Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa MỤC LỤC GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan 1.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.3 Nhiệm vụ luận văn LÝ THUYẾT 2.1 Lý thuyết Maxwell- Sóng ñiện từ 2.1.1 Các luận ñiểm Maxwell 2.1.2 Phương trình Maxwell 2.2 Michael Faraday Hiện tượng cảm ứng ñiện từ 14 2.2.1 Thí nghiệm Faraday 14 2.2.2 Định luật Lenz 16 2.2.3 Định luật tượng Cảm Ứng Điện Từ 17 2.3 Hiện tượng xạ ñiện từ 18 2.4 Mạch cộng hưởng LC 19 2.4.1 Mạch LC lý tưởng 19 2.4.2 MạchLC thực tế 20 THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN CỨNG 22 3.1 Phân tích 22 3.2 Sơ ñồ khối 26 3.3 Sơ ñồ chi tiết 28 3.3.1 Nguồn cung cấp 28 3.3.2 Nguồn cao áp 29 3.3.3 Mạch tạo xung dùng IC NE555 khuếch ñại công suất 30 3.3.4 Mạch thu 32 i Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa KẾT QUẢ THỰC HIỆN 33 4.1 Cân chỉnh mạch tạo xung dùng NE555 37 4.2 Kết thi công 42 4.3 Các kết ghi nhận ñược 47 4.3.1 Tải trở 47 4.3.2 Tải Thuần cảm 48 4.3.3 Tải hỗn hợp 49 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 50 5.1 Kết luận 50 5.2 Hướng phát triển 51 MẠCH SẠC ĐIỆN THOẠI ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN ĐIỆN KHÔNG DÂY 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC 62 8.1 Vài nét Maxwell 62 8.2 Michael Faraday 65 ii Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan Con người ñã phát diện ñiện, hay dòng ñiện từ từ lâu Người ta cho ñiện ñược cấu tạo từ phần nhỏ tích ñiện Theo lý thuyết ñiện dòng chuyển ñộng electron hay phân tích ñiện khác Từ “ñiện” tiếng Anh (electricity) bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp "electron" Bạn có biết từ có nghĩa không? Nó có nghĩa hổ phách Từ năm 600 trước công nguyên người Hy Lạp cổ ñã biết cọ xát hổ phách hút ñược mẩu giấy Cho ñến trước năm 1672 chưa có tiến việc nghiên cứu ñiện Vào năm 1672 ông Otto Fon Gerryk ñể tay bên cạnh cầu lưu huỳnh ñang quay ñã nhận ñược tích ñiện lớn Vào năm 1729 ông Stefan Grey ñã tìm có số chất, ñó có kim loại, dẫn ñiện Nhưng chất gọi chất dẫn ñiện Ông ta phát chất khác thuỷ tinh, lưu huỳnh, hổ phách sáp không dẫn ñiện Những chất ñó ñược gọi chất cách ñiện Bước tiến việc nghiên cứu dòng ñiện vào năm 1733 người Pháp có tên Duy Phey tìm vật tích ñiện dương vật tích ñiện âm, ông cho ñó loại ñiện khác Bedzamin Franklin người ñầu tiên thử giải thích dòng ñiện Theo ông tất chất tự nhiên ñều có chứa "chất lỏng ñiện" Khi chất va chạm vào số "chất lỏng" chất bị lấy sang chất khác Ngày nói "chất lỏng" ñược cấu tạo từ ñiện tử mang ñiện tích âm Bộ môn khoa học nghiên cứu ñiện phát triển rầm rộ từ năm 1880 mà Alexandro Volta ñã sáng chế pin Phát minh ñã mang ñến cho loài người nguồn lượng thường xuyên kéo theo tất phát minh quan trọng lĩnh vực Tuy nhiên, từ phát ñiện ñưa vào sử dụng ñến người phụ thuộc nhiều vào phương thức truyền tải ñiện ñể tiêu thụ, ñó cần có dây dẫn ñiện Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa 1.2 Tình hình nghiên cứu nước Việc truyền ñiện dây dẫn ñã gây nhiều phiền phức tốn tài nguyên cho quốc gia Ngay quốc gia cường quốc Mỹ, truyền ñiện dây dẫn không tránh khỏi Người Mỹ ñã tích cực xây dựng hệ thống dây truyền ñiện bên thành phố lớn, cột ñể nâng ñỡ dây vùng ngoại ô Với mong muốn tìm phương pháp tối ưu cho việc truyền dẫn, người ñã kết hợp kiến thức từ xưa, nỗ lực nghiên cứu phát minh tìm thành tựu mới, ñó phải kể ñến, lượng mặt trời, nguồn lượng vô tận Thế kỷ XX kỷ nguyên bùng nổ thành tựu khoa học, phát minh ñiện liên tiếp ñược công bố Cho ñến ngày , người ta nhận ra, cần có phương pháp khác, ñể thay việc truyền dẫn ñiện dây, vốn tồn lâu Với mục tiêu truyền ñiện ñi thật xa mà không cần dây dẫn, người lại tiếp tục nghiên cứu ñể chinh phục Tại Việt Nam, nghiên cứu truyền dẫn ñiện, ñặc biệt truyền ñiện không dây mẻ với nhiều người,vẫn tồn nhiều cột chống ñỡ dây truyền dẫn Chúng ta dễ dàng tìm thấy hình ảnh dây ñiện chằng