh vi, kể cả vũ khí bằng vật liệu phi kim loại. Hiện tại, TeraView, công ty đầu tiên khai thác thị trường thiết bị tia T, đã chế tạo được loại máy quét xách tay kí hiệu TPI có khả năng phát hiện tất cả các loại dụng cụ, mà từ trước đến nay không thể quan sát được bằng các loại máy quét hiện có. Thiết bị TPI cũng phát hiện được cả những đồ vật phi kim loại vùi dưới một lớp đất hoặc cát có độ sâu không lớn. Ứng dụng này mở ra hướng mới trong việc chế tạo máy dò mìn đa năng, xác định được cả các loại mìn có vỏ bằng vật liệu nhựa vốn không thể dò được bằng máy. Mặt khác, với tính năng đâm xuyên qua cả các lớp bê tông rất dày, tia T cũng cho phép “quay phim” thường xuyên hoạt động của các nhóm khủng bố đang cầm giữ con tin trong các khu nhà biệt lập, điều mà chưa có một công nghệ nào từ trước đến nay thực hiện được. Vấn đề là cần phải có một thiết bị để “đọc” hình ảnh sau khi cho tia T xuyên qua. “Để thu được thông tin về một loại vật liệu sau khi chiếu tia T qua, chúng tôi sử dụng các thiết bị thu đặc biệt, có cấu tạo tương tự như thiết bị phát bức xạ”- Ông Patrick Mounaix, Giám đốc phụ trách nghiên cứu tại Trung tâm Vật lý Phân tử Quang học thuộc Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia Pháp (CNRS), giải thích. Sau khi đối chiếu tính chất của bức xạ ban đầu với bức xạ thu được về sau, các chuyên gia sẽ xác định được cấu tạo của vật liệu phân tích. Chẳng hạn, sau khi quét một vật liệu bằng một chùm tia T và vật liệu này hấp thụ một bức xạ có tần số nào đó, trên quang phổ thu được sẽ xuất hiện một “lỗ hổng”. Đối chiếu với dữ liệu lưu trữ (gọi là dấu hiệu hoá học nhận biết), người ta sẽ suy ra bản chất của loại vật liệu đó. Nguyên tắc này hoàn toàn khác với việc sử dụng tia X, do hình ảnh chụp bằng X quang hiện rõ trên phim âm bản. Tuy nhiên, với thiết bị thu đặc biệt, người ta cũng tái hiện được hình dạng của các vật thể có chứa nước, chẳng hạn như cơ thể con người. Tia T có khả năng trở thành một lọai vũ khí mới rất mạnh trong cuộc chiến chống tội ác và cũng có thể chiếu xuyên qua thời tiết xấu, bụi bặm hoặc khói tốt hơn tia hồng ngọai hoặc các hệ thống dò tìm khác. Trong y học Tia T có năng lượng thấp, cho nên có thể được dùng an tòan đối với người, không giống như tia X. Các nhà khoa học tin rằng do khả năng thâm nhập nông cạn vào cơ thể con người, tia T sẽ có thể đựơc dùng để scan lớp biểu bì hoặc, nhờ ống thông, scan ruột và các cơ phận khác để dò tìm những dấu hiệu của ung thư. Giáo sư Đại học Adelaide Derek Abbott nói:”Một trong những khám phá quan trọng gần đây là tia T cũng có khả năng dò tìm ung thư. Úc đang tham gia cuộc chạy đua khoa học to lớn trong việc nghiên cứu vấn đề này”. Vì vậy, tia T đang được sử dụng tại một số bệnh viện như là một công cụ chẩn đoán mới nhằm tìm kiếm những khối u. Các nhà khoa học tại Đại học Liverpool, Anh, hy vọng có thể tiêu diệt những tế bào ung thư da bằng việc chiếu bức xạ terahertz. Các công ty dược cũng