skkn vận dụng phương pháp dạy học theo nhóm để dạy chủ đề thang sóng điện từ

Trong cách viết của sách giáo khoa * Thiếu: Thang sóng điện từ trải rộng từ sóng vô tuyến đến hết tia Gama được phân chia thành nhiều loại khá chi tiết trong tất cả các loại tài liệu lưu

I TÊN CỞ SỞ ĐƯỢC YÊU CẦU CÔNG NHẬN SÁNG KIẾN

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NINH BÌNH

III TÊN SÁNG KIẾN

- Tên sáng kiến: Vận dụng phương pháp dạy học theo nhóm để dạy chủ đề thang sóng điện từ

- Lĩnh vực áp dụng: Dạy học phần thang sóng điện từ Vật lí 12

IV NỘI DUNG SÁNG KIẾN

1 Giải pháp cũ thường làm

Thang sóng điện từ là một chủ đề khá rộng và quan trọng trong chương trình Vật lílớp 12, tuy nhiên cả cách viết của sách giáo khoa đến cách dạy của giáo viên hiện nay vôtình làm học sinh khó khăn trong việc lĩnh hội kiến thức và không có cái nhìn tổng quát

về nó Cụ thể các nhược điểm như sau:

a Trong cách viết của sách giáo khoa

* Thiếu: Thang sóng điện từ trải rộng từ sóng vô tuyến đến hết tia Gama được phân chia

thành nhiều loại khá chi tiết trong tất cả các loại tài liệu lưu hành trên thế giới đều chianhỏ thành khoảng 8 loại bao gồm:

- Sóng vô tuyến (Radio waves)

- Sóng vi ba (Micro waves)

- Sóng viễn hồng ngoại (T – rays)

- Tia hồng ngoại (Infrared)

- Ánh sáng nhìn thấy (Visible light)

- Tia tử ngoại (Ultra Violet)

- Tia X (X – rays)

- Tia gamma (Gamma rays)

Tuy nhiên sách giáo khoa của chúng ta chỉ chia thành 6 loại là:

- Sóng vô tuyến (Radio waves)

- Tia hồng ngoại (Infrared)

- Ánh sáng nhìn thấy (Visible light)

- Tia tử ngoại (Ultra Violet)

- Tia X (X – rays)

- Tia gamma (Gamma rays)

* Không tập trung: Do tính chất của các tia khác nhau nên khi viết sách giáo khoa các tác

giả đã buộc phải để các loại tia nói trên năng ở các chương khác nhau

- Sóng vô tuyến ở chương IV

- Ánh sáng nhìn thấy, tia hồng ngoại, tia tử ngoại, tia X ở chương V

- Tia gamma ở chương VII

b Trong cách dạy của giáo viên hiện nay

* Không có tiết hệ thống lí thuyết theo chủ đề: Đa số giáo viên hiện nay chỉ có tiết hệ

thồng kiến thức theo chương mà không hệ thống theo chủ đề được nếu kiến thức của chủ

đề đó nằm rải ở các chương khác nhau như trường hợp trên Hơn nữa tiết ông tập hệ

thống kiến thức thường chủ yếu dành thời gian để hệ thống lại các công thức là chính,việc ôn tập lí thuyết và mở rộng lí thuyết là không đủ thời gian

* Không phát huy được tính tích cực của học sinh: Việc tìm hiểu kiến thức hiện nay là

khá dễ dàng khi công nghệ thông tin và mạng Internet phủ sóng toàn quốc, tuy nhiên đa

số học sinh chỉ lĩnh hội được chút ít kiến thức viết trong sách giáo khoa Có nhiều phátminh ứng dụng mới được cập nhật thường xuyên trên mạng nhưng ngay cả các thày côcũng không biết còn học sinh thì lại không được định hướng để tìm hiểu

2 Giải pháp mới cải tiến

Sau một số năm dạy chương trình lớp 12 tôi nhận thấy các nhược điểm trên có thểgiải quyết được nếu chúng ta tiến hành dạy ôn tập theo chủ đề và chia nhóm phân nhiệm

vụ cho học sinh, cụ thể như sau:

a Chọn chủ đề: Thang sóng điện từ bao gồm các kiến thức sau: định nghĩa, lịch sử phát

hiện, tính chất, ứng dụng, tác hại… của các loại sóng sau:

- Sóng vô tuyến (Radio waves)

- Sóng vi ba (Micro waves)

- Sóng viễn hồng ngoại (T – rays)

- Tia hồng ngoại (Infrared)

- Ánh sáng nhìn thấy (Visible light)

- Tia tử ngoại (Ultra Violet)

- Tia X (X – rays)

- Tia gamma (Gamma rays)

b Chọn thời điểm tiến hành: Sau khi học xong chương V ta sẽ tiến hành ôn tập theo chủ

đề này vì học sinh đã được học tương đối đầy đủ kiến thức của thang sóng điện từ chỉ cònthiếu tia gamma, thời điểm này kiến thức cũng còn mới và học sinh còn nhiều động lựchứng thú để tìm hiểu sâu hơn

c Cách tiến hành

Bước 1 Hệ thống lại thang sóng điện từ một cách đầy đủ

PHÂN LOẠI SÓNG ĐIỆN TỪ

Tần số Bước sóng Ký hiệu Thông tin

3000 kHz 100 m M.F Radio - Sóng trung

Tần số Bước sóng Ký hiệu Thông tin

300 MHz 1 m V.H.F Radio - Sóng cực ngắn - TV Radar

30 GHz 1 cm S.H.F Vô tuyến viễn thông

E.H.F qua vệ tinh

3.1017 Hz 0,001µm

3.1018 Hz 1 A0

Tia cứng

Tia X quang3.1019 Hz 0,1 A0

Bảng Phân loại sóng điện từ theo bước sóng và tần số.

Bước 2: Chia nhóm và phân công nhiệm vụ

Nhóm 1: Tìm hiểu tiểu sử của Maxwell và Heinrich Hertz

Nhóm 2: Tìm hiểu định nghĩa, lịch sử, ứng dụng… của Radio waves

Nhóm 3: Tìm hiểu định nghĩa, lịch sử, ứng dụng… của Micro waves

Nhóm 4: Tìm hiểu định nghĩa, lịch sử, ứng dụng… của T- rays

Nhóm 5: Tìm hiểu định nghĩa, lịch sử, ứng dụng… của Infrared (Tia hồng ngoại)

Nhóm 6: Tìm hiểu định nghĩa, lịch sử, ứng dụng… của Visible light

Nhóm 7: Tìm hiểu định nghĩa, lịch sử, ứng dụng… của Ultra Violet ( Tia tử ngoại)

Nhóm 8: Tìm hiểu định nghĩa, lịch sử, ứng dụng… của X rays

Nhóm 9: Tìm hiểu định nghĩa, lịch sử, ứng dụng… của Gamma rays

Bước 3: Hướng dẫn cách làm việc theo nhóm

* Cử nhóm trưởng, cập nhật các thông tin liên lạc cho nhau bao gồm: Số điện thoại, điachỉ mail, đia chỉ facebook

* Giới thiệu tài liệu tham khảo (giáo viên nên photo phát cho toàn bộ học sinh)

- Nguyễn Hữu Chí (2003), Điện động lực học, nhà xuất bản Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh.

- Phạm Văn Đổng, Hoàng Lan (2002), Giáo trình điện động lực học và thuyết tương đối

- Phan Thanh Vân (2007), Giáo trình vô tuyến điện tử, Đại học sư phạm thành phố

- khoe-nhu-the-nao.htm

Bước 4: Các nhóm trưởng gửi lại kết quả báo báo nhóm cho giáo viên, đồng thời viết báo cáo tóm tắt để báo cáo trước lớp trong giờ học tiếp theo

Bước 5: Giáo viên tổng hợp kết quả, in thành tài liệu cho học sinh dùng để tham gia thảo luận đồng thời chia sẻ lên trang cá nhân

d Kết quả đạt được

Tôi đã tiến hành làm với lớp 12B1 trường THPT Yên Khánh B và thu được báocáo tổng hợp của các nhóm như sau:

Nhóm 1: Tìm hiểu tiểu sử của Maxwell và Heinrich Hertz

* James Clerk Maxwell, sinh ngày 13 tháng 6 năm 1831, tại Edinburgh,

Scotland), mất ngày 5 tháng 11 năm 1879 Ông là một nhà vật lý học người Scotland

Ông đã đưa ra hệ phương trình miêu tả những định luật cơ bản về điện trường và từtrường được biết đến với tên gọi hệ phương trình Maxwell Đây

là hệ phương trình chứng minh rằng điện trường và từ trường là

thành phần một trường thống nhất: điện từ trường Ông cũng đã

chứng minh rằng trường điện từ có thể truyền đi trong không

gian dưới dạng sóng với tốc độ không đổi là 300000 Km/s và

đưa ra giả thuyết ánh sáng là sóng điện từ

Có thể nói Maxwell là nhà vật lý học thế kỷ 19 có ảnh

hưởng nhất tới nền vật lý của thế kỉ 20, người đã đóng góp vào

công cuộc xây dựng mô hình toán học mới của nền khoa học

hiện đại Vào năm 1931, nhân kỉ niệm 100 năm ngày sinh của

Maxwell, Albert Einstein đã ví công trình của Maxwell là “ sâu

sắc nhất và hiệu quả nhất mà vật lý học có được từ thời của

Issac Newton”

