Đề tài Một số ứng dụng hiệu ứng điện từ trong công nghệ hiện đại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ  BÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: TS. Lê Văn Hoàng SVTH: Nguyễn Bá Trình Đoàn Thị Vân Cao Hoàng Qui Nguyễn Thảo Ngân Thành phố Hồ Chí Minh, Ngày 15 tháng 05 năm 2009 Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 1 Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 2 Mục lục MụC LụC ....................................................................................................................2  Mở ĐầU.......................................................................................................................5  NộI DUNG ..................................................................................................................7  A- ỨNG DỤNG ĐIỆN TỪ TRONG THÔNG TIN LIÊN LẠC: ..........................7 I/  TÍN HIỆU MORSE:...................................................................................7  II/  ĐIỆN THOẠI:............................................................................................8  III/  WIFI: ........................................................................................................10  1) Wifi là gì?.................................................................................................10 2) Nguyên tắc hoạt động: .............................................................................11 3) Sóng WiFi: ...............................................................................................12 IV/  ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG:........................................................................14  1) Tiện ích của điện thoại di động:...............................................................14 2) Nguyên tắc hoạt động: .............................................................................14 3) Các Tần Số: ..............................................................................................15 4) Sự chuyển giao (transmission): ................................................................16 5) Các Code của ĐTDĐ (Cell Phone Codes): ..............................................16 6) AMPS.......................................................................................................20 7) Along Comes Digital................................................................................20 8) Cellular Access Technologies ..................................................................21 9) Cellular Access Technologies: FDMA ....................................................22 10) Cellular Access Technologies: TDMA.................................................22 V/  THÔNG TIN VŨ TRỤ - VỆ TINH TRUYỀN THÔNG:........................23  Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 3 1) Giới thiệu:.................................................................................................23 2) Nguyên lý hoạt động: ...............................................................................23 3) Lịch sử phát triển: ....................................................................................24 B- ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỪ TRƯỜNG TRONG ĐIỀU TRỊ Y HỌC: .....33 I/  Từ trường trị liệu:.....................................................................................33  1) Định nghĩa:...............................................................................................33 2) Tác động của từ trường lên cơ thể sống:..................................................33 3) Tác dụng điều trị của từ trường:...............................................................34 4) Phát hiện mầm bệnh bằng từ trường quay: ..............................................34 II/  Điện di thuốc trị liệu: ...............................................................................36  1) Định nghĩa:...............................................................................................36 2) Tác dụng của điện di thuốc: .....................................................................36 III/  Điện xung trị liệu: ....................................................................................37  1) Định nghĩa:...............................................................................................37 2) Tác dụng của dòng điện xung: .................................................................37 C- ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỪ TRƯỜNG TRONG GIAO THÔNG VẬN TẢI – TÀU ĐỆM TỪ ...........................................................................................38 I/  Khái niệm:................................................................................................38  II/  Cơ chế vận hành:......................................................................................38  III/  Tiện ích:....................................................................................................39  IV/  Tình hình sử dụng tàu đệm từ ở các nước phát triển: ..............................40  1) Tàu tốc hành ở Đài Loan..........................................................................40 2) Eurostar ở Anh-Pháp:...............................................................................40 3) AVE ở Tây Ban Nha: ...............................................................................41 Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 4 4) ICE ở Đức: ...............................................................................................42 5) TAV ở Ý:..................................................................................................42 6) Shinkansen ở Nhật: ..................................................................................43 7) Tàu KTX ở Hàn Quốc:.............................................................................43 V/  Khuyết điểm của tàu siêu tốc:[8] .............................................................44  VI/  Hướng phát triển của tương lai:[9]...........................................................44  D- Ô NHIỄM ĐIỆN TỪ:....................................................................................44 1) Định nghĩa:...............................................................................................45 2) Tác hại của ô nhiễm điện từ: ....................................................................45 TÀI LIỆU THAM KHẢO:........................................................................................52  Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 5 Mở đầu I/ Lý do chọn đề tài: Hiệu ứng điện từ - một mảng kiến thức rộng khắp và đầy bí ẩn luôn là đề tài nóng hổi được các nhà khoa học trên thế giới đặc biệt quan tâm kể từ khi nó chỉ mới nhom nhen hình thành. Sở dĩ hiệu ứng điện từ có tầm quan trọng trong nhận thức của loài người là bởi tính khái quát và phạm vi ứng dụng rộng rãi của nó. Có thể ví dụ minh họa thế này, nếu nhìn vào nội thất một căn nhà, đặc biệt chú ý các thiết bị điện phục vụ sinh hoạt gia đình (tivi, tủ lạnh, radio …) hầu hết chúng đều được ứng dụng từ hiệu ứng điện từ. Vượt ra khỏi phạm vi gia đình, trong sản xuất công nghiệp, có thể nói hiệu ứng điện từ chiếm một vị thế chủ chốt không thể phủ nhận trong các máy móc thiết bị, có ý kiến cho rằng :” Hiêu ứng điện từ là trái tim của ngành công nghiệp hiện đại” và thật sự “trái tim” đó vẫn luôn nhịp đập. Có thể thấy một vài ứng dụng phổ quát nhất của hiệu ứng điện từ như tàu đệm từ, vệ tinh truyền thông, điện thoại di động … vẫn đang là các vấn đề thời sự và nhiều triển vọng. Do đó, việc nghiên cứu hiệu ứng điện từ và các ứng dụng của nó trong thời đại ngày nay là thật sư cấp bách và cần thiết, đặc biệt cho những sinh viên của các nước đang phát triển như Việt Nam, vì bởi, trong tương lai, hiệu ứng điện từ sẽ mang đến cho họ những thành tựu đáng kinh ngạc, góp phần thúc đẩy quốc gia theo kịp công nghệ tiên tiến và hiện đại trên thế giới. Bài nghiên cứu khoa này đặc biệt chú trọng các ứng dụng phổ biến nhất của hiệu ứng điện từ trong công nghiệp hiện đại cũng như nêu ra các hạn chế của nó, phương hướng giải quyết và những tham vọng trong tương lai. Xét thấy đây là mảng kiến thức cần thiết và cập nhật cho các bạn sinh viên. II/ Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu: - Lý thuyết về điện từ trường. - Một số ứng dụng quan trọng của điện từ trường trong công nghệ hiện đại. Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 6 Phạm vi nghiên cứu: lĩnh vực khoa học kỹ thuật liên quan đến điện từ. III/ Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu: - Ý nghĩa khoa học: củng cố lại những kiến thức về điện từ trường đã được học trong thời gian qua, tìm hiểu các ứng dụng thực tiễn của chúng, những phát kiến đang được hình thành và những tham vọng truyền thông của loài người. - Ý nghĩa thực tiễn: làm tài liệu tổng hợp để thuận tiện cho công việc nghiên cứu về sau. Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 7 Nội dung B- ỨNG DỤNG ĐIỆN TỪ TRONG THÔNG TIN LIÊN LẠC: Lịch sử truyền thông nhân loại đã chứng kiến nhiều phát kiến vĩ đại nhằm phục vụ việc thông tin liên lạc toàn cầu. Trước khi Sputnik 1 - vệ tinh nhân tạo đầu tiên xuất hiện trong tri thức loài người thì có hai phương tiện truyền thông đã được sử dụng rộng rãi. I/ TÍN HIỆU MORSE: Mã Morse hay mã Moóc là một loại mã hóa ký tự dùng để truyền các thông tin điện báo. Mã Morse dùng một chuỗi đã được chuẩn hóa gồm các phần tử dài và ngắn để biểu diễn các chữ cái, chữ số, dấu chấm, và các kí tự đặc biệt của một thông điệp. Các phần từ ngắn và dài có thể được thể hiện bằng âm thanh, các dấu hay gạch, hoặc các xung, hoặc các kí hiệu tường được gọi là "chấm" và "gạch" hay "dot" và "dash" trong tiếng Anh. Mã Morse được phát minh vào năm 1835 bởi Samuel Morse nhằm giúp cho ngành viễn thông và được xem như là bước cơ bản cho ngành thông tin số. Từ ngày 1 tháng 2 năm 1999, tín hiệu Morse đã bị loại bỏ trong ngành thông tin hàng hải để thay vào đó là một hệ thống vệ tinh. Tín hiệu có thể được chuyển tải thông qua tín hiệu radio thường xuyên bằng việc bật & tắt (sóng liên tục) một xung điện qua một cáp viễn thông, một tín hiệu cơ hay ánh sáng. Để dùng cho tiếng Việt, các chữ cái đặc biệt và dấu được mã theo quy tắc: Â = AA Ă = AW Ô = OO Ê = EE Đ = DD ƯƠ= UOW Ư = UW Ơ = OW Sắc = S Huyền = F Hỏi = R Ngã = X Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 8 Nặng = J Samuel Morse, tên đầy đủ là Samuel Finley Breese Morse, người Mỹ, là một họa sĩ, nhà phát minh tín hiệu vô tuyến điện và bảng chữ cái mang tên ông – Tín hiệu Morse. Samuel Morse sinh ngày 27 tháng 4 năm 1791 ở Charlestown, Massachusetts. Ông mất ngày 2 tháng 4 năm 1872 ở Thành phố New York. Sơ lược tiểu sử 27 tháng 4 năm 1791, sinh ra ở Charlestown (gần Boston, Massachusetts). 