sử dụng những giải pháp công nghệ cao, điều chỉnh hàm lượng thuốc mà không cần đặt tay vào đó. Kỹ thuật chụp ảnh Terahertz thậm chí còn đo được độ dày của lớp vỏ áo bọc ngoài một viên thuốc. Một vài ứng dụng khác Các hãng sản xuất thuốc lá như Phillip Morris đang tìm kiếm những cách thức mới để sử dụng tia T trong việc kiểm soát chất lượng trong nhà máy. Với sự giúp đỡ của một hệ thống chụp ảnh tia T, do công ty Picometrix có trụ sở tại Michigan chế tạo, NASA có thể phát hiện ra những khiếm khuyết nhỏ của lớp xốp cách nhiệt trên các tàu con thoi. Ngoài ra, tia T còn có nhiều ứng dụng thiên văn quan trọng khác. Đài quan sát vũ trụ Herschel, một vệ tinh dự kiến được phóng vào năm 2008 là phiên bản terahertz của kính thiên văn Hubble. Tại Chile, người ta cũng đang xây dựng trung tâm ALMA, sẽ theo dõi bước sóng terahertz với hy vọng phát hiện các vật thể trong giai đoạn nguyên thủy của vũ trụ. Với những tính chất đặc biệt như vậy, tia T đang hấp dẫn giới nghiên cứu trên khắp thế giới. Các kỹ sư của trường Đại học Utah đã đạt được bước tiến ban đầu hướng tới chế tạo các máy tính siêu tốc hoạt động dựa vào ánh sáng viễn-hồng ngoại thay cho điện. Họ đã tạo ra được thiết bị tương đương các dây dẫn để mang và bẻ cong dạng ánh sáng này, còn được gọi là bức xạ terehertz.Cho tới nay, việc tạo ta tia T vẫn còn khó khăn, nhưng các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Harvard (Mỹ) mới đây đã có một sáng chế về tạo nguồn tia T ở nhiệt độ phòng. Các nhà khoa học ở phòng thí nghiệm quốc gia Argonne (Mỹ) đang phát triển một loại máy phát tia T di động. Các hệ thống nhận dạng thụ động độ phân giải thấp thu nhận được sự phát ra của tia T tự nhiên đã có trên thị trường: Cảnh sát ở Wayne County Sheriff (Detroit, Mỹ) đang thử nghiệm một loại máy quét tia T của Công ty ThruVision (Anh) tại các phiên toà xét xử tội phạm trong khu vực. Hình 4.2. Ảnh tia T cho thấy vết xước trên chắn bùn của xe hơi, mà các loại ảnh thông thường không nhìn thấy Hình 4.3. Tia T được sử dụng để chụp ảnh một chiếc lá khi bị khử nước và sau khi bổ sung nước Hình 4.4. Công nghệ mới có thể "nhìn thấy" chất độc hại trong hành lý. Infrared (Tia hồng ngoại) Định nghĩa Tia hồng ngoại là bức xạ điện từ có bước sóng dài hơn ánh sáng khả kiến nhưng ngắn hơn tia bức xạ vi ba. Tên "hồng ngoại" có nghĩa là "dưới mức đỏ", màu đỏ là màu sắc có bước sóng dài nhất trong ánh sáng thường. Tia hồng ngoại có thể được phân chia thành ba vùng theo bước sóng, trong khoảng từ 700 nanômét tới 1 milimét: cận hồng ngoại (nằm vượt quá khu vực màu đỏ trong quang phổ nhìn thấy được), hồng ngoại trung bình (có bước sóng từ 1,3 đến 3 micrô-mét) và nhiệt hồng ngoại (bước sóng từ 3 đến 30 micrô-mét). Lịch sử Nhà Thiên văn học, Sir William Herschel đã khám phá ra tia hồng ngoại vào năm 1800. Ông đã tự chế tạo cho mình các kính thiên văn với ống kính và gương. Ông biết rằng ánh nắng mặt trời có thể vẽ nên rất nhiều màu sắc bằng