chịt Việt Nam số quốc gia khu vực Đông Nam Á: Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa 1.3 Nhiệm vụ luận văn Luận văn giúp cho người thực tiếp cận ñược ý tưởng mà giới ñang nghiên cứu Thông qua mô hình nhỏ, rút cho thân người ý tưởng chung, hướng ñi riêng việc truyền tải lượng.Trong giới hạn Luận văn tìm cách ñể truyền tải ñiện khoảng cách gần Luận văn ñặt nội dung sau: Nội dung 1: Tìm hiểu lý thuyết trường ñiện trường từ, phương pháp biến ñổi qua lại dạng lượng Nội dung 2:Thiết kế, chế tạo máy phát từ trường: dùng ñiện khoảng tần số ñịnh, biến ñổi ñiện thành từ trường phát môi trường không khí Nội dung 3: Thiết kế, chế tạo máy thu, thu từ trường thực việc biến ñổi ñể có ñược ñiện ñưa tải Nội dung 4: Đo hiệu suất máy phát, hiệu suất máy thu Khoảng cách thu phát Từ ñó phát triển nên ứng dụng thực tế: Sạc ñiện thoại không dây Truyền ñiện không dây 1: Các ñường sức từ 2: Nguồn Điện cung cấp 3: Môi trường có vật cản 4: vòng dây thu Tải GVHD: ThS Lê Trung Khoa Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa LÝ THUYẾT 2.1 Lý thuyết Maxwell- Sóng ñiện từ 2.1.1 Các luận ñiểm Maxwell Năm 1865, nhà vật lý người Anh James Clerk Maxwell ñã kết hợp ñịnh luật ñiện từ ñã biết ñể tạo lý thuyết Maxwell Lý thuyết dựa tồn trường, hiểu nôm na môi trường truyền tác ñộng từ nơi ñến nơi khác Ông nhận thấy trường truyền nhiễu loạn ñiện từ thực thể ñộng: chúng dao ñộng truyền không gian Dựa vào lý thuyết này, Maxwell ñã ñi ñến kết luận: tất sóng ñiện từ ñều truyền không gian (chân không) với vận tốc không ñổi vận tốc ánh sáng Năm 1873, ông công bố "Giáo trình ñiện học từ học" Đó giáo trình bản, ñó ông tổng kết hệ thống toàn lý thuyết mình, thể rõ hai luận ñiểm bản: Luận ñiểm thứ nhất:Tại ñiểm vùng không gian, có từ trường biến thiên theo thời gian vùng không gian ñó xuất ñiện trường xoáy Luận ñiểm thứ hai:Bất kỳ ñiện trường biến thiên theo thời gian sinh từ trường xoáy Như lý thuyết Maxwell cho ta thấy ñiểm không gian, có từ trường biến thiên theo thời gian vùng không gian ñó xuất ñiện trường xoáy ngược lại Cứ vậy, ñiện từ trường tồn ñồng thời, chuyển hóa lẫn lan truyền không gian dạng sóng, gọi sóng ñiện từ Trong công trình này, Maxwell ñã so sánh hai phương hướng lý thuyết tượng ñiện từ: phương hướng dựa nguyên lý tác dụng xa Newton phương hướng dựa nguyên lý tác dụng gần, tức phương pháp Faraday Ông tự nhận luật sư biện hộ cho phương pháp Faraday, theo quan ñiểm thuyết tác dụng gần lấy khái niệm trường làm sở Cũng công trình này, ông ñã trình bày tỉ mỉ lý thuyết ñiện từ ánh sáng Ông ñã rút kết luận Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa ánh sáng loại sóng ñiện từ , kết hợp vector ñiện trường vector từ trường vuông góc với nhau, biến thiên hình sin theo thời gian Chính kết luận ñã góp phần vào thắng lợi lý thuyết sóng ánh sáng kỷ XIX Ông ánh sáng gây áp suất bề mặt vật thể truyền qua Ông lưu ý rằng, kiểm tra kết luận ñó thực nghiệm Lý thuyết trường ñiện từ Maxwell ñã ñi trước xa so với thực nghiệm lúc Vì sau ñời, phải ñợi phần tư kỷ ñược thực nghiệm khẳng ñịnh cách trọn vẹn 2.1.2 Phương trình Maxwell Các phương trình Maxwell bao gồm bốn phương trình, ñề James Clerk Maxwell, dùng ñể mô tả trường ñiện từ tương tác chúng ñối với vật chất Bốn phương trình Maxwell mô tả : v Điện tích tạo ñiện trường (ñịnh luật Gauss) v Sự không tồn vật chất từ tích v Dòng ñiện tạo từ trường (ñịnh luật Ampere) v Và từ trường tạo ñiện trường (ñịnh luật cảm ứng Faraday) Đây nội dung thuyết ñiện từ học Maxwell Các công thức Maxwell vào năm 1865 bao gồm 20 phương trình với 20 ẩn số, nhiều phương trình ñó ñược coi nguồn gốc hệ phương trình Maxwell ngày Các phương trình Maxwell ñã tổng quát hóa ñịnh luật thực nghiệm ñược người ñi trước phát ra: chỉnh sửa ñịnh luật Ampère (ba phương trình cho ba chiều (x, y, z)), ñịnh luật Gauss cho ñiện tích (một phương trình), mối quan hệ dòng ñiện tổng dòng ñiện dịch (ba phương trình (x, y, z)), mối quan hệ từ trường vectơ (ba phương trình (x, y, z), không tồn từ tích), mối quan hệ ñiện trường vô hướng vectơ (ba phương trình (x, y, z), ñịnh luật Faraday), mối quan hệ ñiện trường trường dịch chuyển (ba phương trình (x, y, z)), ñịnh luật Ohm mật ñộ dòng ñiện ñiện Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa trường (ba phương trình (x, y, z)), phương trình cho tính liên tục (một phương trình) Các phương trình nguyên Maxwell ñược viết lại Oliver Heaviside Willard Gibbs vào năm 1884 dạng phương trình vectơ Sự thay ñổi diễn tả ñược tính ñối xứng trường cách biểu diễn toán học Những công thức có tính ñối xứng nguồn gốc hai bước nhảy lớn vật lý ñại ñó thuyết tương ñối hẹp vật lý lượng tử Thật vậy, phương trình Maxwell cho phép ñoán trước ñược tồn sóng ñiện từ, có nghĩa có thay ñổi yếu tố cường ñộ dòng ñiện, mật ñộ ñiện tích sinh sóng ñiện từ truyền ñi ñược không gian Vận tốc sóng ñiện từ c, ñược tính phương trình Maxwell, với vận tốc ánh sáng ñược ño trước ñó thực nghiệm Điều cho phép kết luận ánh sáng sóng ñiện từ Các nghiên cứu ánh sáng sóng ñiện từ, tiêu biểu nghiên cứu Max Planck vật ñen Heinrich Hertz tượng quang ñiện ñã cho ñời lý thuyết lượng tử Sự không phụ thuộc vận tốc ánh sáng vào chiều hệ quy chiếu - kết luận ñược rút từ phương trình Maxwell - tảng thuyết tương ñối Chú ý ta thay ñổi hệ quy chiếu, biến ñổi Galileo cổ ñiển không áp dụng ñược vào phương trình Maxwell mà phải sử dụng biến ñổi mới, ñó biến ñổi Lorentz Einstein ñã áp dụng biến ñổi Lorentz vào học cổ ñiển cho ñời thuyết tương ñối hẹp Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa Chỉ báo sạc lên góc trái Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa Phần mềm máy nhận biết dòng sạc 500mA, nhiên theo ño thực tế, dòng sạc ñạt 200mA Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa Sau hoàn thành, mạch sạc ổn ñịnh, nhiên dòng ñiện bị khống chế mức 200mA nên thời gian sạc lâu dung lượng pin lên ñến 1150mAh Nếu tiến hành sạc với tiếp ñiểm máy Nokia, ñiện áp sạc phải nâng lên 5V7 cách gim thêm Diode chân số AMS1117 Khi ñó , mạch sạc cần thời gian khoảng tiếng ñể sạc ñầy pin BL5C( khoảng 850mAh) 60 Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa TÀI LIỆU THAM KHẢO • http://360.thuvienvatly.com/bai-viet/dien-quang/272-ban-chat-cua-bucxa-dien-tu • http://xahoithongtin.com.vn/20081024094624466p0c109/tivi-khongday.htm • • http://sohoa.vnexpress.net/sh/hinh-anh/tv-3d/2012/01/3b9b56da/tv-3dnang-luong-khong-day-dau-tien-the-gioi • Hoàng Đình Chiến- Mạch ñiên tử thông tin • Vương Khánh Hưng- IC555 ứng dụng thực tế 61 Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa PHỤ LỤC 8.1 Vài nét Maxwell James Clerk Maxwell (13 tháng năm 1831 Edinburgh, Scotland – tháng 11 năm 1879) nhà toán học, nhà vật lý học người Scot Ông ñã ñưa hệ phương trình miêu tả ñịnh luật ñiện trường từ trường ñược biết ñến với tên gọi phương trình Maxwell Đây hệ phương trình chứng minh ñiện trường từ trường thành phần trường thống nhất, ñiện từ trường Ông ñã chứng minh trường ñiện từ truyền ñi không gian dạng sóng với tốc ñộ không ñổi 300 000 km/s, ñưa giả thuyết ánh sáng sóng ñiện từ Có thể nói Maxwell nhà vật lý học kỉ 19 có ảnh hưởng tới vật lý kỉ 20, người ñã ñóng góp vào công xây dựng mô hình toán học khoa học ñại Vào năm 1931, nhân kỉ niệm 100 ngày sinh Maxwell, Albert Einstein ñã ví công trình Maxwell "sâu sắc hiệu mà vật lý học có ñược từ thời Isaac Newton" Ngay từ 15 tuổi, ông ñã tự nghĩ ñược phương pháp vẽ hình elip chuẩn mà vào thời ñiểm ñó nhà khoa học Hội hoàng gia Anh ñang mải tìm cách vẽ Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa Năm 18 tuổi, Maxwell ñã công bố tác phẩm nghiên cứu lý thuyết cân vật ñàn hồi, chứng minh ñịnh luật quan trọng lý thuyết ñàn hồi học xây dựng, sau ñược gọi Maxwell Công trình Maxwell thuộc lĩnh vực nhiệt, thiên văn, vật lý thống kê v.v Chỉ nhiêu công trình ñủ làm cho tên tuổi