www.tinhgiac.com Tương lai của điện học không dây

Tương lai điện học không dây Trong tương lai khơng xa, điện học khơng dây thay hết tuyến cáp cấp điện có mặt khắp nơi Trong bài, Aristeidis Karalis bàn phương pháp mang tính cách mạng việc truyền tải điện không cần dây dẫn Vị thẩm phán lái xe muộn đêm mùa đông lạnh giá Vừa vào ga ra, đèn báo sạc điện xe điện cấp nguồn không dây ông bật sáng “Cuối tới nhà rồi”, ý nghĩ lóe lên đầu ơng Ơng giơ thẻ thơng minh chứa thơng tin cá nhân ông lên trước detector cửa trước để vào Ơng nghe tiếng bíp “tích điện” phát từ điện thoại di động Con trỏ chuột nhấp nháy e-mail hoàn thành nửa laptop đợi suốt ngày bàn Ơng cầm máy tính lên tiến phía bàn làm việc “Chào buổi tối, ơng chủ Cái áo khốc ngài nóng đấy”, rô-bôt quản gia từ bếp vọng gia nhắc nhở ông Cởi quần áo điện ra, ông ngồi vào ghế bành y tế Trái tim nhân tạo ông đập nhanh lên Ảnh: Sheila Terry/Science Photo Library Truyện khoa học viễn tưởng thường khai thác khát vọng gặp vướng mắc xã hội ý nghĩa việc đề phòng trước phép màu công nghệ định xảy Một xã hội khơng có đường cáp điện trơng thật đẹp đa số truyện khoa học viễn tưởng Thật vậy, ngày sống “kỉ nguyên khơng dây”, khơng khí mà thở có khả chứa nhiều thơng tin oxygen Tuy nhiên, thời đại mà điện thoại di động, máy hát nhạc MP3, laptop vi tính rô-bôt gia dụng tồn song song bên cạnh hệ thống dây dẫn điện kiểu cũ pin khối Không giống thông tin, điện bị giới hạn vật lí với thiết bị lỗi thời có ranh giới Việc vượt qua cản trở cuối làm cho giới thành giới thật không dây Khoa học ư? Vâng Hay viễn tưởng? Chưa đâu Mọi thứ bắt đầu cách vài năm trước Marin Soljačić, nhà vật lí Viện Cơng nghệ Massachusetts (MIT) Mĩ, lái xe nhà đêm mùa đông lạnh giá ông nghe thấy tiếng bip khó chịu phát từ điện thoại di động ơng Đó báo hiệu bực bội pin điện thoại lại cạn Rồi ý tưởng đột ngột đến với Soljačić điện thoại tự quản lí việc tích điện điều thật tốt Sáng hơm sau, ơng trở lại phòng làm việc MIT, định tìm lời giải cho tốn Tìm kĩ lưỡng sách thấy truyền điện không dây ý tưởng mẻ Ngược năm 1890, Nikola Tesla, nhà tiên phong vĩ đại điện từ học, người dự tính điện năng, dạng lượng tìm ra, phân phối đến nhà, thành phố, quốc gia khắp hành tinh Tuy nhiên, Tesla khơng nhìn thấy trước người ta sẵn sàng kéo dây khắp địa cầu để sử dụng điện Thay vào đó, ơng mơ đến phương thức truyền tải điện không dây cự li dài Điều thu cách sử dụng cộng hưởng điện từ kép to lớn có khả phát điện trường lớn, nghĩa có khả truyền qua dẫn tầng điện li (có lẽ có tia lửa điện dội) qua Trái đất (có lẽ qua ghép cặp trung gian với cộng hưởng điện tích Trái đất, gọi cộng hưởng Schumann) Hình ảnh tiêu biểu nỗ lực Tesla nhằm đạt tới mục tiêu Tháp Wardenclyffe, cấu trúc cao 57 m đảo Long Island với mong muốn phân phối điện đến toàn hành tinh Việc xây dựng bị gián đoạn khoảng năm 1905, khơng phải phương pháp bị xem khơng thực tiễn nguy hiểm, mà nhà tài trợ, nhà tư ông chủ nhà băng danh tiếng J P Morgan, lo ngại khơng có cách tính tiền với người dùng điện xa Ngày nay, kỉ sau thời Tesla, điện tới nhà qua mạng lưới