phổ của nó và cũng là nguồn phát nhiệt. Herschel muốn biết cụ thể màu nào phát sinh nhiệt trong chùm ánh sáng mặt trời. Ông ta đã làm thí nghiệm với lăng kính, bìa giấy và nhiệt kế với bóng sơn đen để đo lường nhiệt độ từ các màu sắc khác nhau. Herschel quan sát sự gia tăng nhiệt độ khi ông di chuyển nhiệt kế từ ánh sáng màu tím đến ánh sáng màu đỏ trong cầu vồng tạo ra bởi ánh sáng mặt trời qua lăng kính, ông đã phát hiện ra rằng, điểm nóng nhất thật sự nằm phía trên ánh sáng đỏ. Bức xạ phát nhiệt này không thể nhìn thấy được, ông đặt tên cho bức xạ không nhìn thấy được này là “tia nhiệt” (calorific ray) mà ngày nay chúng ta gọi nó là tia hồng ngoại. Hình 4.5. Nhà Thiên văn học Sir William Herschel Tính chất Tác dụng nổi bật nhất của tia hồng ngoại là tác dụng nhiệt (tia nhiệt). Mọi vật thể có nhiệt độ cao hơn 0 0K đều bức xạ tia hồng ngoại: cơ thể người, bóng đèn dây tóc nóng sáng, Mặt trời, vật có nhiệt độ,…Độ dài sóng (tần số) bức xạ phụ thuộc vào nhiệt độ của vật. Phần lớn vật liệu ngăn cản tia sáng thường thì cũng ngăn được tia hồng ngoại: gỗ, giấy, kim loại,… Nhưng cũng có một số vật liệu ngăn được tia sáng thường nhưng không ngăn được tia hồng ngoại và ngược lại như: thủy tinh, GaAs,… Ánh sáng thường không thể xuyên qua các lớp sương mù, khói, mây dày đặc nhưng tia hồng ngoại có thể. Tia hồng ngoại đóng vai trò lớn trong hiệu ứng nhà kính. Ứng dụng Sử dụng tia hồng ngoại trong chế biến nông sản thực phẩm Tia hồng ngoại được phát hiện năm 1800 và sau này, những năm đầu của thập niên 1960 đã có rất nhiều nghiên cứu thành công về khả năng ứng dụng tia hồng ngoại vào lĩnh vực chế biến nông sản, thực phẩm. Nguồn hồng ngoại trong các thiết bị được phát ra với bước sóng 1,8–3,4 micron, và tia hồng ngoại được sử dụng trong việc chế biến nông sản, thực phẩm được xem như một thiết bị sấy khô nông sản vì dải biến thiên nhiệt độ trong thiết bị có thể từ 37oC – 2000oC. Nguồn năng lượng của tia hồng ngoại khi tiếp xúc với nông sản sẽ làm cho các phần tử rung động và dẫn đến sự tăng nhiệt độ bên trong sản phẩm một cách nhanh chóng cùng với sự gia tăng về áp suất hơi nước. Các hạt ngũ cốc, hạt đậu khi được chiếu tia hồng ngoại chỉ trong thời gian 50 giây, nhiệt độ bên trong hạt đã tăng lên 900oC hoặc với thời gian 90 giây, nhiệt độ đã tăng lên 1100oC. Tác dụng của tia hồng ngọai khi chiếu vào nông sản (đặc biệt là các loại hạt) sẽ tạo ra các sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, mùi vị thơm hơn, tinh bột trong hạt sẽ được hồ hóa triệt để hơn, không có hiện tượng lại bột, và như vậy khả năng tiêu hóa thực phẩm sẽ tốt hơn. Ví dụ hạt lúa mì được chiếu tia hồng ngoại thì khả năng tiêu hóa là 90%, trong khi đó sự tiêu hóa của những hạt lúa mì không chiếu tia hồng ngoại chỉ đạt 30%. Tia hồng ngoại khi chiếu vào nông sản còn làm tăng hàm lượng axit amin tự do, đồng thời ức chế một số enzymer bất lợi và do đó làm tăng khả năng tiêu hóa đậu tương lên rất