Maxwell ñược người kính nể Trong nghiệp khoa học ông gắn bó nhiều với lý thuyết trường ñiện từ mà ông ñã xây dựng, mang tên ñiện ñộng lực học Maxwell Eisntein ñã so sánh tên tuổi Galilée Newton học với tên tuổi Faraday Maxwell ñiện học: Trong học Galilée người ñã ñặt sở ñầu tiên học Newton người ñã hoàn chỉnh Trong ñiện học Faraday người ñã có quan niệm ñiện từ, ñã nêu lên vai trò môi trường, gợi khái niệm trường mô tả ñường sức Còn Maxwell người ñã hoàn chỉnh tư tưởng Faraday mặt toán học, ñã ñưa thuật ngữ "trường ñiện từ" xây dựng quy luật toán học trường ñó Nghiên cứu chuyên sâu ñiện học - Lý thuyết trường ñiện từ Những nghiên cứu Maxwell lĩnh vực ñiện ñộng lực học ñược tóm tắt sau: Từ năm 1854 ñến năm 1857, sau ñọc kỹ công trình "Những khảo sát thực nghiệm lĩnh vực ñiện học" Faraday, Mawell ñã tìm thấy ñó ý tưởng sâu sắc Ông hiểu rằng, muốn cho tư tưởng ñó thắng lợi phải xây dựng cho chúng ngôn ngữ toán học xác Do ñó năm trên, ông ñã hoàn thành công trình "Về ñường sức Faraday", ñó ông xây dựng ngôn ngữ toán học xác cho lý thuyết ñiện từ Faraday ñịnh luật toán học Ông ñã gửi công trình tới Faraday, khiến Faraday cảm ñộng ñánh giá ñó ủng hộ lớn lao Maxwell ñối với 63 Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa Từ 1861 ñến 1862, Maxwell tiếp tục phát triển lý thuyết trường ñiện từ ông ñã công bố loạt báo tiêu ñề chung "Về ñường sức vật lý" Trong công trình này, Maxwell ñã xây dựng mô hình phức tạp cho trường ñiện từ ñi ñến hệ phương trình tiếng, mang tên hệ phương trình Maxwell, ñó thể xác mối quan hệ biến ñổi từ trường suất ñiện ñộng gây Ông ñã ñưa vào ñiện học khái niệm quan trọng khái niệm dòng ñiện dịch: dòng ñiện thực sự, tạo từ trường dòng ñiện dẫn Maxwell cho trường ñiện từ mang lượng ông ñã tính ñược mật ñộ lượng ñiểm Ông tìm rằng, môi trường ñàn hồi trường ñiện từ, có sóng ngang truyền ñi với vận tốc vận tốc ánh sáng Do ñó, theo ông khó mà không kết luận ánh sáng dao ñộng gang môi trường sinh tượng ñiện từ Từ 1864 ñến 1865, ông công bố công trình "Lý thuyết ñộng lực học trường ñiện từ" Trong công trình ông ñã nêu rõ: "Lý thuyết mà ñề nghị ñược gọi lý thuyết trường ñiện từ, nghiên cứu không gian bao quanh vật ñiện từ Nó ñược gọi lý thuyết ñộng lực học thừa nhận không gian ñó có vật chất ñang chuyển ñộng, nhờ mà diễn tượng ñiện từ quan sát ñược."Trong tác phẩm này, khái niệm "trường ñiện từ" ñã ñược ông ñịnh nghĩa cách cụ thể Ông cho rằng: "Trường ñiện từ phận không gian chứa ñựng bao bọc vật trạng thái ñiện trạng thái từ." Cũng công trình này, Maxwell ñã khẳng ñịnh trường ñiện từ có thật mang lượng Như vậy, lần ñầu tiên lịch vật lý học, khái niệm "trường" ñã ñược Maxwell xây dựng cách trọn vẹn 64 Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa 8.2 Michael Faraday Micheal Faraday nhà bác học mà phải ñặc biệt ghi nhớ công lao ông bới ông người có công lớn việc biến từ thành Điện – nguồn lượng phổ biến ngày Nhà khoa học Helmholtz ngưòi Đức ñã nói câu mà quên: “Chừng loài người sử dụng ñến ñiện, chừng ñó người ghi nhớ công lao Micheal Faraday” Michael Faraday sinh Newington Butts, nước Anh vào ngày 22 tháng năm 1791 Gia ñình ông nghèo; bố ông, James Faraday, thợ rèn có có sức khỏe yếu Ông phải học từ sớm hoàn cảnh gia ñình, tiếp tục tự ñọc sách tìm tòi Từ năm 14 tuổi ông giúp việc cho hiệu sách Luân Đôn với nguyện vọng ñược ñọc sách tiệm vào buổi tối sau xong việc Trong vòng năm làm việc ñây ông ñã ñọc nhiều sách, chẳng hạn “Những mẩu chuyện hóa học” (Conversations in Chemistry) Jane Marcet Ông say sưa tìm hiểu thực hành thí nghiệm sách.Năm 1812, lúc 20 tuổi, Faraday dự giảng nhà vật lý hóa học Humphry Davy Viện Hoàng gia (Royal Institution) Hội Hoàng gia Anh (Royal Society) Sau ñó, Faraday gửi cho Davy sách 300 trang ghi chép lúc nghe giảng Davy trả lời lập tức, sau ñó thuê Faraday làm thư ký Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa Ngày tháng năm 1813, Faraday ñược