* Heinrich Rudolph Hertz, nhà vật lý học

người Đức, người có công tìm ra sóng điện từ và hiệu

ứng quang điện, sinh tại Hamburg ngày 22-2-1857

Đầu tiên, ông học tại trường Đại học Tổng hợp Berlin,

là học trò xuất sắc của nhà bác học Helmholtz Hertz

nghiên cứu về tĩnh điện học và điện từ, góp phần to lớn

vào việc chế tạo ra máy vô tuyến điện

Năm 1887, ông công bố về những bài báo về

những dao động điện rất nhanh Hertz chế tạo một máy

phát dao động điện cao tần, gọi là "bộ rung Hertz" và

một "bộ cộng hưởng" để phát hiện những dao động

điện đó Với thiết bị như trên, ông xác lập được quá

trình cảm ứng và tương tác của các mạch điện

Năm 1888, ông đã thu được sóng điện từ đầu

tiên như thuyết Maxwell tiên đoán và đã chứng minh rằng sóng điện từ đồng nhất vớisóng ánh sáng, rằng sự di chuyển của ánh sáng và điện cùng nhanh như nhau và các tiaCathode có thể xuyên qua những tấm ván hay những tấm nhôm mỏng

Năm 1889, Hertz trở thành giáo sư tại trường Đại học Bonn Năm 1891, ông đãtổng kết những công trình của mình, khẳng định những lý thuyết của Maxwell Ông cũng

đã khám phá ra nhiều tính chất của ánh sáng tử ngoại, nghiên cứu điện động lực các môitrường chuyển động, chế tạo ra các dao động tử hở Kết quả của các công trình nghiêncứu của Hertz đều được ghi chép và tập hợp lại trong 3 tập kỷ yếu sau: Tạp tuyển,Nghiên cứu về sự lan truyền của các lực điện và Nguyên lý cơ học

Ông mất ở Bonn ngày 1-1-1894, mới có 37 tuổi Để ghi nhớ công lao của Hertz,người ta đã dùng tên ông để đặt cho đơn vị tần số

Nhóm 2: Tìm hiểu định nghĩa, lịch sử, ứng dụng… của Radio waves

Chương 1. Định nghĩa

Sóng radio có tần số trong khoảng từ 30 KHz (dải tần LF) đến 300MHz (dải tần

VHF), bước sóng từ 1m đến 103 m Sóng radio bao gồm: sóng dài (LF), sóng trung (MF),sóng ngắn (HF), sóng cực ngắn (VHF)

Chương 2. Lịch sử

Năm 1878, David E Hughes là người đầu tiên truyền và nhận sóng radio khi ôngnhận thấy cân cảm ứng tạo ra âm thanh trong đầu thu của diện thoại tự chế của ông Ôngtrình bày khám phá của mình trước Hội Khoa học Hoàng gia năm 1880 nhưng chỉ đượcxem là sự cảm ứng đơn thuần Chính Heinrich Rudolf Hertz, giữa năm 1886 và 1888, làngười đưa ra thuyết Maxwell thông qua thực nghiệm, chứng minh rằng bức xạ radio cótất cả tính chất của sóng và khám phá rằng công thức điện từ có thể định nghĩa lại làcông thức chênh lệch bán phần gọi là công thức sóng

William Henry Ward đưa ra bằng sáng chế Mỹ 126356 vào ngày 30 tháng 8 năm

1872 Mahlon Loomis đưa ra bằng sáng chế Mỹ 129971 vào ngày 30 tháng 7 năm 1872

Landell de Moura, một nhà truyền giáo và khoa học Brasil, tiến hành thí nghiệm sau năm

1893 (nhưng trước 1894) Ông đã không công bố thành tựu mãi cho đến khi 1900 Tuyên

bố cho rằng Nathan Stubblefield phát minh ra radio trước cả Tesla lẫn Marconi, nhưngcác dụng cụ của ông cho thấy chỉ làm việc với sự truyền cảm ứng hơn là truyền sóngradio

 Sóng trung (300KHz-3000KHz): Sóng trung bị hiện tượng fading mạnh, thườngdùng liên lạc trong thành phố lớn

 Sóng ngắn (3000KHz-30MHz): bị mặt đất và các vật cản hấp thụ mạnh do có tần sốcao Ưu điểm của sóng ngắn là có thể liên lạc đi rất xa

 Sóng cực ngắn: Các sóng này không bị phản xạ ở tầng điện li mà đi xuyên qua nó đểvào không gian vũ trụ Thường dùng trong phát truyền hình và phát thanh FM, liên lạc ra

vũ trụ

3.2 Wifi

Sóng Wi-Fi là sóng radio cường độ thấp có bước sóng tương tự như bước sóngradio sử dụng trong các lò vi sóng Nhưng cường độ sóng Wi-Fi thấp hơn 100.000 so vớicường độ sóng trong lò vi sóng

Sóng radio sản sinh ra từ các thiết bị phát sóng Wi-Fi, ánh sáng trắng, lò vi sónghoặc điện thoại di động có thể khiến nhiệt độ bề mặt của vật thể tăng lên nhưng chúngkhông thể gây ra bất kỳ tác động xấu nào

3.3 Sử dụng sóng radio để tiêu diệt sâu bọ trong hạt sấy khô

Một nhóm nhà khoa học Mỹ đã thử nghiệm cho sóng radio làm cho các phân tửrung và nóng lên để diệt mối mọt và sâu bọ trong hoa quả và hạt sấy khô Nhóm nghiêncứu đã ngâm một số mẻ quả óc chó, hồ trăn và những hạt khác vào một dung dịch hơimặn Sau đó đưa chúng vào chiếc máy sử dụng tần số radio Thiết bị sẽ tiêu diệt sâu bọ

mà không làm hạt bị nóng quá Các nhà khoa học hi vọng phương pháp này sẽ ít gây hạihơn là phương pháp dùng các chất hóa học Tuy nhiên phương pháp này chi phí tốn kémhơn

3.4 Dùng sóng radio để trị hen

Các nhà khoa học Mỹ đã chế tạo được thiết bị sử dụng sóng radio giúp bệnh nhân

bị hen dễ thở hơn Sóng radio phát ra từ thiết bị này sẽ đi vào phổi, đốt nóng và làm mềmcác khối cơ, từ đó tạo ra các đường dẫn không khí lưu thông

Thử nghiệm trên 112 bệnh nhân hen từ mức vừa phải tới nặng, một nửa được điềutrị bằng thiết bị này và nửa còn lại sử dụng thuốc Sau một năm, các nhà khoa học nhậnthấy khả năng thở của bệnh nhân dùng thiết bị sóng radio tốt hơn hẳn, 39 lít khí thở/phút

so với 8,5 lít khí thở/phút của các bệnh nhân dùng thuốc Ngoài ra, nhóm được điều trịbằng máy có 40 ngày không bị các triệu chứng hen, so với 17 ngày ở nhóm điều trị bằngthuốc Đây là phương pháp điều trị đầu tiên không dùng thuốc cho các bệnh nhân hen

3.5 Điều trị amiđan bằng sóng radio

Gần đây, Bệnh viện Tai Mũi Họng Sài Gòn đã sử dụng sóng radio cao tần điều trịcắt amiđan bằng máy Coblator Với sóng radio cao tần và đầu dò đa chức năng, thiết bịnày giúp thực hiện nhanh thủ thuật và hạn chế tối đa thương tổn cũng như nguy cơ biếnchứng cho người bệnh Trong thiết bị trên, đầu dò sẽ vừa giúp cắt amiđan bằng nhiệt vừatưới nước và hút dịch cùng với mảnh vụn, đồng thời đốt các điểm chảy máu Sóng radiocao tần phát ra nhiệt độ tại chỗ thấp nên không gây bỏng cho các tổ chức xung quanh.Sóng radio cao tần giúp cầm máu trong phẫu thuật rất tốt vì dòng điện radio cao tần làmtắc các mạch máu Vì vậy, phương pháp mới cũng ít gây đau và chảy máu, tránh phù nề,vết thương sau mổ amiđan lành nhanh, bệnh nhân có thể về nhà trong ngày và sinh hoạtbình thường, có thể nói chuyện, ăn uống được ngay

3.6 Phá ung thư gan bằng sóng radio

Do nhiều nguyên nhân, phần lớn bệnh nhân ung thư gan không thể phẫu thuật Khi

đó, việc dùng tần số radio tạo nhiệt để phá hủy u là cách điều trị tối ưu Phá u gan bằngsóng radio (gọi tắt là RFA) là một trong những phương pháp điều trị ung thư gan đầytriển vọng và ngày càng được ứng dụng rộng rãi trên thế giới Dưới hướng dẫn của siêu

âm hoặc CT-scan, MRI (chụp cộng hưởng từ), các bác sĩ đưa một kim (đóng vai trò điệncực) vào khối u, xuyên vào u khoảng 5 mm) Dòng sóng radio được truyền vào đầu kim

và sinh nhiệt để phá hủy u Thời gian thực hiện khoảng 20-30 phút

3.7 Sóng radio điều trị rối loạn nhịp tim

Phương pháp truyền dẫn sóng radio từ hệ thống máy điện sinh lý vào tận cơ tim,không chỉ giúp điều trị rối loạn nhịp tim thành công (khoảng 98%) mà còn giúp bệnhnhân không phải dùng thuốc, không phải lo lắng về bệnh tật…