nhiều. Hoặc khi chiếu tia hồng ngoại vào những hạt ngũ cốc có chứa axit béo, sẽ làm giảm họat tính các enzym (men) oxy hóa chất béo và nó sẽ hạn chế các quá trình oxy hóa chất béo khi bảo quản, hạt sẽ không bị ôi, khét và đắng. Mặt khác khi chế biến các sản phẩm thực phẩm ăn liền, tia hồng ngoại còn có tác dụng diệt khuẩn rất tốt mà không làm mất giá trị dinh dưỡng của nông sản thực phẩm. Một số sản phẩm thức ăn gia súc được chế biến sấy chín bằng tia hồng ngoại có tác dụng rất tốt đối với vật nuôi. Trong thực tế sản xuất hiện nay, người ta sử dụng tia hồng ngoại trong nhiều lĩnh vực chế biến như xử lý các loại hạt làm thức ăn gia súc, thanh trùng sữa tươi (với thời gian rất ngắn 15 giây), gia nhiệt bề mặt các sản phẩm để tạo màu sắc đẹp hơn (ví dụ các loại bánh nướng), sấy khô các loại dược liệu, sấy khô các loại gia vị mà màu sắc ít biến đổi. Người ta còn dùng tia hồng ngoại để nướng bánh, sản xuất thực phẩm ăn nhanh và ngũ cốc dinh dưỡng (cereals) dùng trong điểm tâm. Chữa bệnh bằng tia hồng ngọai là một ứng dụng khoa học của ánh sáng Tia sáng tập trung tại một vị trí đem lại các phản ứng vật lí như đốt, cháy,… cụ thể như sau: ánh sáng đi vào cơ thể mang theo năng lượng nhiệt, năng lượng này tạo ra do sự tập trung của nhiều tia sáng gọi là lượng tử. Lượng tử này phá hủy các tế bào và các mô bị tổn thương, chính vì thế nó rút ngắn lọai bỏ mầm bệnh giúp vết thương chóng lành. Ngoài ra, Tia hồng ngoại có thể giúp chẩn đoán bệnh nha chu: Các nha sĩ đã sử dụng hai dạng phổ hồng ngoại khác nhau: những phổ vùng hồng ngoại gần để đo tình trạng viêm ở những vị trí chuyên biệt trong miệng bệnh nhân, và phổ hồng ngoại giữa để xác định tình trạng chung của nhưng dấu chỉ sinh học khác nhau ở dịch nướu (GCF). Phương diện thẩm mỹ Người ta đã sử dụng ánh sáng nhìn thấy  và ánh sáng hồng ngọai, tuy nhiên điều trị bằng những ánh sáng này đã gây một ảnh hưởng mạnh mẽ trong việc điều trị sự nhuộm màu sắc tố da, bệnh lông tóc, và nhăn da. Kính nhìn đêm (Đôi mắt thứ hai) Tập hợp, khuếch đại và chuyển đổi ánh sáng hồng ngoại thành ảnh là cơ chế hoạt động của thiết bị nhìn đêm (kính nhìn đêm), giúp con người thấy rõ mọi vật trong bóng tối. Để biến ánh sáng hồng ngoại (mắt thường không nhìn thấy được) thành ảnh mà con người có thể nhìn thấy rõ, kính nhìn đêm sử dụng kỹ thuật tăng cường ảnh (image enhancement) hoặc kỹ thuật chụp ảnh nhiệt (thermal imaging).  Hình 4.6. Kính nhìn đêm Tăng cường ảnh: Với kỹ thuật tăng cường ảnh, kính nhìn đêm tập hợp những lượng nhỏ ánh sáng phát ra từ môi trường, như ánh sáng cận hồng ngoại, rồi phóng đại nó trong một quang phổ ánh sáng có thể nhìn thấy được. Ánh sáng cận hồng ngoại phát ra từ môi trường được một ống kính tập hợp và tập trung vào ống khuếch đại ảnh. Tiếp đó, một màn cảm quang âm cực (photocathode) cải biến ánh sáng này thành một luồng điện tử. Khi đi qua một tấm kính ảnh (plate) có các rãnh cực nhỏ, số lượng điện tử của luồng này sẽ được tăng lên gấp nhiều lần nhằm mục đích khuếch đại tín hiệu. Mặt bên kia của kính có một màn hình được tráng phosphor để tập hợp các điện tử phát ra và chuyển chúng thành ánh sáng nhìn thấy được để tạo thành ảnh. Ảnh tạo ra luôn là đơn sắc và màu đó tùy thuộc vào loại phosphor được dùng để tráng màn hình. Kính tăng cường ảnh loại đơn giản gồm có 1 thấu kính thông thường, 1 ống phóng đại ảnh và 1 thấu kính mắt (ocular lens). Tạo ảnh nhiệt : Phức tạp hơn loại kính phóng đại ảnh, loại kính tạo ảnh nhiệt tập hợp và phóng đại ánh sáng hồng ngoại trong một vùng quang phổ điện từ thấp hơn nhiều, chẳng hạn như ánh sáng nhiệt hồng ngoại phát ra từ những vật thể nóng. Ánh sáng nhiệt hồng ngoại phát ra từ môi trường được tập hợp và tập trung vào mạng ăng-ten định pha (phased array) qua sự hỗ trợ của một thấu kính. Mạng này sẽ tạo ra một biểu đồ nhiệt theo mẫu của ánh sáng chiếu vào nó, rồi chuyển đổi ánh sáng thành một chuỗi xung động điện. Chuỗi xung động này được gửi đến một bộ phận xử lý tín hiệu có vai trò biến tín hiệu thu được thành dữ liệu ảnh để hiển thị. Phần lớn kính nhìn đêm loại này có khả năng tạo ra ảnh có tốc độ khung hình là 30 khung/giây và có thể phát hiện nhiệt độ từ -20oC đến 2.000oC. Theo các chuyên gia, kính nhìn đêm có phạm vi ứng dụng rất rộng, nhất là trong các lĩnh vực an ninh, quân sự, bảo vệ pháp luật và theo dõi - giám sát. Nguồn năng lượng tương lai từ tia hồng ngoại Trong khi dùng các tấm biển hấp thụ ánh sáng mặt trời để chuyển chúng thành năng lượng, các nhà nghiên cứu thuộc phòng thí nghiệm quốc gia Idaho, Mỹ đã thí nghiệm một biện pháp thu thập mới: sử dụng tia hồng ngoại để thu được năng lượng năng suất cao chưa từng thấy. Nhóm các nhà khoa học do Michael Naughton (thuộc Trường Boston ở Chestnut Hill, bang Massachusetts, Mỹ) đứng đầu đã giới thiệu công trình nghiên cứu tại hội thảo quốc tế lần thứ 2 về đổi mới năng lượng do American Society of Mechanical Engineers tổ chức ngày 13/8 tại Jacksonville. Họ đã lắp đặt các thiết bị cảm ứng với độ dài của sóng hồng ngoại, dài hơn độ dài của ánh sáng nhìn bằng mắt thường (sóng này còn có thể đi xa hơn độ dài các tế bào quang điện hiện nay). Các nhà nghiên cứu đã sử dụng những tấm bảng dệt bằng hàng triệu ăng ten rất nhỏ, nhạy cảm với các quang tử IR của mặt trời và các nguồn khác. Đây là bước đầu tiên trong quá trình thu thập năng lượng với chi phí rẻ và cho sản lượng lớn. Các ăng ten có kích thước nano có thể thu hồng ngoại trung bình, như là hồng ngoại chiếu xuống trái đất, ngay cả lúc nửa đêm, sau khi đã hấp thụ năng lượng mặt trời suốt cả ngày. Trong khi đó, pin mặt trời đang được sử dụng hiện nay mới chỉ thu được những ánh sáng mặt trời nhìn thấy được, và mất tác dụng vào ban đêm. Hơn nữa, sau khi được phát triển thêm, những ăng ten nano này còn có khả năng hấp thụ sức nóng dư thừa của các đồ vật vào ban đêm, và chuyển dạng năng lượng lãng phí này thành điện năng. Những bộ phận nhỏ này được chế dưới dạng lò so xoắn bằng vàng, vạch trên cột trụ, dưới có poly-êtilen (một chất liệu thường được sử dụng trong các túi nhựa dẻo). Dale Kotter, một thành viên của nhóm nghiên cứu cho biết, trong số những loại sóng có tần số thấp của quang phổ điện từ được các nhà nghiên cứu khác đặt nhiều hi vọng  như là vi sóng, sóng hồng ngoại được quan tâm hơn cả. Ông cũng cho biết thêm, một trong những lí do quyết định chọn tia hồng ngoại là do tính chất vật lý của các chất liệu sẽ thay đổi khi chúng bị sóng này tác động. Họ đã thí nghiệm phản ứng của nhiều chất liệu, trong đó có cả đồng, vàng và măng gan, khi đặt chúng dưới tác động của tia hồng ngoại, thông qua xử lí bằng tin học để xác định các loại có hình dạng cấu tạo và có kích thước ăng ten tốt nhất. Mô hình hoàn hảo gồm tất cả các tham số này, sẽ cho phép thu được năng suất lên đến 92% lượng tia hồng ngoại, điều mà những thiết bị thu năng lượng mặt trời thông thường không thể đạt tới. Các nhà nghiên cứu đã tạo ra những nguyên mẫu đầu tiên được kiểm tra bằng tin học. Những chiếc ăng ten nano đã được cài theo cách thông thường bằng các đường vòng quanh vào một chiếc đĩa bằng silic, và chúng có khả năng hấp thụ đến 80% số lượng tia hồng ngoại được chiếu lên. Sau đó chúng được chuyển sang bước khắc lên phần cột trụ poly-êtilen tán mỏng và đã tiến gần đến bước thực hiện hấp thụ tia hồng ngoại. Tuy lúc này ăng ten vẫn còn trong quá trình kiểm tra, nhưng những kết quả đầu tiên cho thấy khả năng hấp thụ tia hồng ngoại của chúng lên tới 50-60%, hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu đề ra. Nỗ lực trở thành năng lượng gia dụng Tuy nhiên những kĩ thuật này cần được hoàn thiện thêm để có thể đưa loại năng lượng mới này vào sử dụng trong hộ gia đình. Việc chiếu các tia hồng ngoại lên ăng ten nano tạo ra dòng thay thế có tần số dao động lên đến 30 terahéc, điều này đòi hỏi phải có thiết bị nắn điện nhằm biến dòng này thành dòng liên tiếp. Tuy vậy, hiện giờ chưa có thiết bị nắn điện nào có thể chịu được tần số này, thậm chí cũng chưa có thiết bị phân tách nào có thể sử dụng để khai thác năng lượng này. Và các nhà khoa học còn đang cố gắng giải quyết vấn đề này. Nếu như vấn đề này được giải quyết, chúng ta sẽ có những thiết bị thu năng lượng mặt trời hiệu quả hơn, có năng suất cao hơn 20% so với năng lượng ánh sáng nhìn thấy bằng mắt thường. Các nhà khoa học đã phát triển và thực hiện lắp đặt các thiết bị phức tạp hơn, cho năng suất nhiều hơn, nhưng hiện chi phí cho những thiết bị này khá đắt nếu đưa vào sử dụng phổ biến. Để sản xuất được các thiết bị tương đối đơn giản bằng biện pháp cài lên các vật có giá rẻ, những ăng ten nano này cần phải chịu được nhiều tần số chiếu tia hồng ngoại khác nhau tùy theo kích cỡ và cấu tạo của chúng. Chúng có thể có lớp vỏ ngoài làm bằng các vật thông dụng khác nhau, như là máy tính xách tay hay là điện thoại di động, nhằm cung cấp cho chúng nguồn năng lượng liên tiếp