bổ nhiệm Ngài Davy làm phụ tá phòng thí nghiệm hóa học Viện Hoàng gia Faraday cưới Sarah Barnard (1800-1879) vào ngày tháng 6, 1821 họ Faraday ñựơc bầu làm hội viên Hội Hoàng gia năm 1824, làm ngừơi tổng phụ trách phòng thí nghiệm năm 1825; ñến năm 1833 ông ñựơc bổ nhiệm làm giáo sư hóa học viện suốt ñời không cần giảng dạy Ông ngày 25 tháng năm 1867 nhà ông Hampton Court, An Micheal Faraday nhà bác học tiếng thực nghiệm, ñời ông ñã làm 1000 thí nghiệm Ông làm việc say mê với cường ñộ cức cao: 18 tiếng ngày phòng thí nghiệm Ông nhiều ñêm thức trắng ñêm ko ngủ trước thời gian ñó tháng, ông nhận ñược tin tức quan trọng phát nhà bác học Đan Mạch Han Oersted: “Khi cho nam châm qua dây dận ñặt song song với kim nam châm kim nam châm quay lệch ñi” Nhiều nhà Vật lý học lúc ñó ñã nghĩ từ lựcc dòng ñiện hướng vuông góc với mật phẳng chứa dòng ñiện kim nam châm.Faraday muốn chứng minh ý nghĩ ñó ñúng Các ñó lâu, tình cờ ông ñược nghe thấy tiến sĩ Vônlaxtơn, thư kí hội hoàng gia, nói với giáo sư Davy thí nghiệm ông ta cho sợi dây dẫn ñiện quay quanh nam châm vận bị thất bại Và Faraday ñã nảy ý nghĩ rằng: thực ñược thí nghiệm chứng minh hoàn toàn ñược ñiều nói Đã tháng miệt mài phòng thí nghiệm, Faraday ñã cố gắng tìm cách bố trí thí nghiệm, cuối ông lần dược ñầu mối: Ông lấy cốc ñựng thủy ngân, cốc có ñặt nam châm ñặt thẳng ñứng Ở cốc, nam châm dược gắn chặt vào ñáy, cốc kia, nam châm di chuyển ñược diểm ñáy cốc Một sợi dây ñồng ñược thả từ xuống, cắm xuyên qua nút chai thủy ngân, ñầu nhúng vào thủy ngân Đầu sợi dây nối vào cực pin Volta, thủy ngân bình nối với cực Ở cốc có nam châm gắn chặt sợi dây ñồng di ñộng, chiêc cốc có nam châm di ñộng sợi dây lại ñược gắn chặt Khi Faraday cho dòng ñiện ñi qua dụng cụ thí 66 Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa nghiệm ông thấy: cốc nam châm từ từ quay tròn xung quanh sợi dây ñồng cố ñịnh, cốc sợi dây ñồng lại quay quanh nam châm cố ñịnh Khi ông ñổi chiều dòng ñiện, nam châm sợi dây quay theo chiều ngược lại Vợ ông mang cơm ñến, ñược chứng kiến cảnh tượng ñó vui mừng reo lên: ”Hiện tượng quay ñiện từ” Còn ông xúc ñộng quan sát nam châm sợi dây ñồng quay ñều ñều suy nghĩ: “Thí nghiệm chứng tỏ biến lực từ thành lực chuyển ñộng Điều có tầm quan trọng lớn mặt thực tiễn…” Và năm 1821, ông ñã công bố báo “ Về chuyển ñộng ñiện từ mới” tạp chí khoa học Do kết nghiên cứu ñóng góp ông mặt khoa học, tiến sĩ có tiếng ñã ñề nghị Hội Hoàng gia London công nhận Faraday hội viên thức Đề nghị ñó làm người bàn tán xôn xao, Hội Hoàng gia London tổ chức khoa học thuộc loại lớn giới, hội viên ñều khoa học xuất sắc, mà Faraday lai xuất thân thợ nghèo làm phụ tá cho giáo sư Davy Hơn nữa, trước ñó lại có dư luận nói báo “Về chuyển ñộng ñiện từ mới” ông giới thiệu lại thí nghiệm mà ông ñã nghe lỏm ñược tiến sĩ Vônlaxtơn, tiến sĩ Vônlaxtơn, nhà khoa học chân ñã cải lại lời ñồn ñại ñó Và cuối cùng, năm 1824, ông ñã dược toàn thể hội viên Hội Hoàng gia London trí bầu làm hội viên thức hội Con ñường ñi tới phát minh vĩ ñại….THÀNH CÔNG = GIAN KHỔ + KIÊN TRÌ Sau thí nghiệm thành công năm 1821, Faraday nghĩ rằng: dòng ñiện sinh từ lực nam châm lẽ ko thể dùng nam châm ñể tạo ñiện! Và ông tự ñặt cho nhiệm vụ biến từ thành ñiện Một năm sau ông ñặc biệt ý ñến thí nghiệm nhà bác học Pháp Aragô: Một kim nam châm ñặt ñế gỗ lắc lư tới vài trăm lần dừng lại, ñặt ñế ñồng kim nam châm lắc lư có vài ba dừng lại Thế mà ñồng ko chịu tác dụng nam châm! Vậy bí mật tượng ñâu? Nhà bác học Pháp Ampe dự ñoán rằng, thí nghiệm Aragô có tượng cảm ứng giống tượng cảm ứng 67 Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa ñiện ñám mây ñông Faraday cảm thấy dự ñoán Ampe ñúng cố gắng suy nghĩ xem có cách bố trí thí nghiệm ñể chứng minh dự ñoán ñó Ông thấy ñặt nam châm bên cạnh cuộn dây ñồng chẳng tạo ñược dòng ñiện cuộn dây ñó cuộn dây nam châm chẳng tương tác ñược với Hay là, thay cho nam châm ta ñạt cuộn dây thứ có dòng ñiện chạy qua ñể tạo nam châm ñiện? Nhưng thất bại! Có lẽ ví dòng ñiện pin Volta yếu chăng? Vậy làm ñể có nam châm ñiện mạnh? Sau thời gian suy nghĩ, nhờ giúp ñỡ người phụ tá Anderson, ông dùng vành sắt non làm lõi ống dẫn diện: Quấn số vòng dây dồng vào nửa vành sắt non làm thành ống dây thứ 1( dài 750cm) ñem nối với pin Volta, vạy có nam châm ñiện ñủ mạnh Để có ống dây thứ ông lại quấn số vòng dây dẫn (dài 2m) lên nửa vành thứ Và ñể kiểm tra khả xuất dòng ñiện ống dây ông ñem nối với ñiện kế Khi ông vừa ñóng mạch ñiện cho dòng ñiện chạy qua ống dây thứ ông kêu to lên vui sướng, kim ñiện kế nối với ống dây thứ ñột ngột chao ñi lại trở vị trí ban ñầu! Đợi chút ko thấy có khác lạ, ông liền ngắt mạch ñiện ống dây thứ Lạ lùng sao, kim ñiện kế lại chao ñi nhanh! Faraday vô hồi hộp Ông làm lại thí nghiêm nhiều lần Lần ñóng mạch ñiện hay ngắt mạch ông ñều thấy có dòng ñiện xuất hiên ống dây thứ Đó lịch sử phát tượng cảm ứng ñiện từ Hôm ñó ngày 29/8/1831 Faraday xúc ñộng, ông ko thể ngồi lại phòng thí nghiệm ñể làm thêm ñi dạo cho ñầu óc thản Nhưng kết thí nghiệm ám ảnh ông Trong óc ông lúc lên câu hỏi xung quanh thí nghiệm ñầu tiên ñó Phải có mối liên quan ñó dòng ñiện với lực tác dụng thí nghiệm Aragô khiến cho kim nam châm ko lắc lư lâu ñược? Nhưng dòng ñiện cảm ứng xuất ống dây thứ ñóng ngắt mạch ñiện ống dây thứ 1? Những ngày sau ñó Faraday sống tình trạng căng thẳng trí óc Ông ko nói chuyện với ai, kể vợ ông kết thí nghiêm ñầu tiên ñó Ông ko làm lại thí nghiệm ñó mà tập trung suy nghĩ phân tích thí nghiệm vạch hướng ñi mới, ông biết rõ kết luận vội vàng lúc khiến ñi lạc hướng 68 Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa …Và vấn ñề ñã dần ñược sáng tỏ Faraday hiểu rằng, ống dây thứ thực chất nam châm ñiện: có dòng ñiện ñi qua cuộn dây lõi sắt non ñã bị nhiễm từ, tức ñã có từ tính Và từ lực lõi sắt ñã kích thích dòng ñiện cảm ứng ống dây thứ Một câu hỏi liền ñược ñặt ra: thay nam châm ñiện nam châm vĩnh cửu tượng xảy sao? Đến nam châm vĩnh cửu kích thích ñược dòng ñiện cảm ứng ? Thầy hướng dẫn Humphry Davy Gần tháng sau, 24/9/1831 Faraday lại bắt tay vào tiếp tục làm thí nghiệm với nam châm vĩnh cửu Kết thí nghiệm làm ông thấy rằng: với nam châm vĩnh cửu dòng ñiện cảm ứng xuất ống dây nam châm chuyển ñộng cắt mặt phẳng vòng dây Lại ñêm suy nghĩ Sau lần thí nghiệm vào ngày 1/10 17/10 , Micheal Faraday khẳng ñịnh ông ñã khám phá tượng cảm ứng ñiện từ mà Ampe ñã dự ñoán Tuy nhiên ông chưa công bố kết xuất sắc mình, ông muốn giải vấn ñề cách triệt ñể hơn: làm ñể tạo dòng ñiện cảm ứng lâu dài cách tiện lợi, ko phải thu ñược dòng ñiện theo kiểu ñưa nam châm vào lòng ống dây lại kéo ống dây cách “thủ công”? Faraday lưu ý ñến cãi ñĩa ñồng Arragô, quay ñĩa chung quanh trục ñứng thẳng kim nam châm ñặt nằm song song với mặt ñiã quay theo Ông hiểu ñĩa ñồng quay gần nam châm ñĩa ñã xuất dòng ñiện cảm ứng Đĩa trở thành nam châm hút kim nam châm phải quay theo Vậy muốn thu ñược dòng ñiện lâu dài việc cho ñĩa ñồng quay ngang qua nam châm ñủ Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa mạnh Và ngày 28/10/1831, Faraday ñã ñi tới thí nghiêm xuất sắc cách tạo ñòng ñiện cảm ứng: Khi cho ñĩa ñồng quay ngang qua nam châm vĩnh cửu hình móng ngựa, ông ñã thu ñược ñòn ñiện ổn ñịnh lâu dài hẳn dòng ñiện cho pin Volta Và ñến phút ông ñịnh công bố phát Bản báo Micheal Faraday ñọc trước Hội Hoàng gia London ngày 24/11/1831 hàng loạt thí nghiệm tượng cảm ứng ñiện từ ông ñã làm chấn ñộng dư luận giới khoa học tất nước Mọi người ñều trí ñánh giá phát kiến vĩ ñại Faraday ñã mở kỉ nguyên lịch sử ñiện từ học lịch sử ngành kĩ thuật Từ lý thuyết ñến thực tế – ñường gian nan Chiếc ñĩa ñòng quay Micheal Faraday thực máy phát ñiện ñầu tiên dựa tượng cảm ứng ñiện từ song dòng ñiện phát yếu, chưa thể rạo tia lửa ñiện, chí chưa làm cho ñùi ếch co giật Chỉ có ñiện kế ñủ nhạy phát ñược dòng ñiện cảm ứng ñĩa quay