Tương lai của điện học không dây Trong tương lai không xa, điện học không dây có thể thay thế hết các tuyến cáp cấp điện hiện có mặt khắp nơi. Trong bài, Aristeidis Karalis bàn về một phương pháp mới mang tính cách mạng của việc truyền tải điện không cần dây dẫn. Vị thẩm phán lái xe về muộn trong một đêmmùa đônglạnh giá. Vừa vào ga ra, đènbáo sạc điện trên chiếc xe hơi điện cấp nguồn không dây của ông bật sáng. “Cuối cùng đã tới nhà rồi”, ý nghĩ lóe lên trongđầu ông.Ônggiơ chiếcthẻ thông minh chứa thôngtin cá nhân của ônglên trướcdetectorcửatrước để đi vào trong. Ông nghemột tiếng bíp “tích điện” phát ra từ chiếc điệnthoại diđộng củamình. Con trỏ chuộtnhấp nháy trên bức e-mail mới hoàn thành một nửatrên cái laptop đã đợi suốt cả ngày ở trên bàn. Ôngcầm chiếc máytính lênvà tiến về phía bàn làm việc.“Chào buổi tối, ông chủ. Cái áo khoác của ngài nóng rồi đấy”, con rô-bôt quản gia từ trong bếp vọng gia nhắc nhở ông. Cởi bộ quần áo điện ra, ôngngồi vào chiếc ghế bành y tế.Trái tim nhân tạo của ông giờ đang đập nhanh lên. Ảnh: Sheila Terry/Science Photo Library Truyện khoa họcviễn tưởngthường khai thác nhữngkhát vọngđang gặp vướngmắc củaxã hộivà ý nghĩacủa việc đề phòngtrước những phép màu công nghệ nhất địnhxảy ra. Một xã hội không có đường cápđiện sẽ trông thật đẹp như trong đasố truyện khoahọc viễn tưởng. Thật vậy, ngày nay chúng ta đangsống trong “kỉ nguyên không dây”, trong đó khôngkhí mà chúngta vẫn thở có khả năng chứa nhiều thông tin hơn là oxygen. Tuynhiên, đây cũng là thờiđại mà điệnthoại di động,máy hát nhạc MP3,laptopvi tínhvà các rô-bôt giadụng tồn tại song song bên cạnh hệ thống dây dẫn điện kiểu cũ và pinkhối. Khônggiốngnhư thông tin, điện năngvẫn bị giới hạn vật lí vớinhững thiết bị lỗi thời córanh giới này. Việc vượt quanhữngcản trở này cuốicùngsẽ làm cho thế giới này thành một thế giới thật sự không dây. Khoa học ư? Vâng. Hay làviễn tưởng?Chưachắc đâu. Mọithứ bắt đầu cáchnay vài năm trước khiMarinSoljačić,một nhà vật lí tạiViện Công nghệ Massachusetts(MIT) ở Mĩ, đang lái xe về nhà trong một đêm mùa đông lạnh giá và ông nghethấymột tiếng bipkhó chịu phát ra từ chiếc điện thoại di độngcủa ông. Đó là một báo hiệu bực bội rằngpin điện thoại lại đang cạn rồi. Rồi ý tưởng đột ngột đến với Soljačić là nếu chiếc điện thoại có thể tự quản lí việc tích điện củanó thì điều đó thật tốtbiết mấy. Sánghôm sau,ông trở lại phòng làm việc của mình tại MIT,quyết định đi tìm lời giảicho bài toán. Tìm kĩ lưỡng trongsách vở sẽ thấy ngay rằng sự truyền điện không dây không phải là mộtý tưởnggì mới mẻ. Ngược về những năm1890,Nikola Tesla, một trong nhữngnhà tiênphongvĩ đại của điện từ học, là người đầu tiên dự tínhrằng điện năng, khi ấy là một dạng năng lượngmớitìmra, sẽ được phân phối đến mọi nhà, trong mọi thành phố, ở mọiquốc giatrên khắp hành tinh.Tuy nhiên, Teslakhông nhìn thấy trước rằng người ta sẽ sẵn sàng kéo dâyđi khắpđịa cầuđể sử dụngđiện. Thay vào đó, ông mơ đến một phương thức truyền tải điện năng khôngdây trên nhữngcự lidài. Điều này cóthể thu được bằng cách sử dụng những bộ cộnghưởngđiện từ kép to lớn có khả năng phát ranhững điện trườngrất lớn, nghĩa là có khả năng truyền đi hoặc qua sự dẫn trêntầng điện li (có lẽ có những tia lửa điện dữ dội) hoặc qua Trái đất (có lẽ qua sự ghép cặp trung gian với sự cộnghưởng điện tíchcủaTrái đất, cái gọi là cộnghưởngSchumann). Hình ảnhtiêu biểu của nhữngnỗ lực của Tesla nhằm đạt tới mục tiêu này là Tháp Wardenclyffe, cấutrúc cao 57 mtrênđảo LongIsland với mongmuốn phân phối điện năngđến toàn bộ hànhtinh. Việc xây dựngbị gián đoạn khoảng năm 1905, không phải vì phươngpháp bị xem là không thực tiễn hoặc nguyhiểm, mà bởi vì nhà tài trợ, nhà tư bản và ông chủ nhà băng danhtiếngJ P Morgan,lo ngại rằng sẽ không cócách nào tínhtiềnvới những người dùng điện ở xa.Ngày nay, hơn một thế kỉ sauthời Tesla, điện năng đã đi tớihầu như mọi nhà qua mạnglưới điện toàncầu. Dẫu sao,sự phản đối của J P Morgan cũng đã đặt dấu kết thúc sớm cho nỗ lựcđầu tiên nhắmtới điện học không dây. Không cần gắn dây Ngày nay,chúng ta biết có nhiều phương pháptruyềnđiện mà không cầndây dẫn. Thí dụ đơn giảnnhất là bức xạ điện từ,ví dụ như sóngvô tuyến.Các anten bức xạ theo mọi hướnglà một trong nhữngcông nghệ được sử dụng rộng rãi nhất,chúng được tậndụngtối đa trong việc cung cấp dịch vụ Internetkhông dây, điện thoại di động, radiovà truyền hình. Những anten này thường hoạt động ở ngưỡngtần số MHz-cao/GHz-thấp. Mặc dù những anten nàyhoạt động tốt và thích hợp chosử dụngvới máy thu diđộng,vì chúng có thể hoạt động ở mọi hướng và không cần một hướng nhìn thẳng đến máy thu, nhưng chúng rất khônghiệu quả. Chỉ một phần hết sức nhỏ của nănglượng bức xạ theo hướng của máy thu thật sự được thu nhận, vì đa phần bức xạ bị thất thoáttheo mọi hướng khác. Việc sử dụng anten định hướng cao,ví dụ như anten chùmvi sóng,trên nguyên tắcgiải quyếtđược vấn đề này và thu được hiệu suất cao trong việc truyền điện cả trên nhữngcự li dài (tức là hàng km). Mặt khác, loại antennày yêu cầu một đường nhìn không bị đứt quãng,tức làđòi hỏi một cơ chế lài chùm vàtheo vết dụng cụ phức tạp. Đồng thời, các chùm bức xạ tập trung điện năngcao cóthể gây nguyhiểm.Một giải pháp khác cho antenlà sử dụng máy biến ápcảm ứng,một dụng cụ thườngsử dụngtrong các mạchđiện và độngcơ điện (ví dụ bàn chải điện và bộ nạp điện).Máy biến áp thường hoạt độngđến tần số trung-kHz.Về cơ bản, nóbiến đổi điện năngtừ một mạchđiện này sangmạch điện khác thông quasự cảm ứng:từ thông biến thiên theo thời gian gâyra bởi cuộn dây sơ cấp đi qua cuộnthứ cấp và cảmứng trong nó một điện áp. Các cuộn sơ cấp và thứ cấp thườngkhông đượcnối với nhautrên phươngdiệnvật chất, vì vậy phươngpháp này làkhông dây. Máy biếnáp có thể rất hiệu quả nhưng khoảng cách giữa các cuộndây phải rất nhỏ (thườnglà vài milimet).Đối với những khoảng cách bằng vàilần kích cỡ các cuộn dây, hiệu suất giảm đi đáng kể.Phần cơ sở vật lí chođa số các phương pháp hiện có cho sự truyền tải điệnkhôngdây là nguyên lí cơ bản của sự cộng hưởng:tínhchất của nhữnghệ vật lí nhất định daođộng với biên độ cực đại ở những tần số nhất định. Với bất kì loại kích thích nào (cơ, âm, điện từ, hạt nhân)có một tầnsố cho trước, một máy thu sẽ thu nhận năng lượng truyềntải hiệu quả chỉ khi nó được thiết kế để cộng hưởngở tần số kích thích đó. Chỉ khi đó thì những kích thíchliên tiếp saumỗi chu kì dao động cộnggộp kết hợp cùng phavàdẫn tới sự tích góp năng lượng bên trong máy thu.Để minh họa, hãy xét 100cốc thủytinh chứađầy rượu ở mức khác nhau saocho chúngủng hộ sự cộng hưởngâm ở những tần số khác nhau.Giờ thì hãy để một tay chơi ghita điện tạora và duytrì mộtnốt rất rõràng. Chỉ một trong các cốc,cái cộnghưởngvới tần số của nốt này, sẽ phản ứng vớikích thích, co giãn nên nócó thể thậm chí bị vỡ, trong khiphần còn lại sẽ vẫn không bị ảnh hưởnggì. Tương tự, chúng ta điều chỉnh antenđiện từ của mộtmáy radiocho cộng hưởng với tần số của đài phát mà chúng ta muốn nghe. Nhiều máy biến ápsử dụng trong mạng lưới điện vàở mọi nơi cònđược thiếtkế khai thác sự cộng hưởng để tăng cường sự truyền công suất. Những điều thú vị về Nhật thực Quan sát hiện tượng nhật thực dài nhất thế kỷ đang diễn ra, nên tìm hiểu và biết thêm nhiều điều kỳ thú của hiện tượng thiên văn gần gũi với loài người xưa nay này Đó lànhững con số và sự kiện thú vị sauđây Thời gian nhậtthực toàn phần dài nhất là 7phút 30 giây. Tại Bắcvà Nam cực không bao giờ thấy nhật thực toànphần mà chỉ một phần. Nhật thực giống hệt nhau (kể cả một phần, vành khuyênvà toàn phần) cứ 18 năm 11 ngày (6.585,32ngày) sẽ xảy ra một lần (gọi là chu kỳ Saros). Nhật thực bắt đầu lúc mặttrời mọcở một điểm nàođó trên lộ trìnhcủa nó và kết thúc lúcmặttrời lặn tạiđiểm cách điểm banđầu khoảng nửavòng Trái đất. Số lần nhật thực (toàn phần, vành khuyên, một phần) tối đa là 5 lần trong một năm. Có ít nhất 2 lần nhật thựctrong mộtnăm ở một nơi nào đó trên Trái đất. Nhật thực toàn phần không nhậnthấy được chotới khiMặt trời bị Mặt trăngche khuấttrên 90%.Nếu mặt trờibị che khuất đến 99%, ánh sáng ban ngày giống như lúc hoànghôn Bóng của nhật thực chuyển động 1.770km trong 1 giờ tại xích đạo và lên tới 8.046km trong một giờ gần các cực Chiềurộng của dải nhật thực là 269km. Cứ 1,5 năm mới có nhậttực toàn phần mộtlần. Nhật thực một phần có thể nhìn thấy được trên dải nhật thực dàitới 4.828 km. Trướckhi phát minh ra chiếc đồng hồ nguyên tử,việc nghiên cứu các văn bản cổ về nhật thựccho phépcác nhàthiên vănpháthiện ra rằngTrái đấtmỗi thế kỷ quay chậmđi 0,001 giây. Chỉ quan sát nhật thực mànăm 130trướccông nguyên nhà thiên vănHy Lạp Hipparchus tính đượckhoảng cách từ Trái đất tới Mặt trăng, chỉ sai 11% với số đo ngày nay. Cũng từ quan satnhật thực mà năm 1668 nhà thiên văn học người Anh là JosephLockyer và người Pháp là PierreJanssenđộc lậpvới nhaucùngphát hiện ra khí trơ Heli(xuấtphát từ chữ Helioslà Thần Mặt trời) trong nhật hoa của Mặt trời. Khi nhật thực xảyra cácgia súc vàgia cầmở vùng dảinhật thực đi qua thường chuẩn bị đi ngủ hoặc có hành vi hoangmang,rối loại khinhậtthực toàn phần. Nhiệt độ giảm xuống rõrệt. . Tương lai của điện học không dây Trong tương lai không xa, điện học không dây có thể thay thế hết các tuyến cáp cấp điện hiện có mặt khắp nơi. Trong bài,. cho nỗ lựcđầu tiên nhắmtới điện học không dây. Không cần gắn dây Ngày nay,chúng ta biết có nhiều phương pháptruyềnđiện mà không cầndây dẫn. Thí dụ đơn giảnnhất là bức xạ điện từ,ví dụ như sóngvô. cách mạng của việc truyền tải điện không cần dây dẫn. Vị thẩm phán lái xe về muộn trong một đêmmùa đônglạnh giá. Vừa vào ga ra, đènbáo sạc điện trên chiếc xe hơi điện cấp nguồn không dây của ông