Báo cáo bài tập lớn (2021 2022) sự tạo thành sóng điện từ các ứng dụng của sóng điện từ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN (2021 2022) SỰ TẠO THÀNH SÓNG ĐIỆN TỪ CÁC ỨNG DỤNG CỦA SÓNG ĐIỆN TỪ LỚP L12, NHÓM 13 GVHD NGUYỄN THỊ[.]

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN (2021-2022) SỰ TẠO THÀNH SÓNG ĐIỆN TỪ CÁC ỨNG DỤNG CỦA SÓNG ĐIỆN TỪ LỚP L12, NHÓM 13 GVHD : NGUYỄN THỊ MINH HƯƠNG Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN (2021-2022) SỰ TẠO THÀNH SÓNG ĐIỆN TỪ CÁC ỨNG DỤNG CỦA SĨNG ĐIỆN TỪ Nhóm : ĐỀ TÀI SỐ 1.Trần Tấn Phong MSSV: 2114406 2.Đinh Quang Phong MSSV: 2114539 3.Lê Minh Quang MSSV: 2114502 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 PHẦN I: MỞ ĐẦU LỜI NĨI ĐẦU Vật lý mơn khoa nghiên cứu quy luật từ đơn giản đến tổng quát tự nhiên Nền móng vật lý vật lý cổ điển gồm nhiều lĩnh vực cơ, nhiệt, điện, quang , hạt nhân Đây kiến thức giúp người nghiên cứu, người giảng dạy, học sinh, sinh viên trình sâu tìm hiểu lĩnh vực khác Cùng với phát triển xã hội loài người vật lý sontrải qua nhiều giai đoạn phát triển đạt nhiều thành tựu đáng kể đời sống GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI Vật lý môn khoa học thực nghiệm nghiên cứu tượng xảy tự nhiên, có ứng dụng lớn lĩnh vực khoa học kỹ thuật hay Như ta biết, sóng điện từ chuyên đề quan trọng vật lý ứng dụng nhiều Sóng điện từ giúp ta hiểu rõ cầu nối “điện- từ học’’ “quang học” Từ lý thuyết sóng điện từ nhà khoa học sâu nghiên cứu đưa sóng điện từ vào ứng dụng nhiều lĩnh vực kỹ thuật thông tin liện lạc, y học, quân sự, … Với niềm đam mê vật lý nói chung đề tài sóng điện từ nói riêng, nhóm chúng tơi muốn sâu tìm hiểu kỹ sóng điện từ với đề tài “SỰ TẠO THÀNH SÓNG ĐIỆN TỪ CÁC ỨNG DỤNG CỦA SĨNG ĐIỆN TỪ” Thơng qua đề tài nhóm chúng tơi mong muốn đóng góp phần nhỏ việc tiếp cận lý thuyết sóng điện từ hy vọng tài liệu bổ ích cho người đọc LỜI CẢM ƠN Trong suốt q trình thực tiểu luận, nhóm chúng tơi nhận nhiều quan tâm ủng hộ, giúp đỡ tận tình thầy cơ, anh chị em, bạn bè Ngồi ra, nhóm gửi lời tri ân chân thành đến cô Nguyễn Thị Minh Hương, giảng viên hướng dẫn cho đề tài Nhờ có hết lịng bảo mà nhóm hồn thành tiểu luận tiến độ giải tốt vướng mắc gặp phải Sự hướng dẫn cô kim nam cho hoạt động nhóm phát huy tối đa mối quan hệ hỗ trợ trị mơi trường giáo dục Lời cuối xin lần gửi lời biết ơn sâu sắc đến cá nhân, thầy cô giành thời gian dẫn cho nhóm Đây niềm tin, nguồn động lực to lớn để nhóm đạt kết MỤC LỤC PHẦN I: MỞ ĐẦU LỜI NÓI ĐẦU .3 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI .4 LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC .6 PHẦN II: NỘI DUNG A Sự tạo thành sóng điện từ .7 Sóng điện từ hình thành 1.1 Hai luận điểm Maxwell .7 1.2 Sự hình thành sóng điện từ .9 Phân loại sóng điện từ số ứng dụng phổ biến 10 B Lò Vi Sóng – Một ứng dụng sống điện từ 11 Khái niệm lịch sử đời Lị Vi Sóng 11 Cấu tạo 11 Nguyên tắc hoạt động 12 Hiệu sử dụng .13 Những hạn chế sử dụng lò vi sóng cách khắc phục .13 KẾT LUẬN 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO 16 PHẦN II: NỘI DUNG A SỰ TẠO THÀNH SỐNG ĐIỆN TỪ Sóng điện từ hình thành nào? 1.1 Hai luận điểm Maxwell a/ Luận điểm - Khi đặt vịng dây dẫn kín vào từ trường vector B biến thiên, vịng