Chính nên phát Micheal Faraday phát có ý nghĩa Vật lý lý thuyết thông thường, ñầu ông ấp ủ ý nghĩ lám ñể ñiện mang ñến lợi ích thiết thực cho người? Để máy phát ñiện cảm ứng ñiện từ ñược áp dụng vào thực tiễn phải cải tiến ñĩa ñồng thô sơ ñể thu ñược dòng ñiện ñủ mạnh Nhưng cải tiến nào?, ñó ñiều khiên nhà bác học trăn trở Và lịch sử máy phát ñiện làm thay ñôi giới có ñóng góp ko nhỏ việc tình cờ Trong Micheal Faraday ñang suy nghĩ ñể cải tiến ñĩa ñồng ñể tạo dòng ñiện ñủ mạnh thi vợ ông mang bánh gatô mà ông thích lên phòng làm việc Trong ñầu ông lúc suy nghĩ máy phát ñiện: Về nguyên tắc ñã rõ: chuyển dịch nam châm cuộn dây ñồng, chuyển dịch cuộn dây ñồng ñối với nam châm ñều tạo ñược dòng ñiện Nhưng ko thể tạo cuộn dây ñồng dài vô tận ñể cho dòng ñiện phát sinh cách liên tục mạnh ñược Vấn ñề nằm chõ ñó Nếu không giải ñược máy phát ñiện ông trò chơi vật lý, ko ko kém… Chiếc bánh mà vợ ông mang lên ñã gợi cho ông suy nghĩ: miếng bánh nam châm 70 Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa ñặt theo ñường kính ñĩa hình tròn, hướng cực khác ngoài, bên ñĩa cuộn dây ñồng gắn vành tròn Khi ta quay ñĩa có nam châm xuất dòng ñiện qua cuộn dây Chỉ việc tăng giảm số lượng nam châm tốc ñộ quay ñĩa ta thu ñược dòng ñiện lớn ñến ñược Ý tưởng bước mở ñầu quan trọng cho phát minh vĩ ñại lịch sử Sau ñêm cặm cụi với nam châm cuộn dây có sẵn, Micheal Faraday ñã hoàn thành máy phát ñiện ñầu tiên mà ông nghĩ Vậy Micheal Faraday ñã thực ñược ñược ước mơ biến từ thành ñiện – nguồn lượng phổ biến Phát minh Faraday ñã mở kỉ nguyên lĩnh vực khoa học kỹ thuật Việc phát minh máy phát ñiện ñã mở cho loài người triển vọng lớn lĩnh vực sử dụng lượng ñiện Từ ñây, ñiện không ñiều bí ẩn thiên nhiên (sét), không trò ma thuật giải thích mà ñã nằm kiểm soát người Hơn máy phát ñiện, ñã biết, máy phát ñiện Micheal Faraday ñộng ñiện, nghĩa cho dòng ñiện chạy vào máy, tạo chuyển ñộng quay (ñiện thành năng),…Một kỉ nguyên ñiện ñã bắt ñầu! Gửi người hậu Faradaytrongnhữngnămtuổi già Ngày 20 tháng năm 1862 ngày cuối ñánh dấu công việc nghiên cứu Faraday Trong sổ ghi kết nghiên cứu ông người ta ñọc ñược số thí nghiệm cuối ông: 16041 Mùa hè năm 1867, Faraday ốm nặng, ông bị ñiếc trí nhớ, nhìn ông, người ta cảm thấy ông ñang suy tưởng ñời ông chưa ngừng suy tưởng Trong dòng nhật kí cuối ông, có lời sau: “…Tôi thật thấy luyến tiếc năm sống ñầy hạnh phúc, niềm say mê làm việc ước mơ tìm ñến phát minh Thật ñáng buồn biết từ giã 71 Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa cõi ñời, không ñược trở lại ngày sôi nổi… Đối với bạn trẻ, có lời khuyên ñể lại, rút từ kinh nghiệm sống: làm việc suy nghĩ ñi chưa nhìn thấy tia sáng nhỏ bé, dù sao, ngồi không!…” Ngày 25 tháng năm 1867 ngày nhà bác học vĩ ñại từ giã cõi ñời Ông chết ñi ñể lại cho toàn nhân loại phát minh bất tử, phát minh mang tính lề cho phát minh loài người sau Bài viết kết thúc ñây với lời nhà khoa học Hemhônxơ ngưòi Đức ñã nói: “Chừng loài người sử dụng ñến ñiện, chừng ñó người ghi nhớ công lao Micheal Faraday.” 72 [...]... chân không không tồn tại ñiện tích cũng như dòng òng ñiện, phương trình Maxwell trở thành : y có nghi nghiệm ñơn giản là các hàm sin và cos mô ttả sự Những phương trình này truyền sóng ñiện từ trong chân không, vận tốc truyền sóng là : Kí hiệu Tên Vận tốc ánh nh sáng Độ ñiện thẩm m châ chân không Độ từ thẩm m chân không Giá trị Đơn vị trong hệ SI mét trên giây fara / mét henry / mét Truyền ñiện không dây. .. sau ñây: a Từ thông gửi qua mạch kín biến ñổi theo thời gian là nguyên nhân sinh ra dòng ñiện cảm ứng trong mạch ñó b Dòng ñiện cảm ứng chỉ tồn tại trong thời gian từ thông gửi qua mạch kín biến ñổi c Cường ñộ dòng ñiện cảm ứng tỉ lệ thuận với tốc ñộ biến ñổi của từ thông d Chiều của dòng ñiện cảm ứng phụ thuộc vào sự tăng hay giảm của từ thông gửi qua mạch Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa... luật Lenz, dòng ñiện cảm ứng bao