1811, nhận bằng tốt nghiệp sau khi học tại Đại học Yale, (Connecticut), ông làm việc tại một nhà xuất bản ở Boston, từ đây ông chuyên tâm vào hội họa. 1811, tới Luân Đôn để theo các khóa học nghệ thuật tại Benjamin West. 1813, nhận huy chương vàng về điêu khắc tại Hiệp hội nghệ thuật Adelphi. 1815, trở lại Hoa Kỳ nơi ông đã vẽ các tranh vải lịch sử & chân dung, thể hiện một tài năng nhất định. 1825, lập ra ở Thành phố New York Học viện thiết kế quốc gia Hoa Kỳ và trở thành chủ tịch đầu tiên, giữ chức trong 16 năm. Cùng năm này, ông đã tạo ra bảng chữ cái với một cái tên khác lạ. 1829, tới châu Âu và ở lại trong ba năm tại Pháp và Ý để nghiên cứu về nghệ thuật. 1844, Morse gửi bức điện báo đầu tiên, báo hiệu cho một bước tiến mới của kỷ nguyên truyền thông của con người II/ ĐIỆN THOẠI: Lịch sử của chiếc điện thoại thật là thú vị đến nỗi người ta đã làm hẳn một bộ phim về nó. Đầu tiên chúng ta hãy cũng nhau tìm hiểu nguyên lý hoạt động của điện thoại. Khi chúng ta nói thì không khí làm cho các dây thanh âm trong cổ họng chúng ta rung lên, những giao động này đã truyền vào các phân tử của không khí Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 9 tức là những sóng âm thanh phát ra từ mồm chúng ta đã tạo ra các giao động của không khí. Khi những sóng âm thanh đó chạm vào màng đàn hồi trong ống nói thì chúng sẽ làm cho cái màng đó rung với tần số giống như các rung động của các phần tử không khí, những giao động này đã chuyền qua đường dây điện thoại các tín hiệu hình sóng và dẫn đến những rung động của màng điện thoại ở đầu dây đằng kia. Màng đàn hồi sẽ tạo ra sóng trong không khí giống như những sóng đã được gửi vào ống nói khi những sóng này đến tai người nghe ở đầu dây đằng kia giống như là âm thanh trực tiếp phát ra từ miệng của bạn. Còn bây giờ chúng ta hãy nói về lịch sử của điện thoại. Vào ngày 2/6/1875 ông Alexandro Bell đã làm một thí nghiệm ở Boston. Ông muốn cùng một lúc gửi đi vào bức điện tín qua cùng một đường dây, ông đã sử dụng một bộ thanh thép. Ông đã làm một thiết bị nhận ở một phòng còn người trợ lý của ông là Tomát Uytson thì truyền đi ở phòng bên cạnh, người trợ lý đã giật thanh thép để cho nó rung lên và tạo ra những âm thanh leng keng, bỗng dưng ông Bell chạy sang phòng của người trợ lý và hét toáng lên hãy cho tôi xem anh đang làm gì đấy. Ông đã nhận thấy rằng các thanh thép nhỏ khi rung ở phía trên nam châm thì sẽ tạo ra các dòng điện biến thiên chạy qua dây dẫn. Chính điều đó đã tạo ra những rung động của các thanh kim loại trong phòng của ông Bell và các âm thanh leng keng. Ngày hôm sau chiếc điện thoại đầu tiên đã ra đời và những âm thanh đã được truyền qua dây điện thoại thứ nhất từ tầng trên xuống hai tầng dưới. Vào ngày 10/8 năm sau ông Bell đã có thể nói chuyện với người cộng sự của mình qua điện thoại : “Ông Willson ông có thể lên phòng tôi được không, tôi muốn nói chuyện với ông” Kể từ sau năm 1875, việc thông tin trên Thế Giới đã tương đối thuận tiện, tín hiệu Morse và điện thoại tuy cách thức hoạt động cực kì phức tạp nhưng vẫn được sử dụng rộng rãi trong đời sống sinh hoạt sản xuất và đặc biệt là trong quân đội để phục vụ chiến tranh. Tuy nhiên, ngoài phương tiện điện thoại dần được hoàn thiện cho đến ngày nay thì việc sử dụng tin hiệu Morse để thông tin vẫn còn nhiều cập rập. Đến ngày 4 tháng 10 năm 1957, Khi Liên Bang Xô Viết thông qua tên lửa R-7 phóng thành Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 10 công lên quỹ đạo vệ tinh nhân tạo đầu tiên của nhân loại - Sputnik 1 đã tạo ra một bước ngoặt vĩ đại cho lịch sử truyền thông loài người. Mặt khác, người đầu tiên đã nghĩ ra vệ tinh nhân tạo dùng cho truyền thông là nhà viết truyện khoa học giả tưởng Arthur C. Clarke vào năm 1945. Ông đã nghiên cứu về cách phóng các vệ tinh này, quỹ đạo của chúng và nhiều khía cạnh khác cho việc thành lập một hệ thống vệ tinh nhân tạo bao phủ thế giới. Ông cũng đề nghị 3 vệ tinh địa tĩnh (geostationary) sẽ đủ để bao phủ viễn thông cho toàn bộ Trái Đất. Kể từ đó, hàng loạt các thiết bị truyền thông điện từ dần được hình thành, chi phối toàn bộ hệ thống thông tin liên lạc trên địa cầu. Dưới đây, chúng ta sẽ đi tìm hiểu một số phương tiện hiện đại và đang được ứng dụng rộng khắp. III/ WIFI: 1) Wifi là gì? Wi-Fi hay mạng 802.11 là hệ thống mạng không dây sử dụng sóng vô tuyến, giống như điện thoại di động, truyền hình và radio. Hệ thống này đã hoạt động ở một số sân bay, quán café, thư viện hoặc khách sạn. Hệ thống cho phép truy cập Internet tại những khu vực có sóng của hệ thống này, hoàn toàn không cần đến cáp nối. Ngoài các điểm kết nối công cộng (hotspots), WiFi có thể được thiết lập ngay tại nhà riêng. Tên gọi 802.11 bắt nguồn từ viện IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Viện này tạo ra nhiều chuẩn cho nhiều giao thức kỹ thuật khác nhau, và nó sử dụng một hệ thống số nhằm phân loại chúng. Có 3 tiêu chuẩn: Chuẩn 802.11a, tốc độ truyền dẫn tối đa 54Mbps; Chuẩn 802.11b, tốc độ truyền dẫn tối đa 11Mbps; Chuẩn 802.11g, tốc độ truyền dẫn tối đa 54Mbps. Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 11 Nhiều người vẫn cho rằng Wi-Fi là từ viết tắt của “ Wireless Fidelity”. Theo Phill Belanger, một trong những thành viên sáng lập hiệp hội Wi-Fi (Wi-Fi Alliance), Wi-Fi không phải thuật ngữ viết tắt của cụm từ nào cả. Nó không hề có nghĩa. Wi-Fi và hình biểu tượng (logo) theo phong cách âm dương được thiết kế bởi hãng Interbrand, công ty đã đã đặt ra những tên nổi tiếng như “Prozac”, “Compaq”, “Oneworld”, “Imation”... Người sáng lập Wireless Ethernet Compatibility Alliance (hiện nay là Wi-Fi Alliance), đã thuê Interbrand thiết kế thương hiệu và logo để nhấn mạnh khả năng tương tác lẫn nhau và khuếch trương công nghệ. Do đó họ cần một cái gì đó dễ nắm bắt hơn thuật ngữ “IEEE 802.11b Direct Sequence”. Một số đồng nghiệp trong nhóm cảm thấy không hài lòng. Họ không thể tưởng tưởng việc sử dụng tên “Wi-Fi” mà không có một vài lời giải thích rõ ràng. Như thế, Wireless Fidelity được sáng tác sau khi đã chọn từ 10 thuật ngữ khác nhau do Interbrand đề xuất. Và nó không có nghĩa gì cả. Đây chỉ là một cố gắng vụng về trong việc tìm ra hai từ hợp với “Wi và Fi”. 2) Nguyên tắc hoạt động:  Hoạt động Truyền thông qua mạng không dây là truyền thông vô tuyến hai chiều. Cụ thể:  Thiết bị adapter không dây (hay bộ chuyển tín hiệu không dây) của máy tính chuyển đổi dữ liệu sang tín hiệu vô tuyến và phát những tín hiệu này đi bằng một ăng-ten.  Thiết bị router không dây nhận những tín hiệu này và giải mã chúng. Nó gởi thông tin tới Internet thông qua kết nối hữu tuyến Ethernet. Qui trình này vẫn hoạt động với chiều ngược lại, router nhận thông tin từ Internet, chuyển chúng thành tín hiệu vô tuyến và gởi đến adapter không dây của máy tính. Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 12 3) Sóng WiFi: Các sóng vô tuyến sử dụng cho WiFi gần giống với các sóng vô tuyến sử dụng cho thiết bị cầm tay, điện thoại di động và các thiết bị khác. Nó có thể chuyển và nhận sóng vô tuyến, chuyển đổi các mã nhị phân 1 và 0 sang sóng vô tuyến và ngược lại. Tuy nhiên, sóng WiFi có một số khác biệt so với các sóng vô tuyến khác ở chỗ: * Chúng truyền và phát tín hiệu ở tần số 2.5 GHz hoặc 5GHz. Tần số này cao hơn so với các tần số sử dụng cho điện thoại di động, các thiết bị cầm tay và truyền hình. Tần số cao hơn cho phép tín hiệu mang theo nhiều dữ liệu hơn. * Chúng dùng chuẩn 802.11: Chuẩn 802.11b là phiên bản đầu tiên trên thị trường. Đây là chuẩn chậm nhất và rẻ tiền nhất, và nó trở thành ít phổ biến hơn so với các chuẩn khác. 802.11b phát tín hiệu ở tần số 2.4 GHz, nó có thể xử lý đến 11 megabit/giây, và nó sử dụng mã CCK (complimentary code keying). Chuẩn 802.11g cũng phát ở tần số 2.4 GHz, nhưng nhanh hơn so với chuẩn 802.11b, tốc độ xử lý đạt 54 megabit/giây. Chuẩn 802.11g nhanh hơn vì nó sử dụng mã OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing), một công nghệ mã hóa hiệu quả hơn. Chuẩn 802.11a phát ở tần số 5 GHz và có thể đạt đến 54 megabit/ giây. Nó cũng sử dụng mã OFDM. Những chuẩn mới hơn sau này như 802.11n còn nhanh hơn chuẩn 802.11a, nhưng 802.11n vẫn chưa phải là chuẩn cuối cùng. * WiFi có thể hoạt động trên cả ba tần số và có thể nhảy qua lại giữa các tần số khác nhau một cách nhanh chóng. Việc nhảy qua lại giữa các tần số giúp giảm thiểu sự nhiễu sóng và cho phép nhiều thiết bị kết nối không dây cùng một lúc. Adapter Một adapter cắm vào khe PCI cho máy tính để bàn. Một adapter cắm vào khe PCI cho máy tính để bàn. Các máy tính nằm trong vùng phủ sóng WiFi cần có các bộ thu không dây, adapter, để có thể kết nối vào mạng. Các bộ này có thể được tích hợp vào các máy tính xách Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 13 tay hay để bàn hiện đại. Hoặc được thiết kế ở dạng để cắm vào khe PC card hoặc cổng USB, hay khe PCI Khi đã được cài đặt adapter không dây và phần mềm điều khiển (driver), máy tính có thể tự động nhận diện và hiển thị các mạng không dây đang tồn tại trong khu vực. Router Nguồn phát sóng WiFi là máy tính với: 1. Một cổng để nối cáp hoặc modem ADSL 2. Một router 3. Một hub Ethernet 4. Một firewall 5. Một access point không dây Hầu hết các router có độ phủ sóng trong khoảng bán kính 30,5 m về mọi hướng. Có các thiết bị gia tăng hoặc lặp lại độ phủ sóng để làm tăng diện tích phủ sóng của router. Nhiều router có có thể sử dụng hơn một chuẩn 802.11. Hầu hết các router đều có một giao diện sử dụng dạng web cho phép thay đổi cấu hình như: tên của hệ thống mạng, kênh router sử dụng (hầu hết các router mặc định sử dụng kênh 6, tuy nhiên có thể chuyển kênh để tránh nhiễu với nguồn phát sóng lân cận nằm cùng kênh), các chế độ bảo mật router (tên truy cập và mật khẩu cho mạng). Các chế độ bảo mật của router thường có: * Wired Equivalency Privacy (WEP) sử dụng công nghệ mã hóa 64 bit hoặc 128 bit. Mã hóa 128 bit an toàn hơn. Những ai muốn sử dụng mạng đã được kích hoạt WEP đều phải biết khóa WEP, khóa này thường là mật khẩu dạng dãy số. * WiFi Protected Access (WPA) là một bước tiến của WEP và hiện giờ là một phần của giao thức mạng bảo mật không dây 802.11i. Nó sử dụng giao thức mã hóa toàn bộ bằng một khóa tạm thời. Giống như WEP, bảo mật WPA cũng phải đăng nhập bằng một mật khẩu. Hầu hết các điểm truy cập không dây công cộng hoặc là mở hoàn toàn hoặc bảo mật bằng WPA hay WEP 128 bit. Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 14 * Media Access Control (MAC) bảo mật bằng cách lọc địa chỉ của máy tính. Nó không dùng mật khẩu đối với người sử dụng, nó căn cứ vào phần cứng vật lý của máy tính. Mỗi một máy tính đều có riêng một địa chỉ MAC độc nhất. Việc lọc địa chỉ MAC chỉ cho phép những máy đã đăng ký mới được quyền truy cập mạng. Cần đăng ký địa chỉ của máy tính khi thiết lập trong router. IV/ ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG: 1) Tiện ích của điện thoại di động: Ngày nay, ĐTDĐ cung cấp những chức năng không thể tin được và những chức năng mới vẫn đang được thêm vào với tốc độ cực nhanh. Với một chiếc ĐTDĐ bạn có thể: Ghi nhớ các thông tin liên lạc. Tạo list các công việc. Ghi lịch của các cuộc hẹn và sắp đặt chức năng nhắc nhở Tính toán những phép toán đơn giản với chức năng máy tính đi kèm Gửi và nhận Email Lấy thông tin ( tin tức, giải trí, đặt chứng khoán…) từ Internet Chơi những game đơn giản Kết nối với các thiết bị khác như PDAs, Máy nghe nhạc MP3 và Máy thu GPS(Global Positioning System) 2) Nguyên tắc hoạt động: Khái niệm về các ô (The Cell Approach) Một trong những điều thú vị nhất của ĐTDĐ là chúng thực sự là một chiếc radio—một chiếc radio cực kì tinh vi. Điện thoại được phát minh bởi nhà bác học Alexander Graham Bell vào năm 1876, và liên lạc không dây đã đi theo căn nguyên của nó để đi đến phát minh Radio của Nikolai Tesla vào năm 1880 ( chính thức được công bố năm 1894 bởi một người Ý tên là Guglielmo Marconi ). Đó chỉ là điều tự nhiên khi 2 phát minh vĩ đại này được kết hợp với nhau sau này. Trong thời kì đen tối trước khi có ĐTDĐ, những người thực sự có nhu cầu dùng liên lạc di động đã đặt những chiếc máy truyền tin ( radio Telephones) trên xe ô tô Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 15 của họ. Trong hệ thống máy truyền tin này, có một cột ăng ten trung tâm cho mỗi thành phố, và khoảng chừng 25 kênh có thể dùng trên cột ăng ten đó. Việc dùng ăng ten trung tâm này yêu cầu chiếc điện thoại trong ô tô của bạn cần một máy phát mạnh—có khả năng truyền tín hiệu với khoảng cách 40 đến 50 dặm ( khoảng 70 km). Điều đó cũng có nghĩa là không có nhiều người có khả năng sử dụng loại mày truyềnh tin này—bởi vì không đủ kênh để sử dụng. Mấu chốt của hệ thống ô đó là chia nhỏ thành phố ra thành các ô nhỏ. Điều đó cho phép mở rộng việc sử dụng lại tần số ra toàn thành phố, do vậy hàng triệu người có thể sử dụng ĐTDĐ trong cùng một lúc. 3) Các Tần Số: Một ô đơn là một hệ thống analog sử dụng 1/7 sự khả năng sử dụng của kênh âm thanh kép(duplex voice channels). Nghĩa là, mỗi ô ( trong 7 ô của vỉ lục giác ) thì sử dụng 1/7 số kênh có thể dùng do đó nó mang một bộ tần số duy nhất và không có sự xung đột với các ô khác. Một carrier thường lấy 832 tần số radio để sử dụng trong thành phố Mỗi ĐTDĐ sử dụng 2 tần số cho mỗi cuộc gọi—một kênh kép(duplex channel )—nên có 395 kênh âm thanh(voice channels ) đặc trưng cho mỗi carrier ( 42 tấn số khác được dùng cho kênh điều khiển(control channels )—nói đến ở trang sau ) Vì vậy mỗi ô có khoảng 392:7=56 kênh âm thanh có thể sử dụng. Nói một cách khác, trong bất cứ ô nào 56 người có thể nói chuyện trên ĐTDĐ trong cùng một thời gian. Với phương thức chuyển giao kĩ thuật số(KTS)( digital transmission), số lượng của các kênh có thể dùng tăng lên. Ví dụ, số lượng cuộc gọi thực hiện trong cùng một thời gian của hệ thống KTS TDMA (TDMA- based digital system ) có thể gấp 3 so với hệ thống analog, vì vậy mỗi ô có 168 kênh có thể dùng ( xem trang này để có nhiều thông tin hơn về TDMA, CDMA, GSM và các công nghệ cho ĐTDĐ KTS khác ). Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 16 4) Sự chuyển giao (transmission): ĐTDĐ có một máy phát công suất thấp(low-power transmitters ) trong chúng. Rất nhiều loại ĐTDĐ mang 2 tín hiệu cường độ: 0.6 Watt và 3 Watt (trong khi hầu hết các radio CB đều truyền ở mức 4 Watt). Trạm cơ sở cũng truyền ở mức công suất thấp. Sự truyền ở công suất thấp có 2 lợi điểm *Sự truyền(transmissions ) giữa trạm cơ sở và những chiếc ĐT trong các ô của nó ngăn không cho ĐTDĐ đi quá xa so với những ô đó. Vì vậy, trong hình vẽ ở trên, cả 2 ô màu hồng có thể dùng lại chung 56 tần số(reuse the same 56 frequencies). Cùng một số tần số có thể được sử dụng lại rộng trên toàn thành phố Công suất tiêu thụ(power consumption ) của ĐTDĐ, cái có nghĩa là công suất yêu cầu đối với pin sẽ thấp. Công suất thấp nghĩa là pin nhỏ, và đó chính là điều làm cho chiếc điện thoại di động cầm tay trở thành hiện thực. *Công nghệ di động yêu cầu một số lượng rất lớn của các trạm cơ sở trong một thành phố bất kể nó to hay nhỏ. Một thành phố rộng đặc trưng có thể có hàng trăm cột phát(towers). Nhưng vì có quá nhiều người sử dụng ĐTDĐ , cho nên giá thành mà mỗi người dùng phải trả vẫn rất rẻ. Mỗi carrier trong mỗi thành phố cũng chạy vận hành một cơ quan trung tâm gọi là MTSO(Mobile Telephone Switching Office). Cơ quan này xử lý mọi kết nối điện thoại thành hệ thống điện thoại mặt đất cơ sở bình thường, và điều khiển mọi trạm cơ sở trong vùng Trong phần sau, bạn sẽ hiểu được cái gì sẽ sảy ra khi bạn và chiếc ĐTDĐ của bạn di chuyển từ ô này sang ô khác. 5) Các Code của ĐTDĐ (Cell Phone Codes): Tất cả các loại ĐTDĐ đều có những code riêng liên kết với chúng. Khi bật máy điện thoại, nó sẽ nghe theo một SID ở trong kênh điều khiển(control channel). Nếu ĐTDĐ không tìm thấy bất kì kênh điều khiển nào, thì nó sẽ hiểu là ở ngoài vùng phủ sóng(out of range ) và hiển thị là “No service”. Khi nó nhận SID, điện thoại sẽ so sánh nó với SID đã được chương trình hóa ở trong máy. Nếu các SID thích hợp với nhau chiếc điện thoại hiểu rằng Ô nó đang liên kết thuộc một phần của hệ thống chủ của nó(home system). Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 17 Cùng với SID, ĐTDĐ truyền một yêu cầu đăng kí(registration request), và MTSO giữ lại dấu vết vị trí của chiếc ĐTDĐ của bạn trong database—bằng cách này, khi MTSO muốn gọi bạn nó biết được phần tử ô nào bạn đang ở. MTSO nhận một cuộc gọi và nó cố gắng tìm bạn. Nó nhìn vào database để xem bạn đang ở ô nào MTSO lấy một cặp tần số mà ĐTDĐ sẽ sử dụng trong ô đó để thực hiện cuộc gọi. MTSO liên kết với điện thoại của bạn thông qua qua kênh điều khiển nhờ vậy điện thoại của bạn biết sẽ sử dụng tần số nào, sau đó ĐTDĐ của bạn và cột angten chuyển sang tần số đó và cuộc gọi được thực hiện.Cách này gọi là two-way radio Khi bạn ra đến rìa của ô bạn đang ở, trạm cơ sở của ĐTDĐ của bạn sẽ thông báo rằng độ lớn của sóng(signal strength ) đang giảm. Ngược lại, trạm cơ sở ở ô mà bạn đang tiến tới thì lại thấy rằng cột sóng của bạn đang tăng. Hai trạm cơ sở này là ngang hàng nhau thông qua MTSO, và tại vài điểm nhất định, ĐTDĐ của bạn thu tín hiệu từ một kênh điều khiển cho biết có sự thay đổi tần số. Việc này chuyển điện thoại của bạn qua một ô mới. Roaming Nếu SID ở kênh điều khiển không khớp với SID đã được chương trình hóa trong ĐTDĐ của bạn, thì ĐTDĐ sẽ biết đó nghĩa là roaming. MTSO của các ô mà bạn đang roaming sẽ liên hệ với MTSO ở hệ thông chủ của bạn, hệ thống này sẽ kiểm tra database để xác định SID nào mà máy bạn đang sử dụng. Hệ thống chủ của bạn xác minh với MTSO hiện tại, sau đó nó sẽ ghi lại dấu vết khi điện thoại của bạn đi qua ô của nó. Và điều kì diệu là tất cả những điều đó chỉ xay ra trong vài giây ĐTDĐ và CB Radio(Cell Phones and CBs) Một cách tốt để hiểu sự tinh vi của một chiếc ĐTDĐ là so sánh nó với một chiếc CB radio hoặc là một điện đài xách tay. Full-duplex vs. half-duplex – Cả CB radio và điện đài xách tay đều là thiết bị half-duplex.Điều đó nghĩa là 2 người giao thiệp trên một CB radio sử dụng cùng một tần số, nên trong một thời điểm thì chỉ một người có thể nói.Trong khi đó một Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 18 chiếc ĐTDĐ là một thiết bị full-duplex. Điều đó nghĩa là bạn sử dụng một tần số để nói và một tần số riêng biệt để nghe. Và do đó cả hai người có thể nói chuyện với nhau trong cùng một lúc Channels(các kênh) – Một chiếc điện đài xách tay thường có một kênh, và một chiếc CB radio thì có 40 kênh. Trong khi đó một chiếc ĐTDĐ thì có thể giao thiệp với nhau thông qua 1,664 kênh hoặc nhiều hơn nữa. Range(Vùng) – Một điện đài xách tay có thể truyền đi với cự ly khoảng 1 dặm(1.6 km) và dùng một máy phát công suất 0.25 watt. Một CB radio, vì có công suất lớn hơn có thể truyền với cự ly khoảng 5 dặm(8 km) và sử dụng một máy phát 5 watt. Trong khi đó một chiếc ĐTDĐ khi hoạt động trong các ô, và nó có thể chuyển giữa các vùng đó khi nó di chuyển. Các ô giúp cho ĐTDĐ có bán kính sử dụng không thể tin được. Nhiều người sử dụng ĐTDĐ có thể chạy ô tô xa hàng 100 dặm mà vẫn có thể duy trì cuộc gọi không bị đứt quãng nhờ vào Cellular approach. Phần bên trong của một chiếc ĐTDĐ (Inside a Cell Phone) Là một cấu trúc rắc rối trên những khối lập phương tính bằng inch, ĐTDĐ là một trong những thiết bị phức tạp nhất mà con người tiếp xúc hàng ngày. ĐTDĐ KTS ngày nay có thể thực hiện đ+ược hàng triệu phép tính trong vòng một giây để có thể nén hoặc giải nén các luồng âm thanh. Nếu bạn tháo rời một chiếc ĐTDĐ, bạn sẽ thấy nó chỉ chứa vài phần độc lập: Một bảng mạch phức tạp chứa bộ não của chiếc máy Một ăng ten Một màn hình tinh thể lỏng (LCD). Một bàn phím ( không giống với bàn phím trên cái điều khiển TV) Một cái microphone Một cái loa Một cục pin Ở phần tiếp theo, bạn sẽ tìm hiểu sâu hơn về bảng mạch và các thành phần của