Phương pháp này được thực hiện nhờ các thiết bị vô cùng tinh vi (hệ thống máychụp DSA 1 bình diện, hệ thống thiết bị điện thăm dò sinh lý tim, máy tạo năng lượngradio, catheter (dây thông) điện cực chẩn đoán 5Fr, 6fr và catheter điện cực Rf tip 4mm,7Fr) Khi thực hiện, bác sĩ sẽ đưa một số điện cực qua đường mạch máu (tĩnh mạch hoặcđộng mạch đùi) vào vị trí tổn thương trong buồng tim Từ đó, dựa trên các tín hiệu hoạtđộng điện thu được để lập bản đồ hoạt động điện của các buồng tim Sau đó, bác sĩ sẽ sửdụng một số biện pháp thăm dò đặc biệt xác định vị trí ổ ngoại vi cũng như cơ chế gây rốiloạn nhịp thất Cuối cùng là sử dụng năng lượng sóng radio ở nhiệt độ 65oC để triệt bỏcác ổ gây rối loạn nhịp tim và các đường dẫn truyền bất thường trong cơ tim Thủ thuậtđược đánh giá thành công khi kiểm tra lại bằng thăm dò điện sinh lý không còn rối loạnnhịp thất

3.8 Chữa viêm gân bằng sóng radio

Việc điều trị khá đơn giản Bệnh nhân được chụp cộng hưởng từ hoặc siêu âm xácđịnh vị trí tổn thương rồi gây tê tại chỗ Bác sĩ rạch một đường khoảng 2-3 cm trênđường gân bị tổn thương rồi đưa các dụng cụ vào Một luồng radio cao tần sẽ cắt các sợi

dính vi thể trong gân, thủ phạm gây đau và viêm gân Sóng radio cũng làm tăng sinh hệthống mạch máu đến gân, giúp gân dần bình phục

Ưu điểm của phương pháp này là người bệnh không bị đau, ít biến chứng, có thểxuất viện ngay trong ngày

3.9 Điều trị chứng viễn thị bằng sóng radio

Một kỹ thuật mới mang tên CK (conductive keratoplasty) vừa được Cơ quan Quản

lý Thuốc và Thực phẩm Mỹ chấp thuận Trong phương pháp này, người ta sử dụng nănglượng dạng sóng radio để làm teo một số vùng nhỏ của giác mạc Vì không phải rạchhoặc cắt bỏ mô, CK ít gây tổn thương hơn so với các kỹ thuật laser hiện hành

Theo bác sĩ Peter Hersh, chuyên gia mắt tại Đại học Hackensack University(Mỹ), kỹ thuật CK có thể sẽ được những người có tuổi ưa chuộng vì tính thuận tiện, đơngiản và ít gây tổn thương Phương pháp này sẽ rất hữu ích cho những người già khôngthể áp dụng LASIK, như bị chứng khô mắt hoặc có lớp biểu mô bị kích thích CK cũng

có thể an toàn hơn với bệnh nhân bị bệnh tăng nhãn áp (glaucoma), vì nó không đòi hỏiviệc tăng tạm thời áp lực trong mắt, xuất hiện khi thực hiện kỹ thuật LASIK

Chương 4. Điều trị đau lưng bằng sóng radio

Sau khi chẩn đoán đúng vùng đĩa đệm gây đau, đầu tiên các bác sĩ sẽ dùng kimđưa vào trong đĩa đệm Tiếp theo, một luồng sóng radio cao tần có nhiệt độ 65oC sẽ đượctruyền vào đĩa đệm với mục đích hủy đầu thần kinh nhận cảm xúc, giúp bệnh nhân khôngcòn cảm thấy đau

Sóng radio cao tần còn có thể khống chế tốt các bệnh lý mạn tính của vùng thắtlưng, cổ, đau thần kinh tọa, thần kinh ngoại biên Tuy nhiên, phương pháp chữa này chỉ

áp dụng trong những trường hợp thoát vị mới, chèn ép ít, không có các bệnh lý cột sốngkèm theo

Chương 5. Radar

 Radar phát hiện vật ở một khoảng cách bằng sự phản hồi các sóng radio Khoảngthời gian của sự phản hồi để xác định khoảng cách Phương hướng của tia xác địnhhướng của sự phản hồi Sự phân cực và tần số của sóng phản hồi có thể cho biết bề mặtcủa vật

 Radar định vị quét một vùng không gian rộng từ 2 đến 4 lần trong 1 phút Dùng sóngngắn phản hồi từ đất hay đá Radar sử dụng phổ biến trên tàu thương mại hay máy baythương mại đường dài

 Radar dùng cho mục đích thông thường dùng tần số radar định vị, nhưng không phảicác tia điều biến và phân cực để các máy thu để xác định bề mặt của vật phản hồi Radarthông thường tốt nhất có thể định dạng mưa trong cơn bão, cũng như mặt đất hay cácphương tiện di chuyển Một số có thể để lên cùng dữ liệu âm thanh và dữ liệu bản đồ từđịnh vị GPS

 Radar tìm kiếm quét một vùng rộng lớn với xung tia radio ngắn Chúng thường quétmột vùng không gian từ 2 đến 4 lần 1 phút Thỉnh thoảng radar dùng hiệu ứng Doppler đểtách phương tiện vận chuyển với môi trường

 Radar dò tìm mục tiêu sử dụng cùng nguyên lý như radar tìm kiếm nhưng quét vùngkhông gian nhỏ hơn nhiều, thường là vài lần 1 giây hay hơn nữa

 Radar thời tiết tương tự radar dò tìm, nhưng sử dụng tia radio với sự phân cực tròn

và có bước sóng phản hồi từ các giọt nước Vài radar sử dụng Doppler để đo tốc độ gió

Nhóm 3: Tìm hiểu định nghĩa, lịch sử, ứng dụng… của Micro waves

5.1.1.1 Định nghĩa

Sóng viba là có tần số từ 300MHz đến 3000MHz , có bước sóng từ 10-1 m đến 1m(UHF)

Theo nguyên lý hoạt động của sóng viba, tất cả năng lượng sóng thay đổi từ cực dươngsang cực âm trong mỗi chu kỳ sóng Tốc độ của sự thay đổi khá lớn, hàng triệu lần/giây.Các phân tử thức ăn, đặc biệt là các phân tử nước, có một cực dương và một cực âmgiống như một thanh nam châm có một cực bắc và một cực nam Khi các sóng viba bắnphá thức ăn, chúng tại ra các phân tử có cực quay cùng tần số với tần số của sóng viba,hàng triệu lần/ giây Chính sự rung động các phần tử này đã tạo nên ma sát làm nóng thức

ăn Do sóng viba không tương tác với các phân tử thuỷ tinh, nhựa hay giấy nên chỉ cóthức ăn được đốt nóng

5.1.1.3 Ứng dụng

Hình 4.1 Lò vi ba

Lò vi sóng thường có các bộ phận sau: Magnetron (nguồn phát sóng), mạch điện

tử điều khiển, ống dẫn sóng, ngăn nấu

Sóng vi ba được sinh ra từ nguồn magnetron, được dẫn theo ống dẫn sóng, vàongăn nấu rồi phản xạ qua lại giữa các bức tường của ngăn nấu, và bị hấp thụ bởi thức ăn.Sóng vi ba trong lò vi sóng là các dao động của trường điện từ với tần số thường ở 2450

MHz (bước sóng cỡ 1,224 dm) Các phân tử thức ăn (nước, chất béo, đường và các chấthữu cơ khác) thường ở dạng lưỡng cực điện Những lưỡng cực điện này có xu hướngquay sao cho nằm song song với chiều điện trường ngoài Khi điện trường dao động, cácphân tử bị quay nhanh qua lại Dao động quay được chuyển hóa thành chuyển động nhiệthỗn loạn qua va chạm phân tử, làm nóng thức ăn

Ngăn nấu là một lồng Faraday gồm kim loại hay lưới kim loại bao quanh, đảm bảocho sóng không lọt ra ngoài Lưới kim loại thường được quan sát ở cửa lò vi sóng Các lỗtrên lưới này có kích thước nhỏ hơn nhiều bước sóng (12 cm), nên sóng vi ba không lọt

ra, nhưng ánh sáng (ở bước sóng ngắn hơn nhiều) vẫn lọt qua được, giúp quan sát thức ănbên trong

Đối với kim loại hay các chất dẫn điện, điện tử hay các hạt mang điện nằm trongcác vật này đặc biệt linh động, và dễ dàng dao động nhanh theo biến đổi điện từ trường

Chúng có thể tạo ra ảnh điện của nguồn phát sóng, tạo nên điện trường mạnh giữa vật dẫnđiện và nguồn điện, có thể gây ra tia lửa điện phóng giữa ảnh điện và nguồn, kèm theonguy cơ cháy nổ.

Nhóm 4: Tìm hiểu định nghĩa, lịch sử, ứng dụng… của T- rays

Tia T là một trong 10 dự báo công nghệ năm 2009 do Tạp chí Popular Mechanicsđưa ra thuộc nhiều lĩnh vực, từ picotech tới lưu trữ năng lượng khí nén

Chương 6. Định nghĩa

Người ta nói nhiều đến tia X giúp phát hiện xương gãy, hay sóng cực ngắn làmnóng cơ thể, mà ít biết tia T - một thành phần cũng thuộc phổ điện từ - có thể nhìn xuyênqua quần áo, xác định thuốc nổ và ma tuý, nhận diện khối u, thậm chí là khám phá vũ trụ.T-rays (tia T) là một loại tia bức xạ có tần số terahertz được biết đến như là bức xạ viễn-hồng ngoại, bức xạ terahertz, sóng terahertz, ánh sáng terahertz, T-light, T-lux và THznằm trong vùng phạm vi điện từ 300 gigahertz (3x10¹¹ Hz) và 3 terahertz (3x10¹² Hz),nằm trong dải sóng 1 millimeter và 100 micrometer Bức xạ terahertz là loại bức xạ phổbiến nhất trong vũ trụ