giờ cũng có tác dụng chống lại sự dịch chuyển của thanh nam châm Do ñó, ñể dịch chuyển thanh nam châm, ta phải tốn công Chính công mà ta tốn ñược biến thành ñiện năng của dòng ñiện cảm ứng 16 Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa 2.2.3 Định luật cơ bản của hiện tượng Cảm Ứng Điện Từ Sự xuất hiện của dòng ñiện cảm ứng chứng tỏ trong mạch có một suất ñiện ñộng... ñiện trường và từ trường không chỉ vuông góc với nhau mà còn vuông góc với phương truyền sóng Để ñơn giản hóa minh họa, người ta thường quy ước bỏ qua các vectơ biểu diễn ñiện trường và từ trường dao ñộng, mặc dù chúng vẫn tồn tại Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa 2.4 Mạch cộng hưởng LC 2.4.1 Mạch LC lý tưởng VCC L C 0 Mạch dao ñộng LC là một mạch ñiện bao gồm 1 cuộn dây và 1 tụ ñiện mắc song... nó với 1 ñiện kế G thàn thành 1 mạch kín ( hình 2.2.1.a phía trên ố ống dây ta ñặt 1 thanh nam châm có 2 cựcc là B Bắc (N) và Nam (S) Thí nghiệm chứng tỏ: Nếu u di chuyển thanh nam châm vào trong ống dây, ki kim ñiện kế lệch ñi, ñiều ñó chứng tỏ tron trong ống dây xuất hiện 1 dòn ñiện Dòng ñiệện ñó gọi là dòng ñiện cảm ứng, ký hiệu u là Ic Hình 2.2.1a Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa - Nếu... bài hiệu ứng Kerr và hiệu ứng Pockels.) kels.) Trong môi trường tuyến n tính Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa Trong môi trường tuyến tính, vectơ phân cực ñiện P (coulomb / mét vuông) và vectơ phân cực từ M (ampere / mét) cho c bởi : Trong môi trường không tán ssắc (các hằng số không phụ thuộc vào tần số ố của sóng ñiện từ), và ñẳng hướng (không biến ñổi ñối với phép quay), ε và µ không ông... ñộng cảm ứng Để tìm biểu thức của suất ñiện ñộng cảm ứng, ta hãy dịch chuyển 1 vòng dây dẫn kín (C ) trong từ trường sao cho từ thông gửi qua vòng dây ñó thay ñổi, giả sử trong thời gian dịch chuyển dt, từ thông gửi qua mặt giới hạn bởi vòng dây biến thiên 1 lượng là dΦ, còn dòng ñiện cảm ứng xuất hiện trong mạch ñang chuyển ñộng là Ic Như vậy, công của lực từ tác dụng lên dòng ñiện cảm ứng bằng dA=... Nếu từ thông qua mạch giảm, từ trường cảm ứng (do dòng ñiện cảm ứng sinh ra nó) có tác dụng chống lại sự giảm của từ thông, lúc ñó từ trường cảm ứng sẽ cùng chiều với từ trường ngoài Dưới ñây, ta hãy vận dụng ñịnh luật ñó ñể xác ñịnh chiều của dòng ñiện cảm ứng trong trường hợp ở trên (hình 2.2.1a), Cực Bắc của thanh nam châm di chuyển vào trong lòng ống dây làm cho từ thông gửi qua ống dây tăng lên Theo... Frequency Identification) Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa RFID là hệ thống nhận dạng thiết bị dựa trên sóng radio có tần số sóng mang 13,56MHZ Đây cũng ñược coi là thiết bị truyền ñiện không dây ñầu tiên của thế kỷ 20 Bên trong mỗi thẻ RFID có một mạch cộng hưởng LC , khi thẻ ñược ñưa vào vùng phát sóng ñiện từ thì mạch cộng hưởng LC sẽ thu sóng mang của mạch phát và chuyển ñổi thành... trong nước vẫn hoạt ñộng tốt Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa Trong mạch thử nghiệm này, khó khăn cho việc thiết kế chính là tìm linh kiện cho phù hợp tần số 13MHz Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa Bước tiếp theo là tìm một bếp ñiện từ và mở ra quan sát Khi tìm hiểu, ta nhận thấy bếp từ hoạt ñộng chủ yếu dựa trên dòng ñiện cảm ứng Foucault Cuộn dây ñược quấn theo dạng hình ... xa Newton phương hướng dựa nguyên lý tác dụng gần, tức phương pháp Faraday Ông tự nhận luật sư biện hộ cho phương pháp Faraday, theo quan ñiểm thuyết tác dụng gần lấy khái niệm trường làm sở Cũng... henry / mét Truyền ñiện không dây GVHD: ThS Lê Trung Khoa 2.2 Michael Faraday Hi Hiện tượng cảm ứng ñiện từ Năm 1831, Faraday ñã chứng ng ttỏ thực nghiệm từ trường sinh dòng ñiện Thực vậy, cho ttừ... gọi dòng ñiện cảm ứng Hi Hiện tượng ñó ñược gọi tượng cảm m ứng ñiện từ 2.2.1 Thí nghiệm Faraday araday Lấy ống dây ñiện (gồm nhi nhiều vòng), mắc nối tiếp với ñiện kế G thàn thành mạch kín (