điện toàn cầu Dẫu sao, phản đối J P Morgan đặt dấu kết thúc sớm cho nỗ lực nhắm tới điện học không dây Không cần gắn dây Ngày nay, biết có nhiều phương pháp truyền điện mà khơng cần dây dẫn Thí dụ đơn giản xạ điện từ, ví dụ sóng vơ tuyến Các anten xạ theo hướng công nghệ sử dụng rộng rãi nhất, chúng tận dụng tối đa việc cung cấp dịch vụ Internet không dây, điện thoại di động, radio truyền hình Những anten thường hoạt động ngưỡng tần số MHz-cao/GHz-thấp Mặc dù anten hoạt động tốt thích hợp cho sử dụng với máy thu di động, chúng hoạt động hướng khơng cần hướng nhìn thẳng đến máy thu, chúng không hiệu Chỉ phần nhỏ lượng xạ theo hướng máy thu thật thu nhận, đa phần xạ bị thất thoát theo hướng khác Việc sử dụng anten định hướng cao, ví dụ anten chùm vi sóng, nguyên tắc giải vấn đề thu hiệu suất cao việc truyền điện cự li dài (tức hàng km) Mặt khác, loại anten yêu cầu đường nhìn khơng bị đứt qng, tức đòi hỏi chế lài chùm theo vết dụng cụ phức tạp Đồng thời, chùm xạ tập trung điện cao gây nguy hiểm Một giải pháp khác cho anten sử dụng máy biến áp cảm ứng, dụng cụ thường sử dụng mạch điện động điện (ví dụ bàn chải điện nạp điện) Máy biến áp thường hoạt động đến tần số trung-kHz Về bản, biến đổi điện từ mạch điện sang mạch điện khác thông qua cảm ứng: từ thông biến thiên theo thời gian gây cuộn dây sơ cấp qua cuộn thứ cấp cảm ứng điện áp Các cuộn sơ cấp thứ cấp thường không nối với phương diện vật chất, phương pháp khơng dây Máy biến áp hiệu khoảng cách cuộn dây phải nhỏ (thường vài milimet) Đối với khoảng cách vài lần kích cỡ cuộn dây, hiệu suất giảm đáng kể Phần sở vật lí cho đa số phương pháp có cho truyền tải điện khơng dây ngun lí cộng hưởng: tính chất hệ vật lí định dao động với biên độ cực đại tần số định Với loại kích thích (cơ, âm, điện từ, hạt nhân) có tần số cho trước, máy thu thu nhận lượng truyền tải hiệu thiết kế để cộng hưởng tần số kích thích Chỉ kích thích liên tiếp sau chu kì dao động cộng gộp kết hợp pha dẫn tới tích góp lượng bên máy thu Để minh họa, xét 100 cốc thủy tinh chứa đầy rượu mức khác cho chúng ủng hộ cộng hưởng âm tần số khác Giờ để tay chơi ghita điện tạo trì nốt rõ ràng Chỉ cốc, cộng hưởng với tần số nốt này, phản ứng với kích thích, co giãn nên chí bị vỡ, phần lại khơng bị ảnh hưởng Tương tự, điều chỉnh anten điện từ máy radio cho cộng hưởng với tần số đài phát mà muốn nghe Nhiều máy biến áp sử dụng mạng lưới điện nơi thiết kế khai thác cộng hưởng để tăng cường truyền công suất  ... dùng điện xa Ngày nay, kỉ sau thời Tesla, điện tới nhà qua mạng lưới điện toàn cầu Dẫu sao, phản đối J P Morgan đặt dấu kết thúc sớm cho nỗ lực nhắm tới điện học không dây Không cần gắn dây Ngày... sẵn sàng kéo dây khắp địa cầu để sử dụng điện Thay vào đó, ơng mơ đến phương thức truyền tải điện không dây cự li dài Điều thu cách sử dụng cộng hưởng điện từ kép to lớn có khả phát điện trường... dụng cụ thường sử dụng mạch điện động điện (ví dụ bàn chải điện nạp điện) Máy biến áp thường hoạt động đến tần số trung-kHz Về bản, biến đổi điện từ mạch điện sang mạch điện khác thông qua cảm ứng: