Điện từ ánh sáng Mặt Trời Những tia sáng mặt trời chuyên chở năng lượng, điều đó ai cũng dễ cảm nhận. Làn da chúng ta ấm lên dưới ánh nắng. Quần áo giặt mau khô hơn trong nắng… Người ta ước tính trái đất mỗi năm hấp thụ một khối năng lượng từ ánh sáng mặt trời bằng khoảng 15.000 lần tổng điện năng mà cả thế giới tiêu thụ hiện nay! Hiệu ứng quang điện Nhưng ánh sáng có thể tạo radòng điện, khám phá ấychỉ tình cờ xuất hiện khi hainhà báchọc Pháp, AntoineBecquerelvà con trai Edmond Becquerel,quan sát thấy dòng điện chạy qua haicực điện nhúng trongmột hoá chất lỏng khithay đổi ánh sáng chiếu vào. Phát hiện này đượcAntoine Becquereltrình bày trước viện Hàn lâm khoahọcPháp năm 1839 nhưngphải đợi đến đầu thế kỷ 20,với giải thích của Einstein,hiệu ứngquangđiện này mới được hiểu rõ, mở đườngcho ứng dụngsản xuất điện từ ánh sáng mặt trời gần100 nămsau. Chính do công trình này, được công bố vào năm 1905, mà Einsteinđã nhận đượcgiải NobelVật lý năm 1921 chứ khôngphải do thuyết tương đối. Giữa haithời điểm 1839– 1905ấy, là độtphá thiên tài của James Clerk Maxwell,công bố năm 1864,lýthuyết hoá những công trình thực nghiệmvề điện từ của MichaelFaraday,chứng minhánhsáng làmột sóng điện từ. Cuốithế kỷ 19, các nhà vật lý HeinrichHertz (Đức), Aleksandr Stoletov (Nga)… thực hiện nhiều thí nghiệmcho thấy hiệu ứng quangđiệnphụ thuộc vào cường độ và nhất là tầnsố của sóng điện từ, nhưng chưathể cắt nghĩa toàn bộ nhữngđiềuquan sátđược. Nhất là việc hiệu ứng chỉ xảy ranếu tần số sóng vượtqua một ngưỡng nào đó, tuỳ theo vật liệu mà nó chiếu vào,chứ không chỉ là khi cường độ sóng đủ mạnh. Einsteincho rằng ánh sáng có bản chấtnhị nguyên, vừalà sóng, vừa là hạt – lấy ý tưởng từ Max Planck trong côngtrình về cácvật thể đen, và mỗi hạt sóngcó năng lượng tỷ lệ với tần số của nó. Khi ánh sáng chiếu vào mặt mộtvật thể mỏng, làm bằngmột chấtbán dẫn,các hạtđiện tử (electron) của vật này hấp thụ nhữnghạt sóng (photon)của tia sáng vàbị bật ra ngoài nếu năng lượng hạt sóngđủ lớn.Khi được tiếp nhận vào nhữngsợi kim loại (dẫnđiện), chuyển động của các electron này tạo ra dòng điện.Nói gọn, đó là nguyên tắcsản xuấtđiện từ ánh sáng. Những tấm ván mặt trời Ngày nay,khi dạo chơiở nhiều nơi trên thế giới, bạn cóthể bắt gặp những mái nhà rất ngộ, trênđó một phần mái ngóiđã đượcthay bằng những tấm ván là một loại kính màu sậm. Đó là những tấmván mặt trời (solarpanel), hìnhchữ nhật,diện tíchkhoảng một mét vuông, bề dày chừng 3 –4 cm, gắn với nhau thành mộthình chữ nhật lớn, nhằmmột trong hai mụcđích. Có nhữngván mặttrời thu hút nhiệt năngtừ ánh nắng, hâm nóng một loại chất lỏng cókhả năng giữ nhiệt để đưa vào nhà nhằm sưởi ấm hoặccung cấp nước nóng. Loại ván này khôngthuộc đề tài của bài viết. Loại thứ hai bao gồm những “tế bào quangđiện”, những “điốt bán dẫn” làmbằng silic tinh khiết, cho phép biến năng lượng từ ánh nắng mặt trời mànó hấp thụ sang điện năngtheonguyênlý hiệu ứngquang điện.Những ván này nốivới mộtắcquy để giữ điện, hoặc một máy đổi điện, nhằm đổidòng điện liên tụccủa quangđiện sang điện xoaychiều,để nhập vào lướiđiện chungkhi cần. Bên cạnh nhữnglò quangđiệncá thể đó, ngườita còn thấy những nhà máy quangđiện với hàngchục hay hàng trămngàn tấm vánmặt trời, có công suất đỉnh lên đếnvài chụcmegaWatt, điệnsản xuất của nhà máy được hoàthẳng vào lưới điện quốc gia. Tổng sản lượng điện của một nhà máynhư vậy tất nhiên tuỳ thuộc điều kiện nắngchiếuvào các tấmván. Chẳng hạn,nhà máy Olmedilla ở Tây Ban “Gần đây, một số nhà sản xuất Trung Quốc và Hàn Quốc cũng bắt đầu đặt chân vào thị trường được ước tính là khoảng 24 tỉ euro hiện nay” Nha – nhà máyquang điện lớn nhất hiện nay – có côngsuất 60MW,tổngsản lượng ước tính khoảng 85GWh(tỉ Watt/giờ) mỗi năm,trong khinhà máy Strasskirchenở Đức có công suất lắp đặt 54MWchỉ cho sản lượng 57GWh/năm. Đầutháng banăm nay, công ty điện lực Pháp (EDF)thông báosẽ xây một nhà máy quang điện lớn nhất thế giới trên đấtbỏ hoangcủamộtcăncứ khôngquâncũ, gầnthànhphố Metz, vùng đôngbắc Pháp. Nhàmáy này sẽ có tới 1.400.000 mét vuôngván mặttrời, và có công suất lên đến143MW,đủ phụcvụ cho một thành phố hơn60.000 dân. Chạy đua công nghệ đang diễn ra gay gắt Hai tháng trướcđó, vùng Girondeở phía tây nam nước Pháp cũng cho biết đã thoả thuận với công ty Mỹ Firrst Solar để xây dựng mộtnhà máy quang điện có công suất 100MW, với nhữngtấm ván mặt trời làmbằng một vật liệu bándẫn mới trong công nghệ này là Tellurede Cadmium (ký hiệu CdTe), một hợpchất giữa một kim loại nặngcadmium và một chất á kim tellurium, thayvì các ván bằngsilic. Do hai chất này ítdùng trongcông nghiệp, giá thành các tấm ván này rẻ hơn khá nhiều so với các loại ván bằng silic.Giá mỗimegaWatt quang điện bằng CdTe giảm từ 5 – 6 triệu euro xuốngcòn bốn triệungay trong năm 2009, và có thể xuống tớiba triệueuro trong nămnay. Giá thành còn quáđắt chính là cản trở số một chosự pháttriển của ngành “điện xanh”này. Ở châu Âu, hiện nay cả các lòquang điệncá thể và các nhàmáy quangđiện lớnđều được các chínhphủ hỗ trợ bằngnhiều biện phápgiảmthuế. Vì thế, một cuộcchạy đua cải tiến công nghệ tế bào quang điện và ván mặt trời đang Silic, hoá chất quan trọng Chất bándẫn đượcdùng chủ yếu trong hiệu ứng quang điện làsilic (ký hiệu Si),hiện hữu rất phổ biến ở vỏ trái đấtdưới một số dạng hợp chất như dioxit silic (SiO2), có trong cát, thạch anh, đất sét Là thành phần cơ bản củathuỷ tinh,được dùngphổ biến trong nhiều lĩnhvực côngnghiệphay xây dựng, silictrở thành một hoáchất quan trọng trong kỹ nghệ điện tử từ giữa thế kỷ 20.Silic dùng trongđiện tử phải trải quamộtquá trìnhtinh khiết hoá rất phức tạp và đắt, để đạtđộ tinh khiết lên tới 99,99999999%,trongkhi silic dùng trong cácván mặt trờichỉ đạt độ tinh khiết99,9999%! diễn ragay gắt giữa cácnhà sảnxuất, chủ yếu ở Mỹ, Nhật và châu Âu. Gầnđây, một số nhà sản xuất Trung Quốc và Hàn Quốccũngbắt đầuđặt chân vào thị trường được ướctínhlà khoảng 24tỉ euro hiện nay(theo báo Le Mondengày 18.4.2009). Việc thaysilic bằng CdTe chỉ là một ví dụ. Một hướngkhác đang đượcchú trọng: sử dụng silic ítthuần khiết hơn mức hiện nay, với hiệu suất thấp hơn (tỷ lệ giữa điện năngván mặt trời đạt được với nănglượngmặttrời mà nóhấp thụ, hiện ở mức 15– 17%),nhưng rẻ hơn nhiều. Theo ông Jean-Piere Joly, giám đốc viện Quốc gia nănglượngmặt trời (INES)của Pháp, giáthành mộtWatt quangđiện cần giảm còn một nửa, thậm chí một phần ba thì điện từ ánh sáng mặttrời mới chiếm lĩnh được thị phầnđáng kể trong lưới điện quốc gia. VàPháp, cũng như nhiều nước châu Âu khácđang có kế hoạch đầu tư lớn vào lĩnh vực công nghiệp này. Các thiết bị sử dụng tia hồng ngoại Remote là vật dụng điều khiển các loại thiết bị điện tử theo nguyên lý sử dụng tia hồng ngoại. 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. Màu đỏ là màusắc có bướcsóng dài nhấttrong ánhsángthường. Bước sóng tia hồngngoại dài hơn mức đó. Tiahồngngoại có thể được phân chiathànhba vùng theo bướcsóng, trong khoảng từ 700 nanômét tới1 milimét. Đo nhiệt độ Việc thunhận vàđo đạc tiahồng ngoại có thể giúp xác địnhnhiệt độ của vật từ xa, nếu chúng là nguồn phát ra cáctia thu được. Hình chụp trongphổ hồng ngoại gọi là hìnhảnh nhiệt, haytrong trường hợpvật rất nóng trong NIRhay có thể thấy được gọi là phép đonhiệt. Kỹ thuật đo nhiệt độ bằng hồng ngoại được dùngchủ yếu trong quânsự, vàứng dụngcông nghiệp. Kỹ thuậtnày hiện cũng đang được ứng dụngvà dầnquen thuộc với thị trường dân sự như:máy ảnh trên xe hơi; tuỳ thuộc vào giá thànhcủa các sản phẩm có được giảm mạnhhay không. Phát nhiệt Hình ảnhmột chú chóchụp dưới hồng ngoại. Nhữngchỗ có nhiệtđộ cao phát ra tia hồng ngoại tần số cao hơn, thể hiện bằng màu nóng sáng hơntrên hình. Tiahồng ngoại đượcdùng trongphòng tắm hơi và làm tan tuyết trêncánh máybay, doda người và bề mặt cánh máy baycó thể hấpthụ tốt năng lượngcủa tia hồng ngoại. Một lượnglớnnăng lượng mặttrời cũng nằm trong vùng hồngngoại. Các vậtnóng cỡ vài trăm độ C như lò sưởi, bếpcũng phát ra bức xạ vật đen có cực đại ở vùng hồng ngoại. Dovậy tia hồng ngoại còn đượcgọi là tia nhiệt. Nhưng ứng dụng màchúng ta hiện đang dùng thườngngày liên quanđến việc điều khiểncác sản phẩm điện từ, điện máy đồ gia dụng tronggia đìnhlà ứng dụnghồng ngoại để điều khiểncác thiếtbị này từ xa. Điều khiển từ xa Đó là truyền đạt lệnh điều khiển bằngnhững tín hiệu đã mã hoá hoặc những tín hiệu vô tuyến điện mang thông tinđiều khiển từ máy do người (hoặc máytính) điều khiển đến đối tượngđượcđiều khiển trêncác kênh thông tin. Kỹ thuật điều khiển từ xa khi ứngdụng cho cácthiết bị dân dụngnhư máy thu hình,đầu máy, máy lạnh và cả máy quay phim, chụpảnh thì các bộ điều khiểntừ xa(thường gọilà remote) thường dùngtia hồng ngoại để truyền lệnh điều khiển (đổi kênh, tăng giảm âm lượng,thay đổi độ chói, độ tương phản, đóng mở, bật tắt, điều chỉnhnhiệt độ ). Kỹ sư ChiêmVăn Sơn, trung tâmđiện tử Thanh Sơn giải thích về nguyên lý hoạt động của các bộ điều khiển từ xa dùng hồng ngoại như sau: Thiết bị điều khiển(remote)là bộ phận pháttia hồng ngoại truyền tín hiệu hồng ngoại để bộ phận thu(đượcgắn ở các thiết bị cần điều khiển) là tivi,máy lạnh,đầu đĩa Tia hồng ngoại truyền từ bộ điều khiển đến bộ phậnthu lúc này đóngvai trònhư một "dây" dẫn để truyền cácdữ liệu đã được mãhoá từ bộ chiếc remoteđến phần thu tín hiệu hồngngoại trên thiết bị cần được điều khiển. Vàbàn phímtrên chiếc remote là một ma trậnmà mỗi phímchứa một đoạn mã dữ liệu khác nhau.Khi thiết bị thu hồng ngoại trên chiếc tivi(hay trênmột thiết bị nàođó) nhậnđược một mãtín hiệu cụ thể phát ra từ remote thì nósẽ tiến hành so sánh để "nhận" và thực thi lệnhnhư bậttắt, tăng giảm volume, chuyển kênhhay điều chỉnhđộ sáng tối Lý domà remotecủa tivi hãng này không thể hiểu đượcremote của ti vi hãng kialà do các mã được quyước khác nhau. Tuynhiên, người ta cũngcó thể dùngnhững chiếc remote đa năng để điều khiển nhiều thiết bị hoặc nhiều loại thiết bị khác nhau.Đó là trong bộ nhớ của chiếc remoteđó ngườita tích hợp các dải mãcủa tấtcả các hãng (chúngđược các hãng công bố ở trên websitehoặc trên các tài liệu củahọ), vàkhi sử dụng, người dùng chỉ cần bấm mộtphím hoặcmột tổ hợp phímđượcquy định trên chiếc remoteđa năng là cóthể kích hoạt chochiếc remote hoạt động đúngvới thiết bị cần được điều khiển (nghĩa là phát ra những đoạn mã mà phầnthu hồng ngoại trên chiếc tivihay thiết bị gia dụng đó hiểu được). Chú ý khidùngremote - Pin là thứ cần cẩn trọng nhất. - Nêndùng pintốt vì khi pinbị chảy - Sẽ làm hư lò xo. - Không làm rớt vì sẽ làm lỏng chânic, lỏngchân đèn phát hồngngoại. - Đối với các remote cómàn hình như remote máy lạnh, khivỡ màn hìnhthì không sửa chữa được. Áp dụnghình thức này, nhiều người đã dùng chiếc điệnthoại diđộng (loại có pháthồng ngoại) để điều khiểncác thiếtbị gia dụng. Cáchlàm là cài những phần mềm chứa cáccode (mã lệnh) điều khiển các thiết bị khác nhau củacác hãng về để cài vàođiện thoại và lúc ấy bànphím của điệnthoại trở thành bàn phímcủa chiếc điều khiển từ xa. Truyền hình ảnh, âm thanh từ điện thoại sang máy tính hoặcsang điệnthoại khác bằng hồng ngoại cũng theo nguyên lý tương tự như dùng điều khiển từ xa. Nhưng ở đây đoạn mãtruyền đi trên "dây"hồngngoại chínhlà dữ liệu củabức ảnh, đoạn phimhay nhạc vàkhi thiết bị nhận đượcdữ liệu này thì chúng sẽ lưu lại như lưu dữ liệu thông thường. . Điện từ ánh sáng Mặt Trời Những tia sáng mặt trời chuyên chở năng lượng, điều đó ai cũng dễ cảm nhận. Làn da chúng ta ấm lên dưới ánh nắng. Quần áo giặt mau khô. thụ một khối năng lượng từ ánh sáng mặt trời bằng khoảng 15.000 lần tổng điện năng mà cả thế giới tiêu thụ hiện nay! Hiệu ứng quang điện Nhưng ánh sáng có thể tạo radòng điện, khám phá ấychỉ tình. tiếp nhận vào nhữngsợi kim loại (dẫnđiện), chuyển động của các electron này tạo ra dòng điện. Nói gọn, đó là nguyên tắcsản xuấtđiện từ ánh sáng. Những tấm ván mặt trời Ngày nay,khi dạo chơiở nhiều nơi