dây dẫn xuất dòng điện cảm ứng, có chiều tn theo định luật Lenx Dịng điện xuất có điện tích dịch chuyển theo quỹ đạo kín tác dụng lực Dịng điện cảm ứng mang lượng lực tác dụng lực tĩnh điện - Maxwell cho dòng điện cảm ứng xuất điện tích dịch chuyển theo đường cong kín tác dụng điện trường lạ (phi tĩnh điện) vector E có đường sức khép kín Điện trường gọi điện trường xoáy Theo Maxwell, nguyên nhân xuất điện trường xốy có vector từ trường B biến thiên Từ ơng điến kết luận 1: “Mọi từ trường biến thiên theo thời gian sinh điện trường xoáy” - Luận điểm thứ Maxwell biểu diễn dạng định lượng pt gọi pt Mawxell – Faraday: cho biết mối liên hệ biến thiên từ thông diện tích mặt cắt vịng kín điện trường cảm ứng dọc theo vịng b/ Luận điểm - Thực thí nghiệm: Nguồn điện chiều mắc nối tiếp với tụ điện C chứa đầy điện mơi bóng đèn Đ Thực nghiệm chứng minh bóng đèn Đ khơng sáng Khi thay dòng chiều dòng xoay chiều đèn Đ sáng Mạch điện khép kín nào? - Theo quan điểm Maxwell dịng điện phải khép kín Ơng cho dịng điện xoay chiều khép kín tụ điện trường biến thiên vector D xuất tụ đó, coi điện trường biến thiên làm xuất dịng điện, gọi dịng điện dịch để khép kín mạch Khác với dịng điện dẫn (dịng điện tích chuyển động có hướng), dịng điện dịch khơng gây hiệu ứng Jun – Lenx không chịu tác động từ trường - Nhưng theo Mawxell, dịng điện giống chỗ gây từ trường Từ ơng xác nhận luận điểm thứ 2: “Mọi điện trường biến thiên theo thời gian làm xuất từ trường biến thiên.” - Xét dòng điện biến thiên chạy dây dẫn hình trụ xét tiết diện thẳng góc S có chu vi đường cong kín l áp dụng định lí Ampere dịng điện tồn phần ta có: - Đây phương trình Maxwell – Ampere áp dụng dịng điện tồn phần: Nó biểu diễn mối liên hệ định lượng vector từ trường H dòng diện dẫn, dòng điện dịch gây từ trường 1.2 Sự hình thành sóng điện từ - Vào năm 1887-1889, Heirich Hetz kiểm tra xác nhận thực nghiệm lý thuyết điện từ Maxwell Ơng nhận thấy sóng điện từ phản xạ, khúc xạ, hội tụ hồn tồn Maxwell tiên đốn sở hệ phương trình điện từ năm 1964 – 1973 - Hezt dùng nguồn điện xoay chiều cao tần nối qua ống dây tự cảm đến kim loại đầu có gắn cầu kim loại A B Như vậy, AB xuất điện từ trường biến thiên theo thời gian Nếu dùng dụng cụ phát hiện, ta thấy điểm khơng gian quanh AB có xuất điện trường từ trường biến thiên theo t Thí nghiệm Hezt xác nhận có trường điện từ biến thiên lan truyền không gian Q trình giải thích dựa vào luận điểm Maxwell - Giả sử điểm ta tạo điện trường biến thiên theo thời gian t - Theo luận điểm thứ Mawxell, điện từ trường biến thiên làm xuất từ trường biến thiên điểm lân cận Các từ trường biến thiên này, đến lượt mình, lại tạo điện trường biến thiên phù hợp với luận điểm thứ Mawxell Cứ thế, cặp vector E, vector B, hợp tạo thành trường điện từ lan truyền không gian dạng sóng, gọi sóng điện từ Phân loại sóng điện từ số ứng dụng phổ biến SĨNG ĐIỆN TỪ Tia Gamma Thơng tin liên lạc Tia X Phương pháp điều trị y tế Tia tử ngoại Ánh sáng nhìn thấy Tia hồng ngoại Khử trùng dụng cụ y tế phát vết nứt Công nghệ viễn thám Truyền thông sợi quang Sưởi ấm y học Các thiết bị điều khiển từ xa Vi ba Dùng nấu ăn Sóng vơ tuyến Rada, phát thiết bị dị tìm liên lạc vơ tuyến di động 10 B LÒ VI SỐNG – MỘT TRONG NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA SÓNG ĐIỆN TỪ Khái niệm lịch sử đời Lị Vi S óng *Khái niệm: Lị vi ba (cịn gọi lị vi sóng) thiết bị ứng dụng sóng vi ba để nấu chín thức ăn *Lịch sử đời lị vi sóng Có nhiều giả thiết đặt ra: Nam tước Spencer, kỹ sư vật lý hãng Raytheon – hãng chế tạo radar lớn giới – nhận thấy lượng tỏa ống sử dụng cho radar tạo nhiệt Năng lượng điện từ làm ông nảy ý : ông lấy nắm bắp khơ gói vơ tờ giấy đặt gói bắp vơ range ống tức khắc hạt bắp nổ thành bắp rang Sau ơng phát triển thành chương trình áp dụng cho nhà bếp giới thiệu lò vi ba theo kiểu Lúc có tên Radarange (do chữ Radar Range) Máy có công suất 1.600 watt Nặng, cồng kềnh đắt tiền, lúc đầu dùng cho bệnh viện tin quân đội Mãi đến năm 1967 hãng Amana, chi nhánh Raytheon đưa lò micro-waves thị trường Cấu tạo Gồm phần chính: Nam châm điện (Magnetron) Magnetron máy phát sóng cao tần (sóng vi ba) có cơng suất lớn, sóng vi ba tạo từ dao động điện tử khuếch đại nhờ magnetron hoạt động đèn điện tử cực Nó gồm hình trụ rỗng kim loại gồm cực dương anode người ta đặt lỗ hổng cộng hưởng để làm tăng tần số từ 50hz lên 2450hz Đối với mạch cộng hưởng trị số cuộn co bin tụ điện xác định tần số Ở trụ rỗng âm cực (catot) có dây để đốt nóng (filament) 11 Bên magnetron chân khơng, điện cực âm dương người ta dùng hiệu điện khoảng 2300 volt để tạo từ trường Từ trường làm di chuyển electron từ cực âm sang cực dương Mạch điều khiển nam châm điện (microontroller) Khác với nam châm vĩnh cửu có cảm ứng từ cố định, nam châm điện có cảm ứng từ thay đổi nhờ việc điều khiển dòng điện chạy qua cuộn dây Ống dẫn sóng (waveguide) Ống dẫn sóng thiết bị dùng để truyền dẫn sóng, sóng điện từ (bao gồm ánh sáng) hay sóng âm Tùy theo loại sóng mà ống dẫn sóng thiết kế chun biệt, ví dụ: ống dẫn sóng điện từ, cáp quang, ống dẫn sóng âm Đối với lị vi sóng ta dùng ống dẫn sóng điện từ Các ống dẫn sóng cấu tạo từ ống kim loại rỗng, từ ống dẫn điện môi rỗng đặc Các đường cáp điện cáp đồng trục coi dạng ống dẫn sóng Sóng lan truyền ống dẫn sóng, coi bị phản xạ qua lại thành ống (phản xạ bề mặt kim loại hay phản xạ tồn phần bề mặt điện mơi), khiến cho lượng sóng điện từ dẫn truyền lòng ống Buồng nấu (usable space) Ngăn nấu lồng Faraday gồm kim loại hay lưới kim loại bao quanh, đảm bảo cho sóng khơng lọt ngồi Lưới kim loại thường quan sát cửa lò vi sóng Các lỗ lưới có kích thước nhỏ nhiều bước sóng (12cm), nên sóng vi ba khơng lọt ra, ánh sáng (ở bước sóng ngắn nhiều) lọt qua được, giúp quan sát thức ăn bên Nguyên tắc hoạt động lò vi sóng Lị vi sóng hoạt động dựa ngun lý mạch cộng hưởng LC Trong lị vi sóng, sóng vi ba sinh từ nguồn magnetron, sóng có tần số cỡ 2500Mhz, tức bước sóng cỡ 10cm, mạnh cỡ 500W Sau đó, sóng dẫn theo ống dẫn sóng vào ngăn nấu phản xạ qua lại tường ngăn nấu, bị hấp thụ vởi thức ăn Các phần tử thức ăn thường dạng lưỡng cực điện (có đầu tích điện âm đầu tích điện dương) Những lưỡng cực điện có xu hướng quay cho nằm song song với chiều điện trường Khi điện trường dao động, phần tử bị quay nhanh qua lại Dao động quay chuyển hóa thành chuyển động nhiệt hỗn loạn qua va chạm phân tử, làm nóng thức ăn 12 Hiệu sử dụng lò vi sóng Tiết kiệm lượng Giảm thời gian nấu Thực phẩm giữ nhiều chất dinh dưỡng hương vị nguyên