Chương 8. Ứng dụng

8.1 Công nghệ nhìn xuyên vật thể

Các nhà khoa học thuộc Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia (Mỹ) nghiên cứu pháttriển một công nghệ mới cho phép nhìn xuyên vật thể để có thể phát hiện ra các chấtnguy hiểm trong các bưu kiện hoặc được che giấu bên dưới lớp vải bọc Trưởng nhómnghiên cứu M.Wanke cho biết công nghệ này có thể dùng để phát hiện chất nổ, súng đạnhoặc 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 suốtdưới 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 vẻnguy 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 gâynghiện) hay không Các khối thuốc nổ cũng sẽ dễ dàng được xác định dù đã giấu kỹ trongtúi xách

Ngay đến cả các tác nhân sinh học cũng đều không thoát khỏi tầm kiểm soát củatia T Giáo sư Zhang và các cộng sự của Viện Rensselaer đã chứng minh được là tia T cókhả năng xác định sự có mặt của vi khuẩn gây bệnh than, một tác nhân sinh học từng gâykinh 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 lĩnhvực 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 liệuphi kim loại Hiện tại, TeraView, công ty đầu tiên khai thác thị trường thiết bị tia T, đãchế tạo được loại máy quét xách tay kí hiệu TPI có khả năng phát hiện tất cả các loạidụng 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 hoặccát 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 đượcbằng máy

Mặt khác, với tính năng đâm xuyên qua cả các lớp bê tông rất dày, tia T cũng chophép “quay phim” thường xuyên hoạt động của các nhóm khủng bố đang cầm giữ con tintrong các khu nhà biệt lập, điều mà chưa có một công nghệ nào từ trước đến nay thựchiện 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 cácthiết 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 tâmNghiên cứu Khoa học Quốc gia Pháp (CNRS), giải thích Sau khi đối chiếu tính chất củabức xạ ban đầu với bức xạ thu được về sau, các chuyên gia sẽ xác định được cấu tạo củavật liệu phân tích Chẳng hạn, sau khi quét một vật liệu bằng một chùm tia T và vật liệunày hấp thụ một bức xạ có tần số nào đó, trên quang phổ thu được sẽ xuất hiện một “lỗhổng” 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, dohình ảnh chụp bằng X quang hiện rõ trên phim âm bản Tuy nhiên, với thiết bị thu đặcbiệt, 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 chốngtội ác và cũng có thể chiếu xuyên qua thời tiết xấu, bụi bặm hoặc khói tốt hơn tia hồngngọai hoặc các hệ thống dò tìm khác

8.2 Trong y học

Tia T có năng lượng thấp, cho nên có thể được dùng an tòan đối với người, khônggiống như tia X Các nhà khoa học tin rằng do khả năng thâm nhập nông cạn vào cơ thểcon 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 AdelaideDerek Abbott nói:”Một trong những khám phá quan trọng gần đây là tia T cũng có khảnăng 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 ungthư da bằng việc chiếu bức xạ terahertz

Các công ty dược cũng sử dụng những giải pháp công nghệ cao, điều chỉnh hàmlượng thuốc mà không cần đặt tay vào đó Kỹ thuật chụp ảnh Terahertz thậm chí còn đođược độ dày của lớp vỏ áo bọc ngoài một viên thuốc

8.3 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 sởtại Michigan chế tạo, NASA có thể phát hiện ra những khiếm khuyết nhỏ của lớp xốpcách nhiệt trên các tàu con thoi Ngoài ra, tia T còn có nhiều ứng dụng thiên văn quantrọng 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 dựngtrung tâm ALMA, sẽ theo dõi bước sóng terahertz với hy vọng phát hiện các vật thể tronggiai đoạn nguyên thủy của vũ trụ

Với những tính chất đặc biệt như vậy, tia T đang hấp dẫn giới nghiên cứu trênkhắp thế giới Các kỹ sư của trường Đại học Utah đã đạt được bước tiến ban đầu hướngtới chế tạo các máy tính siêu tốc hoạt động dựa vào ánh sáng viễn-hồng ngoại thay chođiện Họ đã tạo ra được thiết bị tương đương các dây dẫn để mang và bẻ cong dạng ánhsáng này, còn được gọi là bức xạ terehertz.Cho tới nay, việc tạo ta tia T vẫn còn khókhăn, nhưng các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Harvard (Mỹ) mới đây đã có một sángchế về tạo nguồn tia T ở nhiệt độ phòng Các nhà khoa học ở phòng thí nghiệm quốc giaArgonne (Mỹ) đang phát triển một loại máy phát tia T di động Các hệ thống nhận dạngthụ động độ phân giải thấp thu nhận được sự phát ra của tia T tự nhiên đã có trên thịtrường: Cảnh sát ở Wayne County Sheriff (Detroit, Mỹ) đang thử nghiệm một loại máyquét 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.