và có giá rẻ hơn. Hình 4.7. Những ăng ten nano bằng vàng được cài thử nghiệm vào một con rệp bằng silic và hoạt động với tần số 30 terahezt Chuông báo động dùng tia hồng ngoại Chiếc chuông xinh xắn và nhỏ gọn này hoàn toàn dùng tia hồng ngoại để dễ dàng nhận ra sự chuyển động và tiếng động bên ngoài. Có thể gắn nó lên tường nơi cửa ra vào, hay để trên bàn làm việc. Người dùng điều chỉnh mặt nạ (ở vỏ ngoài mắt thần) để lựa chọn độ rộng của góc quan sát của mắt thần trong phạm vi lên tới 60 độ. Chuông tiêu thụ năng lượng (pin) ở mức thấp nhất, nhờ vào chức năng tự động ngắt chuông. Chuông có 3 giai điệu chuông êm dịu và 3 lựa chọn còi báo động. Nếu người sử dụng cài đặt chế độ chuông ở chế độ đón khách đến chơi nhà, đến liên hệ công việc ở công sở, chuông sẽ tự động phát ra giai điệu (nhạc) báo khách đến. Còn nếu cài đặt chuông ở chế độ báo động kẻ trộm vào nhà, chuông sẽ tự rú còi báo động, giúp chủ nhà phát hiện ra kẻ xâm nhập. Thiết bị nhận dạng bằng tia hồng ngoại cho điện thoại di động Công ty điện tử Canon (Nhật Bản) đã tung ra thị trường một thiết bị có kích thước nhỏ gọn với tên gọi "Canon Security Pendant IP-1" dùng để nhận dạng thông tin dành cho điện thoại di động do Canon chế tạo. Sản phẩm này được thiết kế nhằm bảo vệ thông tin trong các máy điện thoại đã được hỗ trợ công cụ nhận dạng bằng tia hồng ngoại. Khi khởi động điện thoại, IP-1 sẽ tiến hành nhận dạng các dữ liệu về người chủ của máy điện thoại đó nhờ vào mã tia hồng ngoại, giúp khách hàng tránh được tình trạng rò rỉ thông tin cá nhân do bị tấn công hoặc bị mất điện thoại. Hình 4.8. Điện thoại di động được hỗ trợ công cụ nhận dạng bằng tia hồng ngoại Visible light Định nghĩa Ánh sáng nhìn thấy có tần số khoảng từ 300THz đến 3000THz, bước sóng 380 – 750 nanometer. Ứng dụng Ứng dụng vô cùng quan trọng của ánh sáng nhìn thấy là giúp con người chúng ta nhìn thấy mọi vật và mọi vật có các màu sắc, hình dạng khác nhau. Ví dụ: Sữa bò có màu trắng: Sữa bao gồm 5% lactoza, 3,7% mỡ và 3,5% protein. Chất cazein giàu canxi là protein phổ biến nhất và sự kết hợp của cazein với một số chất béo tạo nên màu sắc cho món đồ uống ngon lành này.Màu trắng là màu tự nhiên của sữa, là kết quả của các bước sóng của ánh sáng nhìn thấy được chiếu vào mắt. Cazein và một số chất béo phản chiếu dải bước sóng rộng nên khiến sữa có màu trắng. Ngoài ra còn có nhiều ứng dụng khác: Đèn LED Điốt GaAsP với sự tái hợp trực tiếp và năng lượng lớn hơn 1,7eV cho ta ánh sáng nhìn thấy được. Với thể tích nhỏ, công suất thấp, đèn LED sử dụng trong mọi lĩnh vực quang báo. Tuổi thọ của LED cao hơn bóng đèn thông thường, khoảng 105 giờ (có thể sáng liên tục trong 10 năm). Trái với bóng đèn thông thường, đèn LED không hư ngay mà sau 105 giờ, đèn LED không hư ngay mà công suất phát quang của nó giảm đi một nửa. Ngoài công dụng chiếu sáng, đèn LED còn nhiều ứng dụng khác: Phương diện thẩm mỹ: Các nhà khoa học Đức đã chứng minh ánh sáng nhìn thấy có cường độ mạnh của đèn phát sáng diode (LED) có thể ứng dụng để xóa nếp nhăn, làm trẻ hóa khuôn mặt. Phát hiện này mở ra một hướng làm đẹp khác trong chuyên khoa thẩm mỹ mà không cần dùng tới dao kéo hay thuốc chống nếp nhăn Botox có nhiều tác dụng phụ. Báo cáo nghiên cứu của nhóm khoa học có đoạn viết nếu ứng dụng liệu pháp thẩm mỹ bằng ánh sáng LED mỗi ngày trong vòng vài tuần thì sẽ cho ra kết quả “da trẻ lại và có thời gian đàn hồi kéo dài, số lượng nếp nhăn giảm đi, nước da trông mơn mởn hơn trước”. Ánh sáng LED làm mất đi những phân tử nước có liên quan đến quá trình cố định protein elastin rồi từ từ khôi phục lại chức năng đàn hồi của elastin. Nhờ vậy, nó làm giảm các nếp nhăn ở mặt. LED thường được sử dụng trong các sản phẩm như điều khiển từ xa của tivi hay đèn giao thông… Người ta đã chỉ ra rằng ánh sáng nhìn thấy được của LED có cường độ mạnh đã được ứng dụng trong y khoa cách đây hơn 40 năm để làm vết thương mau lành.Bác sĩ Whelan một bác sĩ dẫn đầu về thần kinh học tại trường Đại học dược Wisconsin, trình bày rằng: ánh sáng được phát ra từ Điốt phát sáng (LED) có thể tăng cường sức khỏe cho các tế bào gấp 5 lần hơn các thiết bị thông thường. Trong những năm gần đây, ánh sáng LED cũng được sử dụng để điều trị một số bệnh ung thư não. Các đèn LED thế hệ kế tiếp có thể thay thế mạng WiFi? Các công nghệ hội tụ mới nhất đã vừa được các kỹ sư thuộc trường đại học Boston của Mỹ công bố. Từ nguồn trợ cấp nghiên cứu khoa học quốc gia, các nhà nghiên cứu đã phát minh ra mạng truyền thông dữ liệu vô tuyến hội tụ trong một bóng đèn thắp sáng bình thường. Các kỹ sư hi vọng sẽ sử dụng các bóng đèn LED nhẹ và có công suất thấp để thay thế mạng vô tuyến quang. Công nghệ vô tuyến hiện nay đã tạo ra một mạng dữ liệu vô tuyến song nó lại tiêu tốn nhiều nguồn và dễ bị tổn hại trước các tấn công từ bên ngoài. Các đèn LED mới này có thể truyền dữ liệu với thông qua các xung tốc độ cực nhanh của ánh sáng nhìn thấy được. Băng thông ban đầu được kỳ vọng là sẽ nằm trong dải từ 1-10Mbps. Bạn hãy tưởng tượng nếu máy tính, iPhone, TV, radio, bộ điều nhiệt tự động của bạn có thể thông tin với bạn khi bạn đang đi bộ trong phòng thông qua một chuyển mạch ánh sáng và không cần sử dụng bất cứ sợi cáp nào. Dường như là hơi hoang tưởng song điều này hoàn toàn có thể thực hiện đựoc với một mạng thông tin dựa trên đèn LED với công suất tiêu thụ thấp, độ tin cậy cao và không gây nhiễu điện từ. Cuối cùng thì hệ thống này được kỳ vọng sẽ được ứng dụng trong các thiết bị chiếu sáng. Mỗi bóng đèn LED có thể làm việc giống như một điểm truy cập vô tuyến (Wireless Access Point), cung cấp băng thông lớn hơn và giảm đáng kể tiêu thụ nguồn. Bởi vì mạng truyền thông quang dựa trên các đèn LED sử dụng các xung của ánh sáng thấy được, nên những người ngoài vùng phủ của mạng (bị che khuất bởi tườ

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docSóng điện từ và một số ứng dụng.doc