nó Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 19 Trên một bảng mạch, có vài con chip máy tính. Hãy nói qua về công việc mà những cái chip đó làm. Các chip analog-to-digital và digital-to-analog dịch các tín hiệu âm thanh ra từ analog thành digital và các tín hiệu vào từ digital thành analog. Bạn có thể học thêm về sự chuyển A-to-D và D-to-A và tầm quan trọng của nó tới công nghệ âm thanh KTS tại How Compact Discs Work. - Bộ sử lý tín hiệu digital là một bộ sử lý kĩ thuật cao được thiết kế để thực hiện các phép toán tín hiệu ở tốc độ cao -Bộ vi sử lý (microprocessor) sử lý mọi công việc dùng cho bàn phím và màn hình hiển thị, ra lệnh và điều khiển tín hiệu với trạm cơ sở đồng thời phối hợp những phần còn lại trên bảng mạch Rom và Flash Memory của các chip(The ROM and Flash memory chips ) cung cấp bộ nhớ cho hệ điều hành của ĐTDĐ và các đặc tính( ví dụ như chỉ dẫn điện thoại). Tần số Radio và phần năng lượng (radio frequency (RF) and power section )có chức năng điều hành công suất, sạc pin và tất nhiên cả giao dịch với hàng trăm kênh FM. Cuối cùng, máy khuếch đại tần số Radio(RF amplifiers ) xử lý tín hiệu đến và đi từ ăng ten. Màn hình đã phát triển đáng kể về kích cỡ cũng như các đặc tính của ĐTDĐ đã tăng lên. Hầu hết điện thoại ngày nay đưa ra các chỉ dẫn, máy tính toán và ngay cả game gắn liền. Và rất nhiều loại điện thoại sáp nhập một số loại như PDA và trình duyệt Web. Vài loại ĐTDĐ lưu trữ nhưng thông tin đích xác nào đó như code của SID và MIN, ở trong bộ nhớ trong. Trong khi đó một số khác sử dụng card nhớ ngoài tương tự như SmartMedia Card. ĐTDĐ sử dụng những chiếc loa và mic rất nhỏ và thật khó tin khi biết được chúng tạo âm thanh tốt thế nào. Như hình ở trên, chiếc loa nhỏ chỉ cỡ một đồng xu và chiếc Mic không lớn hơn chiếc pin đồng hồ cạnh nó là bao. Về chiếc pin , nó được dùng trong đồng hồ ở bên trong con chip của ĐTDĐ(internal clock chip). Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 20 Tất cả những điều trên thật kì diệu—cái chỉ trong vòng 30 năm trước thôi có thể chiếm diện tích của cả một tầng của một tòa nhà – còn ngày nay nó được tạo ra trên một “gói nhỏ” và nằm gọn trong lòng bàn tay của bạn. 6) AMPS Vào năm 1983, chiếc ĐTDĐ analog chuẩn được gọi là AMPS được xác nhận bởi FCC(Federal Communications Commission) và lần đầu tiên được sử dụng tại Chicago. AMPS sử dụng một vùng tần số giữa 824MHz và 894 MHz. Để khuyến khích cạnh tranh và giữ giá thành, chín phủ Mĩ yêu cầu sự có mặt của 2 carrier tại mọi thị trường và được biết với cái tên carrier A và carrier B. Một trong những Carrier thường là Carrier trao đổi địa phương(local-exchange carrier -LEC), một cách nói lái là công ty điện thoại địa phương.( a fancy way of saying the local phone company.) Carrier A và B mỗi cái đều ấn định là 832 tần số: 790 cho âm thanh và 42 cho dữ liệu. Một cặp tần số( một cho truyền và một cho nhận ) được sử dụng để tạo nên một kênh. Các tần số được sử dụng trong kênh âm thanh analog thường có độ rộng là 30kHz – 30kHz được chọn là size chuẩn vì so sánh với điện thoại có dây nó cho một âm thanh chất lượng hơn. Sự truyền và nhận tần số của mỗi kênh âm thanh được tách biệt bởi 45MHz để giữ chúng không xen lẫn lên nhau. Mỗi Carrier có 395 kênh âm thanh, và 21 kênh dữ liệu để thực hiện các công việc thường xuyên như đăng kí và gọi. Một version của AMPS đó là NAMPS(Narrowband Advanced Mobile Phone Service) được tích hợp một số công nghệ KTS cho phép hệ thông có thể mang gấp 3 lần số cuộc gọi so với version gốc. Mặc dù nó sử dụng công nghệ KTS, nó vẫn được xem là analog. AMPS và NAMPS chỉ được thực hiện trên dải 800 MHz và không phục vụ rất nhiều những đặc trưng mà ở ĐTDĐ KTS có như E-mail và trình duyệt Web. 7) Along Comes Digital ĐTDĐ KTS cũng sử dụng công nghệ radio như ở ĐTDĐ analog, nhưng ở cách khác nhau. Hệ thống analog không thể sử dụng hoàn toàn tín hiệu giữa ĐTDĐ Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 21 và mạng di động – tín hiệu analog không thể bị nén và thao tác dễ dàng như đối với một tín hiệu KTS thật sự. Đó là lý do tại sao rất nhiều công ty về dây dẫn đã chuyển sang làm về kĩ thuật số- và do đó họ có thể tích hợp nhiều kênh hơn trong dải tần được cho trước. Những hiệu quả của hệ thống kĩ thật số thật đáng kinh ngạc. ĐTDĐ KTS (KTS) chuyển giọng nói thành thông tin nhị phân (1s và 0s) và sau đó nén chúng lại. Việc nén cho phép 3 đến 10 cuộc gọi KTS chỉ chiếm một không gian bằng một cuộc gọi analog. Rất nhiều hệ thống di động KTS dựa vào FSK(frequency-shift keying) để gửi dữ liệu về và tới qua AMPS. FSK sử dụng 2 tần số, một cho 1s và một nữa cho 0s, thay đổi một cách nhanh chóng giữa 2 thông tin KTS giữa cột di động và điện thoại. Module thông minh và các lược đồ mã được yêu cầu để chuyển đổi những thông tin analog thành digital, nén chúng và chuyển đổi ngược lại trong khi vẫn dữ được chất lượng của âm thanh. Tất cả điều đó có nghĩa là ĐTDĐ KTS phải có rất nhiều khả năng sử lý. 8) Cellular Access Technologies Có 3 công nghệ chung được dùng trong mạng ĐTDĐ để truyền phát thông tin đó là: Frequency division multiple access (FDMA) Time division multiple access (TDMA) Code division multiple access (CDMA) Mặc dù những công nghệ này nghe có vẻ rất cao siêu, nhưng bản có thể dễ dàng hiểu được cách chúng hoạt động bằng một việc đơn giản là phân tích tên gọi của chúng. Phương pháp đầu tiên nói với bạn thế nào là phương thức access. Từ thứ 2, sự phân chia, cho bạn biết rằng nó chia cuộc gọi dựa trên phương thức access đó FDMA đặt mỗi cuộc gọi ở những tần số khác nhau TDMA xác nhận mỗi cuộc gọi là một phần xác định của thời gian trên một tần số định rõ CDMA đặt 1 code duy nhất cho mỗi cuộc gọi và trải dài nó trên những tần số có thể sử dụng. Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 22 Phần cuối của mỗi tên là Multiple access. Nó đơn giản chỉ có nghĩa là hơn một người dùng có thể sử dụng trong mỗi ô. Carrier A và B mỗi cái đều ấn định là 832 tần số: 790 cho âm thanh và 42 cho dữ liệu. Một cặp tần số( một cho truyền và một cho nhận ) được sử dụng để tạo nên một kênh. Các tần số được sử dụng trong kênh âm thanh analog thường có độ rộng là 30kHz – 30kHz được chọn là size chuẩn vì so sánh với điện thoại có dây nó cho một âm thanh chất lượng hơn. 9) Cellular Access Technologies: FDMA FDMA tách các hình ảnh/phổ(spectrum ) thành những kênh âm thanh riêng biệt bằng cách chia Nó thành các dải băng tần chuẩn(uniform chunks of bandwidth). Để hiểu rõ hơn về FDMA, hãy nghĩ đến trạm Radio: mỗi trạm gửi tín hiệu của nó ở những tần số khác nhau trong các band sử dụng. FDMA được sử dụng chủ yếu cho sự truyền tải tín hiệu analog. Mặc dù rõ ràng có khả năng mang tải các thông tin KTS, nhưng FDMA không được coi như là một phương pháp hiệu quả cho sự truyền tín hiệu KTS. 10) Cellular Access Technologies: TDMA TDMA là phương pháp thâm nhập được sử dụng bởi Khối liên minh công nghiệp điện tử và Tổ chức công nghiệp viễn thông cho Interim Standard 54 (IS-54) và Interim Standard 136 (IS-136). Sử dụng TDMA, một băng tần hẹp 30 kHz bề rộng và 6.7milli giây bề dài được chia từ time-wise thành 3 time slots Băng tần hẹp nghĩa là “những kênh” ở trạng thái truyền thống. Mỗi đoạn hội thoại lấy của radio 1/3 thời gian. Điều đó là có thể bởi vì dữ liệu âm thanh đã được chuyển thành thông tin KTS thì được nén sao cho nó ngốn ít không gian truyền phát nhất, một điều rất quan trọng. Vì vậy TDMA có gấp 3 lần dung lượng của một hệ thống analog sử dụng cùng 1 số kênh. Các hệ thống TDMA điều hành trên giải tần số hoặc là 800-MHz (IS-54) hoặc là 1900-MHz (IS-136) Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 23 V/ THÔNG TIN VŨ TRỤ - VỆ TINH TRUYỀN THÔNG: 1) Giới thiệu: Vệ tinh truyền thông là một vệ tinh nhân tạo đặt trên không gian với mục đích truyền thông. Vệ tinh truyền thông hiện đại dùng nhiều quỹ đạo khác nhau như quỹ đạo địa tĩnh, quỹ đạo Molniya, cùng các loại quỹ đạo elip. Sau khi Liên Xô phóng thành công vệ tinh nhân tạo đầu tiên của Trái Đất (Sputnik[1]), ý tưởng sử dụng vệ tinh bay quanh Trái Đất làm phương tiện thông tin liên lạc toàn cầu có khả năng trở thành hiện thực. Trên lý thuyết, chỉ cần có 3 hoặc 4 vệ tinh ở cùng độ cao lớn hơn bán kính Trái Đất đã có thể phủ sóng toàn cầu. Ngày 11 tháng 7 năm 1962, lúc 0h47’ (Giờ Paris) đã thực hiện cuộc lien lạc vô tuyến truyền hình giữa hai lục địa bằng vệ tinh trên Đại Tây Dương. Trạm Pleumeur – Bodou ở bờ biển Côtes d’armor của Pháp tiếp nhận hình ảnh đầu tiên gửi đi từ trạm Andover của Mỹ ở vùng Maine và được truyền trực tiếp thông qua vệ tinh Telstar 1 do NASA (Cơ quan hàng không vũ trụ Mỹ) đưa lên quỹ đạo ngày hôm trước đó. Ngày 23 tháng 7 tiếp theo, tiến hành thử nghiệm hệ truyền hình Thế Giới (mondovision) đầu tiên.[2] 2) Nguyên lý hoạt động:  Tiện ích: Các vệ tinh thướng xuyên đứng ở một vị trí cố định trên bầu trời, một vệ tinh như vậy gọi là vệ tinh địa tĩnh.Các vệ tinh địa tĩnh cho phép thực hiện việc thong tin liên lạc một cách lien tục tới mọi nơi trên Trái Đất. Hiện nay, nhiều nước có vệ tinh viễn thong trong vũ trụ, nhưng không thể nước nào muốn phóng bao nhiêu vệ tinh cũng được, mà bầu trời quanh Trái Đất dã được các ông ước quốc tế phân chia, mỗi nước chỉ được phóng vệ tinh viễn thong với tọa độ trong một giới hạn nhất định. Hệ thống vệ tinh trên toàn Thế Giới phục Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 24 vụ thông tin liên lạc ngày cành hoàn chỉnh, cho nên mọi sự kiện trên Thế Giới được thong tin rất kịp thời, từ các tai nạn giao thong, động đất, song thần, bão lụt đến hoạt động vui chơi giả trí như bong đá, thể thao, hòa nhạc cùng các hoạt động chính trị, quân sự ở khắp mọi nơi trên Thế Giới đều được thong tin cập nhật. Nhờ hệ thống mạng điện thoại di động, dung 6 quỹ đạo theo 6 kinh tuyến cách đều nhau, mỗi quỹ đạo có 11 vệ tinh bay ở độ cao 780m, 66 vệ tinh này có thể nhìn được cả bề mặt Trái Đất. Sóng cực ngắn mang tín hiệu tiếng nói của một người phát đi từ một anten đĩa từ một trạm trên mặt đất sẽ được một vệ tinh thu và phát lại cho một trạm khác trên mặt đất ở khoảng cách hàng ngàn kilomet, rồi lại được phát lên một vệ tinh khác cho đến trạm gần người nghe nhất, trạm này truyền tín hiệu đến điện thoại bỏ túi. Nhờ vậy, với chiếc điện thoại di động, đang ở bất cứ nơi nào cũng có thể nói chuyện với một người ở bất cứ nước nào trên thế giới. Nhờ vệ tinh nhân tạo, con người đã làm một cuộc cách mạng về thông tin liên lạc trong phạm vi toàn cầu. 3) Lịch sử phát triển:  Vệ tinh nhân tạo đầu tiên Người đầu tiên đã nghĩ ra vệ tinh nhân tạo dùng cho truyền thông là nhà viết truyện khoa học giả tưởng Arthur C. Clarke vào năm 1945. Ông đã nghiên cứu về cách phóng các vệ tinh này, quỹ đạo của chúng và nhiều khía cạnh khác cho việc thành lập một hệ thống vệ tinh nhân tạo bao phủ thế giới. Ông cũng đề nghị 3 vệ tinh địa tĩnh (geostationary) sẽ đủ để bao phủ viễn thông cho toàn bộ Trái Đất. Tuy nhiên, vệ tinh nhân tạo đầu tiên là Sputnik 1 được Liên bang Xô viết phóng lên ngày 4 tháng 10 năm 1957.  