Nhóm 5: Tìm hiểu định nghĩa, lịch sử, ứng dụng… của Infrared (Tia hồng ngoại)Chương 9. Định nghĩa

Tia hồng ngoại là bức xạ điện từ có bước sóng dài hơn ánh sáng khả kiến nhưngngắn hơn tia bức xạ vi ba Tên "hồng ngoại" có nghĩa là "dưới mức đỏ", màu đỏ là màusắc có bước sóng dài nhất trong ánh sáng thường Tia hồng ngoại có thể được phân chiathành ba vùng theo bước sóng, trong khoảng từ 700 nanômét tới 1 milimét: cận hồngngoại (nằm vượt quá khu vực màu đỏ trong quang phổ nhìn thấy được), hồng ngoại trungbình (có bước sóng từ 1,3 đến 3 micrô-mét) và nhiệt hồng ngoại (bước sóng từ 3 đến 30micrô-mét)

Chương 10. 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 biếtrằng ánh nắng mặt trời có thể vẽ nên rất nhiều màu sắc bằng phổ của nó và cũng là nguồnphát nhiệt Herschel muốn biết cụ thể màu nào phát sinh nhiệt trong chùm ánh sáng mặttrời

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 khiông di chuyển nhiệt kế từ ánh sáng màu tím đến ánh sáng màu đỏ trong cầu vồng tạo rabởi ánh sáng mặt trời qua lăng kính, ông đã phát hiện ra rằng, điểm nóng nhất thật sựnằm phía trên ánh sáng đỏ Bức xạ phát nhiệt này không thể nhìn thấy được, ông đặt têncho bức xạ không nhìn thấy được này là “tia nhiệt” (calorific ray) mà ngày nay chúng tagọi nó là tia hồng ngoại

Hình 4.5 Nhà Thiên văn học Sir William Herschel

Chương 11. 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, bóngđèn dây tóc nóng sáng, Mặt trời, vật có nhiệt độ,…Độ dài sóng (tần số) bức xạ phụ thuộcvào 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 đượctia hồng ngoại và ngược lại như: thủy tinh, GaAs,…

 Ánh sáng thường không thể xuyên qua các lớp sương mù, khói, mây dày đặc nhưngtia hồng ngoại có thể

 Tia hồng ngoại đóng vai trò lớn trong hiệu ứng nhà kính

Chương 12. Ứng dụng

12.1 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 thậpniên 1960 đã có rất nhiều nghiên cứu thành công về khả năng ứng dụng tia hồng ngoạivào 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 nhưmột 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 cácphần tử rung động và dẫn đến sự tăng nhiệt độ bên trong sản phẩm một cách nhanh chóngcùng với sự gia tăng về áp suất hơi nước Các hạt ngũ cốc, hạt đậu khi được chiếu tiahồng ngoại chỉ trong thời gian 50 giây, nhiệt độ bên trong hạt đã tăng lên 900oC hoặc vớithời 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 hồhóa triệt để hơn, không có hiện tượng lại bột, và như vậy khả năng tiêu hóa thực phẩm sẽtốt hơn Ví dụ hạt lúa mì được chiếu tia hồng ngoại thì khả năng tiêu hóa là 90%, trongkhi 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 tươnglên rất nhiều Hoặc khi chiếu tia hồng ngoại vào những hạt ngũ cốc có chứa axit béo, sẽlàm giảm họat tính các enzym (men) oxy hóa chất béo và nó sẽ hạn chế các quá trình oxyhóa 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 tácdụng 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 cótác dụng rất tốt đối với vật nuôi

Trong thực tế sản xuất hiện nay, người ta sử dụng tia hồng ngoại trong nhiều lĩnhvực chế biến như xử lý các loại hạt làm thức ăn gia súc, thanh trùng sữa tươi (với thờigian rất ngắn 15 giây), gia nhiệt bề mặt các sản phẩm để tạo màu sắc đẹp hơn (ví dụ cácloại bánh nướng), sấy khô các loại dược liệu, sấy khô các loại gia vị mà màu sắc ít biếnđổi Người ta còn dùng tia hồng ngoại để nướng bánh, sản xuất thực phẩm ăn nhanh vàngũ cốc dinh dưỡng (cereals) dùng trong điểm tâm

12.2 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 thểnhư sau: ánh sáng đi vào cơ thể mang theo năng lượng nhiệt, năng lượng này tạo ra do sựtập 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 haidạng phổ hồng ngoại khác nhau: những phổ vùng hồng ngoại gần để đo tình trạng viêm ở