thủy Không cần pha thêm dầu, mỡ Dễ lau chùi Khơng tạo nóng bếp Dùng nước nên ăn chất dinh dưỡng Thực phẩm giữ nhiều chất dinh dưỡng hương vị nguyên thủy Rã đông thực phẩm mau để ngồi khơng khí Hâm nóng ăn dư mà khơng ăn khơ cháy dính với mà hương vị cịn ngun Bức xạ điện từ lị vi sóng khoảng 2,4Ghz, vật liệu bọc phủ lị có chất chống tia phóng xạ nên nhìn chung, lị vi sngs gây ảnh hưởng đến môi trường sức khỏe người Những hạn chế sử dụng lò vi sóng cách khắc phục Chỉ sử dụng vật dụng có chất liệu sành, sứ, gốm, thủy tinh, giấy chuyên dụng, không sử dụng đôg dùng kim loại để đựng thức ăn cho vào quay lị vi sóng để tránh nguy cháy nổ phóng tia lửa điện Khơng cho lị hoạt động khơng có thức ăn nước lị vi sóng khơng hấp thụ thức ăn tiếp tục phản xạ qua lại phá hủy lị, đó, nên thường xun để lị cốc nước Những thức ăn có vỏ màng mỏng, tích bên nóng lên có áp suất tăng, dễ gây tượng phát nổ, đó, cần phải xăm lỗ, bóc vỏ để tránh tượng Một số chất độc, gây bệnh nguy hiểm ung thư, từ bao gói chất dẻo mực in nhãn bao adipate, phtalate, benzophenone lẫn sang thức ăn đun nấu lò vi sóng, đó, cần tách bao bì khỏi thức ăn trước cho vào lị vi sóng 13 Khơng dùng lị vi sóng để nấu thịt lợn ướp thăn lợn hun khói, thực phẩm chứa nhiều nitrit, đun lị vi sóng, nitrit trở thành nitrosamin – phân tử gây ung thư mạnh Lị bi ba sóng có sơng suất lớn, đó, khơng nên vận hành lị lúc với nhiều vật dụng có cơng suất lớn khác Khơng nên bật lị vi sóng phịng có điều hịa nhiệt độ, khơng đặt lị vi sóng gần tivi radio, đặt lò cách xa bếp gas thiết bị khác có sinh nhiệt độ cao 14 KẾT LUẬN Qua tiểu luận nhóm mang đến kiến thức sóng điện từ qua luận điểm Maxwell thí nghiệm Hetz Từ hiểu chất ý nghĩ thực tiễn sóng nói chung sóng điện từ nói riêng Nhờ đó, ta thấy giá trị quan trọng sóng điện từ đời sống lĩnh vực : o sấy khô: Tiêu diệt sâu bọ có hạt sấy khơ, o Y học: Điều trị hen, amidan, phá ung thư gan, đau lưng, viễn thị, viêm gan, dị tìm tế bào ung thư, Chẩn đốn bệnh phá bỏ mơ, tế bào bị tổn thương, … o Ứng dụng lĩnh vực truyền thơng, truyền tín hiệu, wifi o Được ứng dụng để sản xuất lị vi sóng o Nghiên cứu thiên văn học: Quan sát thiên hà o Trong cơng nghệ: Nhìn xun vật thể, sản xuất vũ khí hạng nặng,… Và cịn nhiều ứng dụng khác mà sóng điện từ mang lại lĩnh vực nghiên cứu khoa học mà cịn đem lại giá trị tuyệt vời để phục vụ đời sống người Những thông tin ứng dụng liên quan đến sóng điện từ nhóm tổng hợp chia sẻ đến bạn Hy vọng với chia sẻ giúp bạn có thêm nhiều thơng tin sóng điện từ 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]: Vật lý đại cương A2, TPHCM, năm 2016 , NXB ĐHQG [2]: https://123docz.net/document/2839694-bai-giang-vat-ly-dai-cuong-a2-truongdien-tu.htm [3]: Vật Lý đại cương -tập 2,3, Lương Duyên Bình, NXB giáo dục [4]: https://www.physicsclassroom.com/class/circuits/Lesson-1/Electric-Fieldand-the-Movement-of-Charge [5]: https://studyrocket.co.uk/revision/gcse-physics-combined-scienceaqa/ combined-trilogy-electromagnetic-waves/uses-and-applications-ofelectromagnetic-waves [6]: https://baigiang.violet.vn/present/song-dien-tu-ung-dung-cua-no-lo-vi-song9304362 [7]: R A Serway and J.W.Jewett, Jr., Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, 9th ed., Brook Cole , 2013 16