Lịch sử ban đầu của chương trình vệ tinh nhân tạo Hoa Kỳ Tháng 5 năm 1946, Dự án RAND đưa ra bước khởi đầu cho Thiết kế ban đầu về một Tàu vũ trụ Thực nghiệm bay quanh Trái Đất, "Một thiết bị vệ tinh với những công cụ được chờ đợi sẽ làm một trong những công cụ khoa học mạnh mẽ nhất của Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 25 thế kỷ 20. Thành công của tàu vũ trụ vệ tinh có thể mang lại những tiếng vang có thể so sánh được với sự phát minh ra bom nguyên tử..." Thời đại vũ trụ bắt đầu năm 1946, khi các nhà khoa học bắt đầu sử dụng các tên lửa V-2 bắt được của Đức để đo lường tại tầng cao của khí quyển. Trước giai đoạn này, các nhà khoa học đã sử dụng các khinh khí cầu có thể lên cao 30 km và các sóng radio để nghiên cứu tầng điện ly. Từ 1946 đến 1952, nghiên cứu tầng cao của khí quyển Trái Đất được tiến hành và sử dụng các tên lửa V-2. Điều này cho phép đo đạc áp lực, tỷ trọng và nhiệt độ của khí quyển ở tầng cao 200 km. (Xem thêm: từ quyển, vành đai bức xạ Van Allen.) Hoa Kỳ đã cân nhắc việc phóng các vệ tinh lên quỹ đạo từ năm 1945 dưới sự chỉ huy của Văn phòng Hàng không thuộc Hải quân Hoa Kỳ. Các dự án RAND của Không quân Hoa Kỳ cuối cùng đã cho phép dự án trên hoạt động, nhưng không tin rằng vệ tinh là một loại vũ khí quân sự tiềm tàng; mà họ chỉ coi nó là một công cụ khoa học, chính trị và tuyên truyền. Năm 1954, Bộ trưởng bộ quốc phòng đã nói, "Tôi không biết đến một chương trình vệ tinh nào của Hoa Kỳ." Dưới áp lực của Hội Tên lửa Hoa Kỳ, Quỹ Khoa học Quốc gia và Năm Địa vật lý Thế giới, sự quan tâm của quân đội đã bắt đầu vào đầu năm 1955 khi Không quân và Hải quân Hoa Kỳ cùng làm việc về Dự án Tàu vũ trụ trong Quỹ đạo, liên quan tới việc sử dụng tên lửa Jupiter C để phóng một vệ tinh nhỏ gọi là Explorer 1 vào ngày 31 tháng 1 năm 1958. Ngày 29 tháng 7 năm 1955, Nhà trắng thông báo rằng Hoa Kỳ dự định phóng các vệ tinh vào mùa xuân năm 1958. Việc này sau này được gọi là Dự án Vanguard. Ngày 31 tháng 7, Xô Viết tuyên bố họ định phóng vệ tinh vào mùa hè năm 1957 và vào ngày 4 tháng 10 năm 1957 Sputnik I được phóng lên quỹ đạo, khởi đầu cuộc chạy đua vũ trụ giữa hai quốc gia này. Sau khi Thế Chiến Thứ Hai chấm dứt, khả năng của các loại bom bay V- 1 và V- 2 khiến cho các nhà khoa học nghĩ đến việc áp dụng phương tiện này vào việc khảo cứu thượng tầng khí quyển. Tại Hoa Kỳ loại hỏa tiễn dùng cho khí tượng học có tên là Deacon, dài 4 mét, có thể lên cao hơn 20,000 mét, mang theo các dụng cụ Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 26 đo áp suất, nhiệt độ và độ ẩm của không khí. Kế tiếp loại hỏa tiễn Deacon là loại Aerobee, dài 8 mét, dùng nhiên liệu lỏng và có thể lên cao tới 70 dậm. Tuy được phóng lên thượng tầng khí quyển, các hỏa tiễn chỉ gặt hái được những yếu tố trong một vài phút, thêm vào đó rất nhiều dụng cụ đo lường bị thất lạc vì rơi xuống biển hay xuống các rừng núi. Các khuyết điểm này khiến cho các nhà khoa học nghĩ đến việc dùng một vệ tinh luôn luôn bay chung quanh địa cầu và liên tục gửi về các đài nhận đặt tại dưới đất những tín hiệu ghi nhận về tỉ trọng không khí, tia vũ trụ, từ trường, các bức xạ của mặt trời và các yếu tố khác về khí tượng cũng như về các vẩn thạch. Vào năm 1954, Hội Nghị Quốc Tế Liên Hiệp Khoa Học quyết định rằng các chương trình hỏa tiễn và vệ tinh sẽ được sử dụng trong Năm Địa Cầu Vật Lý Học (The International Geophysical Year, 1957/58). Ngày 29 tháng 7 năm 1955, Hoa Kỳ tuyên bố một chương trình phóng vệ tinh nhân tạo gọi là Dự Án Vanguard và dự án này có mục đích phụng sự Khoa Học nói chung và cho Năm Địa Cầu Vật Lý Học nói riêng. Vào ngày 01 tháng 7 năm 1957, tức là ngày đầu Năm Địa Cầu Vật Lý, Liên Xô tuyên bố có thể phóng đi một vệ tinh nhân tạo trước Hoa Kỳ và lại có trọng lượng lớn hơn. Nhưng giới khoa học đã không quan tâm đến lời rêu rao đó và phe Tây Phương coi đây là một lời tuyên truyền. Đến ngày 4 tháng 10 năm 1957, một tháng trước khi vệ tinh Vanguard được sẵn sàng phóng đi, Liên Xô đã đặt vào quỹ đạo của trái đất vệ tinh Sputnik I và mở đầu một kỷ nguyên mới: “Kỷ Nguyên Liên Hành Tinh”. Việc thành công của Liên Xô trên lãnh vực hỏa tiễn là một trái bom lớn phát nổ, làm bàng hoàng Thế Giới Tự Do và cũng khiến người ta nghi ngờ đây là một sự gian trá. Nhưng vệ tinh “Sputnik” (Mặt Trăng nhỏ) nặng 145 kilô và có trọng lượng hữu ích 85.4 kilô vẫn bay đều chung quanh trái đất mãi tới ngày 4 tháng 1 năm 1958. Trong khi Thế Giới còn đang tranh luận về vệ tinh của Liên Xô thì Tiến Sĩ Anatol A. Blagonravov lại báo trước việc phóng hỏa tiễn có mang một vệ tinh thứ hai. Rồi vệ tinh Sputnik II được đặt vào quỹ đạo của trái đất vào ngày 3 tháng 11 Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 27 năm 1957. Trong lần viếng thăm Hoa Kỳ, Tiến Sĩ Blagonravov còn trình bày sự quan trọng của chiếc vệ tinh mới này. Đối với Sputnik II, mọi người kinh ngạc về trong lượng hữu ích quá lớn: 508 kilô và sự có mặt của một phi hành gia đầu tiên: con chó cái Laika. Sau khi bay được 3,270 vòng chung quanh trái đất, vệ tinh Sputnik II rơi vào đêm hôm 13 rạng ngày 14/4/1958 trong vùng Đại Tây Dương, giữa Nam Mỹ và châu Phi. Sự thành công của Liên Xô trong lãnh vực hỏa tiễn làm tổn thương danh dự của Hoa Kỳ. Vì uy tín quốc gia, người Mỹ quyết định lấy lại danh dự đã mất, dù với giá nào. Ngày 6 tháng 12 năm 1957, sau 11 giờ kiểm soát tỉ mỉ, hỏa tiễn ba tầng mang vệ tinh Vanguard lên khỏi mặt đất được một thước thì phát nổ, làm tiêu tan tất cả hy vọng của Hoa Kỳ. Các kỹ thuật gia của Hải Quân phụ trách chương trình Vanguard lại bắt tay vào việc phóng hỏa tiễn lần thứ hai. Ngày 22 tháng 1 năm 1958 hồi 21 giờ, lệnh khai hỏa bắt đầu nhưng vì trở ngại kỹ thuật, công cuộc này phải hoãn tới ngày 24 rồi ngày 25 để rồi lại bắt đầu vào ngày 26 và một tai nạn đã xẩy ra khiến người ta phải thay thế tất cả tầng thứ hai của hỏa tiễn. Vào thời gian này, không phải là lúc chần chờ được nữa. Tại khắp nơi trên đất Hoa Kỳ, nhiều người chỉ trích sự làm chậm chễ việc phóng vệ tinh Explorer I của Lục Quân. Nguyên vào giai đoạn này, tại Hoa Kỳ với cùng chương trình hỏa tiễn, ba bộ Hải Quân, Không Quân và Lục Quân đều thi đua phụ trách một cách riêng rẽ. Trong khi chờ đợi nhóm chuyên viên Hải Quân của Tiến Sĩ Hagen sẵn sàng, các chuyên viên Bộ Lục Quân do Von Braun điều khiển cho biết có thể dùng hỏa tiễn 4 tầng Jupiter-C cho việc đặt một vệ tinh vào quỹ đạo của trái đất. Ngày 31/1/1958 tại Mũi Caneveral sau 8 giờ điều chỉnh, việc phóng vệ tinh Explorer I nặng tổng cộng 14 kilô đã thành công. Ngày 5/2/1958, lần phóng vệ tinh Vanguard lại gặp thất bại. Bộ Lục Quân được phép phóng đi một vệ tinh Explorer khác vào ngày 5/3/1958 nhưng lần này, vệ tinh chỉ đi được chừng 3,000 cây số rồi rơi xuống Đại Tây Dương Các nhà hữu trách trong chương trình Vanguard làm việc không ngừng để phục hận và ngày 17/2/1958, vệ tinh Vanguard I có đường kính 15 cm đã bay đều chung quanh trái đất. Mọi người Mỹ thở ra nhẹ nhàng và cảm thấy dễ chịu vì giữa Lục Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 28 Quân và Hải Quân Hoa Kỳ, cả hai bên đều được một điểm và giữa Liên Xô và Mỹ, mỗi phe đều có 2 vệ tinh bay quanh trái đất. Ngày 5/3/1958, vệ tinh Explorer II được phóng đi nhưng không thành công. Bộ Lục Quân lại cho phép phóng tiếp vệ tinh Explorer III vào ngày 26/3, lần này kết quả mỹ mãn, vệ tinh sống được 93 ngày. Bên Hải Quân, một vệ tinh Vanguard nặng 9.75 kilô được phóng đi nhưng thất bại. Sự tranh đua giữa Hải Quân và Lục Quân đang kịch liệt thì vào ngày 15/5/1958, Liên Xô phóng đi vệ tinh Sputnik III nặng 1,326 kilô và có 968 kilô dụng cụ đo lường. Phía Hoa Kỳ phản ứng lại bằng 2 lần phóng vệ tinh Vanguard nữa vào các ngày 27/5 và 26/6 nhưng cả hai đều gặp thất bại. Đúng một tháng sau, Hoa Kỳ sửa chữa sự thua kém bằng vệ tinh Explore IV. Vào thời bấy giờ, một loạt vệ tinh khác được chế tạo có tên là Pioneer và sẽ được phóng đi do hỏa tiễn Thor-Able của Bộ Không Quân. Loại vệ tinh này có mục đích dùng để thám hiểm mặt trăng. Hỏa tiễn đầu tiên được phóng đi vào ngày 17 tháng 8 năm 1958 nhưng sau khi lên cao được 15,000 cây số, hỏa tiễn đã phát nổ. Chiếc hỏa tiễn thứ hai mang danh hiệu Pioneer I được khai hỏa vào ngày 11 tháng 10 năm 1958, đã lên cao được 71,000 dậm nhưng vì gia tốc còn kém nên hỏa tiễn đã rơi xuống Nam Thái Bình Dương sau 43 giờ 17 phút rưỡi. Hỏa tiễn Pioneer II lên cao được 1,000 dậm vào ngày 8/11/1958 nhưng vì tầng trên không khai hỏa được nên hỏa tiễn đã rơi xuống Đại Tây Dương 42.5 phút sau khi cất cánh. Ngày 6/12/1958, Lục Quân Hoa Kỳ lại phóng đi hỏa tiễn Pioneer III, chiếc này đã lên cao Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 29 được 66,654 dậm nhưng rồi rơi bốc cháy trong lớp khí quyển trên Xích Đạo châu Phi. Vào cuối năm 1958, phía Hoa Kỳ thắng điểm sau khi phóng nốt vệ tinh Score vào ngày 18/12 do hỏa tiễn Atlas. Vệ tinh Score đã truyền đi lời chúc mừng Hòa Bình của Tổng Thống Hoa Kỳ Eisenhower. Nhưng Thế Giới Tự Do không vui được lâu thì vào ngày 2/1/1959, Liên Xô phản ứng bằng vệ tinh Lunik I nặng 361 kilô. Vệ tinh này đi cách mặt trăng 4,600 dậm rồi bay quanh mặt trời nên trở thành hành tinh Mechta. Hoa Kỳ liền trả lời bằng một loạt phóng khác trong đó có thể kể đến sự thành công của các vệ tinh Vanguard II ngày 17/2/1959, Discoverer I ngày 28/2, Pioneer IV ngày 3/3, Discoverer II ngày 13/4, Explorer VI ngày 7/8, Discoverer V ngày 13/8 và Discoverer VI ngày 19/8/1959. Người ta không biết rõ các lần thất bại của Liên Xô nhưng các thành tích ghi được của Liên Xô cũng rất đáng kể chẳng hạn như vệ tinh Lunik II phóng đi vào ngày 12/9/1959 đã cho biết chung quanh mặt trăng không có từ trường, rồi vào ngày 4/10, vệ tinh Lunik III được phóng đi và đã gửi về trái đất hình ảnh mặt sau của mặt trăng mà con người chưa từng nhìn thấy. Về phía Hoa Kỳ, tính tới cuối năm 1959, thêm 4 vệ tinh đã được đặt vào quỹ đạo là Vanguard III, Explorer VII, Discoverer VII và Discoverer VIII. Ngày 11/3/1960, Hoa Kỳ thành công trong việc đặt vệ tinh Pioneer V vào quỹ đạo mặt trời, đây là một thành công đáng kể nhất về truyền tin vì các tín hiệu được truyền đi từ 20 triệu dậm. Sau đó Hoa Kỳ lại có chương trình Ranger. Vệ tinh Ranger I được phóng đi vào ngày 23/8/1961 và Ranger II khai hỏa vào ngày 18/11/1961 đã gặp thất bại. Ranger III được dự trù phóng lên mặt trăng và vào ngày 16/1/1962, hỏa tiễn được khai hỏa nhưng vì phần đẩy Atlas đã cho tốc độ quá cao nên vệ tinh bay cách mặt trăng 22,862 dậm để rồi đi vào quỹ đạo của mặt trời. Tới vệ tinh Ranger IV bắn đi vào ngày 23/4/1962, tuy trúng mặt trăng nhưng các bộ phận khác bị hư hỏng. Ngày 18/10/1962, vệ tinh Ranger V được phóng lên, đã đi cách mặt trăng 450 dậm rồi bay chung quanh mặt trời. Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 30 Về phía Liên Xô trong năm 1963, họ thử phóng vệ tinh tới mặt trăng 3 lần vào các ngày 4/1, 5/2 và 2/4 nhưng cả ba lần này đều gặp thất bại trong khi đó Liên Xô và Hoa Kỳ đều tìm cách phóng người lên không gian. Vệ tinh nhân tạo lớn nhất hiện bay quanh Trái Đất là Trạm vũ trụ quốc tế.  Các loại vệ tinh nhân tạo: Vệ tinh vũ trụ là các vệ tinh được dùng để quan sát các hành tinh xa xôi, các thiên hà và các vật thể ngoài vũ trụ khác. Vệ tinh truyền thông là các vệ tinh nhân tạo nằm trong không gian dùng cho các mục đích viễn thông (telecommunication) sử dụng sóng radio ở tần số vi ba. Đa số các vệ tinh truyền thông sử dụng các quỹ đạo đồng bộ hay các quỹ đạo địa tĩnh, mặc dù các hệ thống gần đây sử dụng các vệ tinh tại quỹ đạo Trái Đất tầm thấp. Vệ tinh quan sát Trái Đất là các vệ tinh được thiết kế đặc biệt để quan sát Trái Đất từ quỹ đạo, tương tự như các vệ tinh trinh sát nhưng được dùng cho các mục đích phi quân sự như kiểm tra môi trường, thời tiết, lập bản đồ, vân vân. Vệ tinh hoa tiêu (navigation satellite) là các vệ tinh sử dụng các tín hiệu radio được truyền đi theo đúng chu kỳ cho phép các bộ thu sóng di động trên mặt đất xác định chính xác được vị trí của chúng. Sự quang đãng (không có vật cản) của đường truyền và thu tín hiệu giữa vệ tinh (nguồn phát) và máy thu trên mặt đất tích hợp với những cải tiến mới về điện tử học cho phép hệ thống vệ tinh hoa tiêu đo đạc khoảng cách với độ chính xác khoảng một vài mét. Vệ tinh tiêu diệt / Vũ khí chống vệ tinh là các vệ tinh được thiết kế để tiêu diệt các vệ tinh "đối phương", các vũ khí và các mục tiêu bay trên quỹ đạo khác. Một số vệ tinh này được trang bị đạn động lực, một số khác sử dụng năng lượng và/hay các vũ khí hạt nhân để phá huỷ các vệ tinh, ICBMs, MIRVs. Cả Hoa Kỳ và Liên bang Xô viết đều có các vệ tinh này. Các đường dẫn bàn luận về các "Vệ tinh tiêu diệt", ASATS (Vệ tinh chống vệ tinh) gồm USSR Tests ASAT weapon và ASAT Test. Vệ tinh trinh sát là những vệ tinh quan sát Trái Đất hay vệ tinh truyền thông được triển khai cho các ứng dụng quân sự hay tình báo. Chúng ta hiện không biết Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 31 nhiều về năng lực thực sự của các vệ tinh này vì các chính phủ điều hành chúng thường giữ tuyệt đối bí mật về thông tin cho các vệ tinh loại này. Vệ tinh năng lượng Mặt trời là các vệ tinh được đề xuất là sẽ bay trên quỹ đạo Trái Đất tầm cao sử dụng cách truyền năng lượng viba để chiếu năng lượng mặt trời tới những antenna cực lớn trên mặt đất, nơi nó có thể được dùng để thay thế cho những nguồn năng lượng quy ước thông thường. Trạm vũ trụ là các cơ cấu do con người chế tạo, được thiết kế để con người sống được trong vũ trụ. Một trạm vũ trụ được phân biệt với những tàu vũ trụ ở điểm nó không có động cơ đầy chính hay các thiết bị hạ cánh — thay vào đó, người ta dùng các thiết bị khác để vận chuyển lên và xuống trạm. Các trạm vũ trụ được thiết kế để có thể duy trì sự sống trong một khoảng thời gian trung bình trên quỹ đạo, các khoảng thời gian có thể là tuần, tháng, hay thậm chí là năm. Vệ tinh thời tiết là các vệ tinh có mục đích chính là để quan sát thời tiết và/hay khí hậu của Trái Đất. Vệ tinh thu nhỏ là các vệ tinh có trọng lượng và kích thước nhỏ hơn thông thường. Những tiêu chí xếp hạng mới để đánh giá các vệ tinh đó: tiểu vệ tinh (500– 200 kg), vệ tinh siêu nhỏ (dưới 200 kg), vệ tinh cỡ nano (dưới 10 kg). Vệ tinh sinh học là các vệ tinh có mang các tổ chức sinh vật sống, nói chung là cho mục đích thực nghiệm khoa học.  Các nước có khả năng phóng vệ tinh nhân tạo: Danh sách này bao gồm những quốc gia có khả năng độc lập để tự phóng vệ tinh lên quỹ đạo, gồm cả việc sản xuất ra khí cụ cần thiết để phóng. Nhiều nước khác cũng có khả năng thiết kế hay chế tạo vệ tinh - việc này, nói chung, không tốn nhiều tiền và cũng không đòi hỏi khả năng khoa học và kỹ thuật lớn – nhưng không thể phóng chúng lên, thay vào đó họ dùng các dịch vụ phóng vệ tinh của nước ngoài. Danh sách này không nhắc tới các quốc gia đó mà chỉ liệt kê những nước có khả năng phóng vệ tinh và ngày khả năng này lần đầu tiên được thể hiện. Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 32 Phóng lần đầu tiên theo quốc gia Quốc gia Năm phóng Vệ tinh đầu tiên Liên bang Xô viết 1957 Sputnik 1 Hoa Kỳ 1958 Explorer 1 Canada 1962 Alouette 1 Pháp 1965 Astérix Nhật 1970 Osumi Trung Quốc 1970 Đông Phương Hồng I Anh 1971 Prospero X-3 Liên minh Châu Âu 1979 Ariane 1 Ấn Độ 1980 Rohini Israel 1988 Ofeq 1 Cả Bắc Triều Tiên và Iraq đã tuyên bố những vụ phóng vệ tinh lên quỹ đạo nhưng điều này còn chưa được xác định. Na Uy đã phóng các vệ tinh trong nước và quốc tế từ trung tâm vũ trụ của họ ở Andoya. Tới năm 2006, chỉ có tám quốc gia đã phóng các vệ tinh lên quỹ đạo một cách độc lập với phương tiện phóng của chính họ chế tạo – theo thứ tự thời gian: Liên bang Xô viết, Hoa Kỳ, Pháp, Nhật Bản, Trung Quốc, Anh, Ấn Độ và Israel. Khả năng phóng vệ tinh của Anh và Pháp hiện được quy cho Liên minh châu Âu, và khả năng của Liên bang Xô viết được chuyển cho Nga, làm giảm số lượng những thực thể chính trị với khả năng phóng vệ tinh thực tế xuống còn bảy cường quốc vũ trụ chính: Hoa Kỳ, Nga, Trung Quốc, Ấn Độ, Liên minh châu Âu, Nhật Bản – và một cường quốc vũ trụ "nhỏ": Israel. Nhiều quốc gia khác như Nam Triều Tiên, Pakistan và Brasil đang ở giai đoạn đầu chương trình phát triển khả năng phóng vệ tinh ở mức độ nhỏ của họ, và đang tìm cách trở thành các tiểu cường quốc vũ trụ - các nước khác có thể có khả năng về khoa học và công nghệ, nhưng không có khả năng kinh tế hay không có tham vọng về chính trị.[3] Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 33 C- ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỪ TRƯỜNG TRONG ĐIỀU TRỊ Y HỌC: Sự phát triển của khoa học, đặc biệt là khoa học vật lý đã giúp nhân loại vén lên những bức màn bí ẩn của tự nhiên để khám phá nhiều điều mới lạ. Một trong những khám phá tuyệt vời nhất mà con người đã làm được chính là phát hiện ra các tính chất của Điện từ trường, một trường vật chất của tự nhiên, để rồi ứng dụng các tính chất đó để phục vụ cho nhu cầu sản xuất và sinh hoạt của con người. Bên cạnh những ứng dụng trong các lĩnh vực giao thông, thông tin liên lạc, quốc phòng,… điện từ trường cũng được ứng dụng để điều trị và phát hiện các loại bệnh trong y học. Và sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu những tác dụng đặc biệt này của điện từ trường. I/ Từ trường trị liệu: 1) Định nghĩa: Từ trường trị liệu (magneto theraphy) là một phương pháp điều trị không cần dùng thuốc, thuộc ngành vật lý trị liệu. [4] Đây là một hệ thống điều trị bằng cách sử dụng các nam châm, sắt từ, thậm chí là các dung dịch từ tính, phương pháp trị liệu này rất hiệu quả trong nhiều trường hợp như trương lực cơ, đau cơ vì nó có khả năng loại thải đau nhức ra khỏi cơ thể. Ưu điểm của phương pháp từ trường trị liệu: Không gây đau đớn cho người bệnh, không gây nhiễm siêu vi gan và AIDS, không gây biến đổi cấu trúc tế bào và hiện tượng dị sản. 2) Tác động của từ trường lên cơ thể sống: [5] - Dưới tác động của từ trường thì lưu lượng máu tǎng lên sẽ làm tǎng khả nǎng chuyển tải oxy, cả hai việc này giúp cho khả nǎng chữa bệnh của cơ thể tǎng lên. Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 34 - Việc thay đổi sự di chuyển của ion calci: từ trường có thể đưa ion calci tới để điều trị chỗ xương bị gãy chỉ mất nửa thời gian so với bình thường hoặc có thể giúp cho việc lấy calci khỏi khớp xương bị viêm hoặc khớp xương bị đau. - Sự cân bằng pH của những thể dịch khác nhau trong cơ thể (thông thường mất sự cân bằng pH xảy ra khi ốm) dường như có thể làm thay đổi nhờ từ trường. - Sự sản xuất hormon từ các tuyến nội tiết có thể hoặc tǎng lên hoặc giảm xuống nhờ sự kích thích của từ trường. - Sự thay đổi hoạt động của men và những quá trình sinh hóa khác. 3) Tác dụng điều trị của từ trường: [6] - Chống viêm (nhiễm khuẩn và không nhiễm khuẩn). - Giảm phù nề. - Giảm đau. - Tǎng tuần hoàn ngoại vi và điều chỉnh áp lực động mạch. - Điều hòa hoạt động thần kinh thực vật. - Giảm độ nhớt máu, hạn chế kết dính tiểu cầu. - Kích thích miễn dịch không đặc hiệu. - Hạn chế lắng đọng cholesterol, hạn chế hình thành sỏi. - Kích thích tân tạo vi mạch, tái tạo tổ chức. - Kích thích phát triển xương, hạn chế thưa xương. 4) Phát hiện mầm bệnh bằng từ trường quay: [7] Dùng từ trường quay để phát hiện tác nhân gây bệnh là một kỹ thuật mới của các nhà khoa học Mỹ. Theo nhóm nghiên cứu, phương pháp này có độ nhạy rất cao và có thể phát hiện nhiều mầm bệnh khác nhau trong cùng 1 mẩu xét nghiệm. Nhóm nghiên cứu của 2 trường Đại học Purdue và Duke đang phát triển kỹ thuật dùng từ trường quay để cùng lúc phát hiện nhiều “pathogen” – tức mầm bệnh, cụ Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 35 thể là những tác nhân gây bệnh, đặc biệt là các vi sinh vật sống như vi khuẩn, vi-rút hoặc nấm. Theo kỹ thuật này, khi được đặt trong từ trường quay, những phần tử từ tính (magnetic particle) có mang kháng thể sẽ hút các pathogen có trong mẫu xét nghiệm, và khi đã hút xong, những phần tử này sẽ bị chia tách ra tùy theo kích thước của chúng và tốc độ quay của từ trường. Giáo sư Gil Lee, chuyên gia kỹ thuật hóa học và y sinh học của Đại học Purdue, giải thích: “Những phần tử từ tính có kích thước tính theo micro mét (1 phần triệu mét) sẽ được bao bọc bởi các kháng thể có khả năng nhận diện những pathogen nhất định. Và những phần tử này được phân tán trong mẫu máu của bệnh nhân”. Những phần tử từ tính này có đặc điểm “siêu thuận từ” (superparamagnetism), tức là chúng chỉ chuyển sang trạng thái có từ tính khi được đặt trong một từ trường. Do đó, khi được hòa lẫn vào mẫu xét nghiệm, chúng không hút nhau và kết lại thành khối, nhưng khi từ trường quay bắt đầu hoạt động, những phần tử đó mới trở nên có từ tính. Khi mẫu xét nghiệm có chứa những phần tử từ tính có mang kháng thể được đặt vào từ trường quay – được tạo ra bởi 1 microchip (mạch vi xử lý) chứa các đĩa kim loại cực nhỏ, 3 nam châm điện và các công cụ khác – thì những pathogen khác nhau có trong mẫu xét nghiệm sẽ bị hút bởi những phần tử từ tính có các kích thước khác nhau. Do đó, kỹ thuật mới này có thể phân tách có chọn lọc các phần tử từ tính theo kích thước, và nhờ đó có thể chẩn đoán sự hiện diện của nhiều mầm bệnh có thể có trong cùng một mẫu xét nghiệm. Giáo sư Lee giải thích tiếp: “Khi từ trường quay hoạt động ở một tốc độ nhất định, chúng ta sẽ tách những phần tử từ tính có những kích thước nhất định. Vì thế, bằng cách thay đổi tốc độ quay của từ trường, chúng ta sẽ tách được những phần tử đã hút pathogen ra khỏi phần còn lại của mẫu xét nghiệm”. Các chuyên gia gọi kỹ thuật mới này là “non-linear magnetophoretic separation” (tạm dịch: phân tách bằng sự chuyển điện từ phi tuyến tính). Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 36 Nhóm nghiên cứu cho biết kỹ thuật này đã mang lại kết quả tốt trong các thử nghiệm vừa qua. Theo tiến sĩ Hao Shang, thuộc Đại học Purdue, lợi thế của phương pháp này là nó có thể cùng lúc phân tách và nhận diện nhiều pathogen, với độ nhạy có thể cao gấp 1 triệu lần so với phương pháp “xét nghiệm miễn dịch trên pha rắn” (solid phase immunoassays) đang được sử dụng phổ biến hiện nay II/ Điện di thuốc trị liệu: [8] 1) Định nghĩa: Điện di thuốc trị liệu (electrophoresis therapy) là phương pháp dùng dòng điện một chiều để di chuyển một số ion thuốc có tác dụng chữa bệnh vào cơ thể hoặc lấy các ion thuốc có hại ra khỏi cơ thể. Nguyên lý của phương pháp điện di là: Các điện tích cùng dấu thì đẩy nhau, trái dấu thì hút nhau. Một dung dịch mà trong đó chất hòa tan có thể phân ly thành các ion (gọi là dung dịch điện ly), khi được đưa vào một điện cực và cho dòng điện một chiều chạy qua thì các ion cùng dấu với điện cực đó sẽ bị đẩy ra khỏi điện cực để đi vào cơ thể. Ngược lại nếu muốn lấy một ion có hại (ví dụ ion Ca+2) ra khỏi cơ thể thì ta đặt điện cực trái dấu vào vùng da nhiễm ion, điện cực đó sẽ hút các ion này ra khỏi cơ thể về phía nó. 2) Tác dụng của điện di thuốc: - Tác dụng của điện di thuốc gồm tác dụng do dòng điện một chiều đều và tác dụng do ion thuốc gây ra. Trong đó, tác dụng của ion thuốc được đưa vào bằng điện di có hiệu lực tăng lên gấp nhiều lần so với các đường khác. Sau đây xin giới thiệu một số ion thuốc thường dùng: Dung dịch thuốc Ion tác dụng Cực Tác dụng điều trị Kali-Natri iodure (INaIK) 5% I– – Làm mềm tổ chức sẹo Natri clorua (NaCl) 5% Cl– – Tạo phản xạ chống viêm khớp Kali-Natri bromua (BrNa-BrK) Br– – An thần Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 37 Natri salicylat 5% Salicylat – – Chống viêm giảm đau Novocain 5% Novocain+ + Giảm đau Hydrocortison acetat Hydrocortiso n+ + Chống viêm Nivalin Nivalin+ + Tăng cường dẫn truyền thần kinh - Khi cần ion thuốc gì thì đưa ion thuốc đó vào, các thành phần khác bị giữ lại ở điện cực do đó không gây phù nề tổ chức như khi tiêm. - Không gây tổn thương da, không gây đau, không gây khó chịu và không gây lây truyền các bệnh đường máu như khi tiêm. - Tại chỗ đặt điện cực đưa thuốc, nồng độ thuốc cao thích hợp cho những tổ chức ít mạch máu như sẹo... mà khi dùng thuốc các đường khác ít tác dụng. III/ Điện xung trị liệu: [8] 1) Định nghĩa: Điện xung trị liệu (electrotherapy) là một phương pháp điều trị trong vật lý trị liệu bằng các xung điện có tần số thấp và trung bình. Tín hiệu xung điện này gồm tín hiệu điện áp hay dòng điện biến đổi theo thời gian một cách rời rạc, có thể là một dãy theo xung tuần hoàn theo thời gian với chu kỳ lặp lại, hay chỉ là một xung đơn xuất hiện một lần, có cực tính (- âm, + dương) hoặc cực tính thay đổi. 2) Tác dụng của dòng điện xung:  Tác dụng giảm đau và giảm trương lực cơ Dùng các dòng điện xung có cường độ tăng từ từ, tần số cao, loại dòng như Diadynamic, Trọbert, Burst - TENS... có tác dụng giảm đau rõ rệt, giảm trương lực cơ co thắt, thư giãn cơ. Tác dụng giảm đau của dòng điện xung được giải thích bằng các cơ chế sau: Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 38 Cơ chế cổng kiểm soát: các xung động thần kinh do tác động của dòng điện xung khi đi vào tuỷ sống làm ức chế sự dẫn truyền cảm giác đau lên não, do đó làm giảm cảm giác đau. Cơ chế phóng thích endorphine: tác động của xung động thần kinh do dòng điện xung kích thích não giải phóng các morphine nội sinh (gọi là endorphine) nên có tác dụng giảm đau.  Tác dụng kích thích thần kinh cơ Các dòng điện xung có tần số thấp, cường độ tăng nhanh có tác dụng kích thích thần kinh cơ, làm tăng dẫn truyền thần kinh, tăng trương lực cơ, tăng khối lượng cơ. D- ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỪ TRƯỜNG TRONG GIAO THÔNG VẬN TẢI – TÀU ĐỆM TỪ I/ Khái niệm: Tàu đệm từ (tiếng Anh: Magnetic levitation transport, hay maglev) là một phương tiện chuyên chở được nâng lên, dẫn lái và đẩy tới bởi lực từ hoặc lực điện từ. Phương pháp này có thể nhanh và tiện nghi hơn các loại phương tiện công cộng sử dụng bánh xe, do giảm ma sát và loại bỏ các cấu trúc cơ khí. Tàu đệm từ có thể đạt đến tốc độ ngang với máy bay sử dụng động cơ cánh quạt hay phản lực; tức là tới khoảng 500 đến 580 km/h. Tàu đệm từ đã được sử dụng trong thương mại từ 1984. [9] II/ Cơ chế vận hành [10] Nguyên lý vận hành của nó khá đơn giản, vận dụng tính chất hút-đẩy từ tính “đồng tính đẩy nhau, dị tính hút nhau”, làm cho tàu lướt trên không theo hướng nhất định nhờ sự vận chuyển điện cơ tuyến tính. Các nam châm từ kéo đoàn tàu về phía cuộn dây tĩnh đặt phía trước trên đường dẫn. Lại có 1 hệ thống từ phụ nâng tàu cách cuộn dây tĩnh 10 mm. Nam châm dẫn có cả ở hai bên sườn tàu và đảm bảo cho tàu bám sát đường tàu. Do không có ma sát với đường ray, tàu đệm từ có thể chạy nhanh gấp đôi tàu hoả thông thường. Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 39 Cơ chế nâng tàu lên bằng lực từ Cơ chế đẩy tàu đi bằng lực từ Hiện tại trên thế giới có hai hướng phát triển tàu lướt đệm từ.  Hướng thứ nhất gọi là thường đạo hình mà Đức là đại biểu: lợi dụng lực hút điện từ thông thường theo đường thẳng mà nâng tàu lên không. Loại tàu này có khoảng cách trên không nhỏ, thường là khoảng 10 mm, tốc độ 400-500 km/h.  Hướng thứ hai gọi là siêu đạo hình mà Nhật Bản là đại biểu: tạo ra lực đẩy cực mạnh nâng tàu lên không. Loại tàu này có khoảng cách trên không lớn, khoảng 100 mm, tốc độ đạt đến trên 500 km/h. Hiện Nhật, Đức, Pháp, Hàn Quốc, Nga và Trung Quốc đều đã nghiên cứu chế tạo thành công tàu lướt đệm từ. III/ Tiện ích: [11] Các tàu truyền thống của đường sắt ngày nay thường chạy với tốc độ 100 - 150km/h phổ biến khắp nơi. Các tàu tốc độ cao đạt tới 200 - 300km/h. Việc nghiên cứu thực tiễn cho thấy tốc độ tối ưu của tàu siêu tốc đối với tàu truyền thống là 300km/h. Tàu đệm từ chỉ cần một phần ba năng lượng mà xe bus tiêu tốn, hoặc 1/5 năng lượng mà máy bay cần đến trong điều kiện tương tự. Đó là nhờ khối lượng nhẹ, lực cản do ma sát thấp và các ứng dụng thiết bị điện tử hiện đại. Quả thật, đây là sự kết hợp hoàn hảo giữa các tính năng ưu việt của các loại phương tiện giao thông: tốc độ, tiết kiệm năng lượng, ổn định, an toàn, ít ô nhiễm, dễ bảo trì, vì thế tàu lướt đệm từ có sức hấp dẫn rất lớn trong tình hình thiếu nhiên liệu, ô nhiễm môi trường trầm trọng như hiện nay. Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 40 IV/ Tình hình sử dụng tàu đệm từ ở các nước phát triển: Mô hình tàu cao tốc đang được ứng dụng và mở rộng do tính tiện lợi và ưu thế so với máy bay trong việc lưu thông giữa các thành phố, giữa các nước lân cận ở khoảng cách dưới 1.000km. Sau Pháp, Nhật Bản, Đức, Tây Ban Nha và Hàn Quốc, nhiều nước khác cũng đang tiến hành xây dựng nhiều hệ thống tàu điện tốc hành. 1) Tàu tốc hành ở Đài Loan 2) Eurostar ở Anh-Pháp: Đây là TGV Pháp được thiết kế đặc biệt chạy trên đất liền lẫn trong đường hầm dưới lòng biển Manche (gọi là Channel Tunnel, tắt là Chunnel) nối Paris (nhà ga Gare du Nord) với Anh (nhà ga Waterloo lnternational) và Bỉ. Khởi hành sau mỗi 60 phút, kể từ khi khánh thành năm 1994, Eurostar thực sự nối liền hai miền đất châu Âu từng có một thời là kẻ thù không đội trời chung. Từ năm 2003 Eurostar đã đạt vận tốc nhanh hơn nên hành trình dài này chỉ còn 2 tiếng 35 phút. Sắp tới đây điểm đi/đến ở London sẽ chuyển sang nhà ga St.Pancras. Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 41 ● Tàu Tgv-Est tốc độ 320 km/h nối thủ đô Paris (Pháp) với thành phố Strasbourg ở miền Đông Tàu cao tốc V150 của Pháp (TGV) đã phá kỷ lục thế giới về tốc độ đối với tàu chạy trên đường ray thông thường, đạt vận tốc 574,8 km/h, tức ngang chiếc máy bay chiến đấu Spitfire thời Thế chiến II bay ở tốc độ tối đa. Tàu TGV phiên bản V150 của Pháp vừa lập kỷ lục với hai đầu máy kéo đẩy. 3) AVE ở Tây Ban Nha: Ở Tây Ban Nha, đường sắt cao tốc có tên là AVE (Alta velocidad espadola, tức Cao tốc Tây Ban Nha) tuy cũng sử dụng công nghệ mà công ty Alstom đã phát triển sử dụng cho TGV của Pháp. AVE hiện nối liền Madrid- Cordova-Sevilla trong hành trình chỉ mất 150 phút. Năm Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 42 2007 khánh thành tuyến Madrid-Barcelona rồi nối tiếp đến Pháp. Mục tiêu của AVE là đạt vận tốc 350 km/giờ. 4) ICE ở Đức: Được phát triển bởi gã khổng lồ Siemens, ICE (Inter City Express, tức tàu điện tốc hành liên thành phố) là “TGV Đức” có tuổi đời không thua kém TGV Pháp. Theo dòng thời gian, hình dáng của hai loại hình vận chuyển cao tốc này cũng đã trở nên rất giống nhau. Hiên nay các đoàn ICE lăn bánh nối kết rất nhiều thành phố lớn ở Đức, từ Hamburg đến Munich. ICE thế hệ thứ 3 cũng có công nghệ trục kéonhư AVE của Pháp, đạt vận tốc 300 km/giờ. 5) TAV ở Ý: Hệ thống xe điện cao tốc ở Ý có tên gọi là TAV (Treno alto velocita) và gồm hai loại tàu: Pendolino ứng dụng công nghệ như tàu ICE Đức với vận tốc 250 km/giờ và ETR 500 (Eletto treno, tức tàu điện) đạt vận tốc 300 km/giờ. Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 43 6) Shinkansen ở Nhật: Các tàu Shinkansen có tốc độ tối đa là 270km/h. Tàu Shinkansen tốc độ nhanh nhất đang được sử dụng là tàu Shinkansen Nozomi, đạt tới 300km/h. Trong giai đoạn thí nghiệm, tàu Shinkansen 300X có tốc độ kỷ lục là 443km/h. Sau 35 năm hoạt động, tàu Shinkansen của Nhật Bản nổi tiếng là hoạt động an toàn, nhanh chóng, vận chuyển nhiều hành khách và hết sức đúng giờ 7) Tàu KTX ở Hàn Quốc: Với tốc độ 300 km/h, hệ thống tàu siêu tốc KTX đã mở ra thời kỳ tốc độ cao cho ngành đường sắt Hàn Quốc. Bắt đầu từ việc tiếp nhận công nghệ tiên tiến của tàu siêu tốc TGV của Pháp, nhưng chỉ 1 năm sau đó Hàn Quốc đã tiến hành nâng cấp bằng công nghệ trong nước. Qua việc đổi mới công nghệ như vậy Hàn Quốc đã trở thành nước thứ 4 trên thế giới thực hiện thành công đổi mới công nghệ tàu siêu tốc. Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 44 V/ Khuyết điểm của tàu siêu tốc: [12] Một nhà nghiên cứu Hà Lan Joos Vos thuộc Viện Các nhân tố con người TNO, Soesterberg tiết lộ : Những con tàu lướt như bay trên đường ray dưới tác dụng của lực từ khiến người ta cảm tưởng chúng rất yên tĩnh và êm ả. Thực chất, tàu đệm từ gây ô nhiễm tiếng ồn hơn cả tàu hoả truyền thống. Nhưng cũng chỉ là mời ở mức độ thí nghiệm.Còn cụ thể hơn về vần đề này thì các nhà khoa học đang nghiên cứu sâu hơn Chi phí xây dựng hệ thống tàu siêu tốc rất cao và đói hỏi một trình độ khoa học kỹ thuật tiên tiến, đó là lí do mà các nước có nền kinh tế kém phát triển , lạc hậu không thể xây dựng được. Và dẫn đến, tàu siêu tốc vẫn chưa thực sự trở thành phương tiện thong dụng trên mặt bằng giao thông chung của thế giới . VI/ Hướng phát triển của tương lai: [13] Công ty đường sắt Nhật Bản, JR Central, đã tuyên bố dự án xây dựng hệ thống tàu Maglev (chạy bằng đệm từ trường) nhanh nhất thế giới. Vận tốc con tàu này có thể đạt đến tốc độ 500km/h trên hệ tống đường ray dài 290km bắt đầu từ Tokyo đến miền Trung nước Nhật tại Nagoya. Sẽ hoàn thành vào năm 2025 Công ty đường sắt quốc gia Pháp đang nghiên cứu sản xuất loại tàu siêu tốc U 350 để có thể đưa vào sử dụng trong năm 2020. Tàu có thể đạt vận tốc 350 km/h với số lượng toa tàu dài 300 m tức là gấp đôi hiện nay. Khách đi tàu sẽ có cảm giác như ở nhà bởi các thiết bị làm giảm tiếng ồn và các dịch vụ tiện nghi như Internet không dây, bồn tắm… Trung Quốc dự kiến chế tạo tàu siêu tốc nhanh nhất thế giới cho tuyến đường nối thủ đô Bắc Kinh và trung tâm tài chính Thượng Hải. Bộ Đường Sắt nước này nói tàu có thể đạt vận tốc 380km/giờ. Tuyến đường sắt có chiều dài 1300km theo dự kiến sẽ được hoàn tất vào năm 2012. E- Ô NHIỄM ĐIỆN TỪ: Như trên đã tìm hiểu, rõ ràng điện từ trường có lợi ích rất lớn để đáp ứng nhu cầu sản xuất và sinh hoạt của con người. Nhờ có điện từ trường mà chúng ta có thể mang thông tin đi xa hơn để từ đó kết nối được mọi người dù là ở đâu trên Trái Đất Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 45 này, nhờ sự khéo léo vận dụng những tính chất của điện từ trường mà người ta đã cho ra những tàu điện siêu tốc để rút ngắn thời gian đi lại đến thấp nhất, hoặc sử dụng điện từ trường trong vật lý trị liệu để ngăn ngừa, khắc phục nhiều chứng bệnh nan y. Nói tóm lại, ngày nay hầu như không có lĩnh vực nào là không có mặt của điện từ trường. Tuy nhiên, với sự có mặt ngày càng dày đặc của các vùng điện từ trường chắc chắn sẽ có ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi sinh mà chúng ta thường gọi nôm na là sóng điện từ. 1) Định nghĩa: Ô nhiễm điện từ là một dạng ô nhiễm môi trường vật lý, do sóng điện từ vượt quá giới hạn nhất định (10 V/m) gây ra, gây ra những ảnh hưởng vô hình đến sức khỏe con người và môi trường sống. 2) Tác hại của ô nhiễm điện từ: Nếu sinh hoạt trong một thời gian dài ở môi trường bức xạ điện từ mạnh sẽ dẫn tới thần kinh suy nhược, thần kinh thực vật rối loạn, huyết áp không bình thường, công năng tim suy giảm, thậm chí còn có thể bị ung thư, dị dạng hoặc thay đổi tính di truyền v.v… Nguồn gốc điện từ trường mạnh rất nhiều, phát thanh, truyền hình, thiết bị thông vấn viba, lò cao tần dùng trong công nghiệp, máy hàn cao tần và các loại máy móc thiết bị có mang theo dụng cụ điện v.v… đều có khả năng trở thành nguồn ô nhiễm điện từ. Rung động cũng làm cho môi trường bị tổn hại, rung động của máy móc và thiết bị động lực lớn có thể thông qua mặt đất truyền đi bốn xung quanh, loại rung động này không chỉ làm cho chi tiết máy tổn hại, đồng hồ mất nhạy, công trình kiến trúc hư hỏng mà còn làm cho các cơ quan nội tạng trong người cũng bị tổn thương. Đó chính là nguyên nhân vì sao khi ngồi xa chạy bị xóc, hoặc làm việc bên cạnh máy móc đang rung động mạnh dễ bị mệt mỏi. Do năng lượng được tiêu dùng nhiều, nguồn nhiệt trong môi trường cũng theo đó tăng lên, nhà máy nhiệt điện, các loại máy nhiệt đều yêu cầu một lượng lớn nước làm mát, nước làm mát sau khi trở nên nóng được thải ra sông ngòi, nhiệt độ nước trong tự nhiên đang không ngừng nâng cao. Theo thống kê một nhà máy điện 1 triệu kilôwát, mỗi giây cần 30 - 50 m3 nước làm lạnh, sau khi thải ra có thể làm cho nhiệt Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 46 độ nước biển trong 1 vòng 1 km2 tăng 20C. Nhiệt độ nước nâng cao làm cho động vật, thực vật sống trong nước sinh sôi nẩy nở nhanh hơn, lượng ôxy yêu cầu tăng lên, làm cho nước thiếu ôxy dẫn tới tôm, cá chết hàng loạt, nó còn làm cho độc tính của các vật có chất độc trong nước tăng thêm, nguy hiểm đến sự sinh nở của các sinh vật trong nước.  TÁC HẠI CỦA CẢM ỨNG TỪ TRƯỜNG: Đối với một đường dây 400 kV có dòng điện 2140 A chạy qua, sự phân phối cường độ của trường này ở hai đầu của trục đường dây trong khoảng cách 45 m sẽ như sau: 35 - 30 - 20 - 15 - 10 - 5 microteslas và trên đường dây 225 kV (895 A/phase) là: 20 - 15 - 10 - 5 - 1 microteslas (Các trị giá này được đo ở cách mặt đất 1,5m). Đặt một dây dẫn điện bên cạnh, trường này sản sinh một dòng điện xoay chiều cùng đặc tính và cùng tần số với dòng điện cảm ứng vì vậy các đường cao thế và vô tuyến viễn thông không được đặt chung. Hiện tượng này sẽ gây nhiễu cho thiết bị liên lạc và gây biến chất cho các băng từ tính. Các máy dùng trong nội trợ cũng như các máy điện đều phát sinh trường từ tính thường rất cao ở khoảng cách vài cm, giảm bớt nhanh chóng và biến mất trong vòng 1m.  ẢNH HƯỞNG VÀNH NGOÀI: Quanh các dây điện cao thế, không khí bị ion hoá khiến các phân tử của nó biến thành ion. Từ đó không khí trở nên có tính dẫn điện và tạo quanh dây điện một màn bọc khí dẫn điện mà đường kính tùy thuộc vào nhiều yếu tố và bị hạn chế bởi dòng điện xoay chiều. Dọc đường dây phát sinh những tia phóng điện vào không khí kèm tiếng nổ và ánh sáng tím thấy được trong đêm tối. Đó là hiện tượng phóng điện hào quang, sự phóng điện quanh dây điện tạo ảnh hưởng vành ngoài (effet corona). Cường độ của sự phóng điện này tùy thuộc vào điện thế, đường kính dây điện và bề mặt của chất dẫn. Mưa, sương mù và tuyết làm gia tăng đáng kể việc hình thành các điểm phóng điện hào quang. Hiện tượng tương tự cũng xảy ra dọc các dây chuyền cách điện tốt, Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 47 nó sẽ mạnh thêm nếu có sự tiếp xúc xấu với thanh kim loại hay nếu các cách điện bị lỏng hoặc hư hỏng. Ảnh hưởng vành ngoài này là nguyên nhân tạo ra tổn thất công suất điện, ô nhiễm khí quyển, các tiếng ồn và các nhiễu truyền tải. - Tổn thất công suất tăng khi thời tiết ẩm ướt hay sương mù. - Ô nhiễm môi trường gia tăng gấp đôi: tạo ra ozone và oxyde azote. - Phóng điện hào quang giải phóng électron năng lượng cao biến oxygène trong không khí thành ozone - Ozone là chất khí với năng lượng rất nhỏ trong thiên nhiên nhất là sau cơn dông. Ở thượng tầng khí quyển một lớp ozone lọc các tia cực tím của mặt trời. Một sự tập trung khoảng 50 ppb (50 phần tỷ) tạo héo úa cho cây cối. Đối với loài người đây là tác nhân làm sưng phổi. - Các tia phóng điện nhỏ dọc theo đường dây tạo một tiếng động nhất định. Cường độ của nó mạnh nhất và như được khuếch đại lúc ở gần các chuỗi sứ cách điện. Cư dân sống cạnh đường dây cao thế thường nghe tiếng ồn này vào buổi tối. Ở chiều cao 25 đến 125m, tiếng ồn đường dây cao thế dao động giữa 40 và 50 décibel. Nếu khách vãng lai không nhận ra tiếng động này thì đối với cư dân việc lặp đi lặp lại tiếng động này trở thành cực hình cho cuộc sống. - Cuối cùng, ảnh hưởng vành ngoài là tác nhân của các nhiễu trong những máy thu thanh, thu hình mà tần số nằm trong khoảng vài mégahertz và trải dài khá xa ở đầu này cũng như đầu kia.  CÁC ẢNH HƯỞNG THỨ CẤP: Các ion tự nhiên của không khí bị phá hủy hoàn toàn cạnh các đường dây cao thế. Các trường điện xoay chiều triệt tiêu ảnh hưởng của lực Coulomb tránh được sự ion hoá tức khắc của cặp ion vừa được hình thành. Theo Giáo sư Métadier thì kết quả là có một loại không khí nghèo oxion, đó là các vitamine của không khí. Toàn bộ các biến đổi đã được khảo cứu có thể tạo ra những ảnh hưởng rất khác biệt tùy thuộc vào vị trí, địa hình, dưới lòng đất, một số vi khí hậu. Ví dụ sự hiện Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 48 diện của các khối đá mang tính sắt từ dưới lòng đất có thể tạo cảm ứng những dòng điện gây nhiễu. Trung tâm nghiên cứu địa cực Pháp ở Beauce bị buộc phải dời đi sau việc điện hoá đường tàu hoả Paris-Orléans nằm cách đó cả 40km. Điều này chứng tỏ rằng các vi năng lượng địa cực bị xáo trộn với một khoảng cách thật xa.  THỜI GIAN CHỊU SỰ TÁC ĐỘNG: Các qui tắc hiện hành buộc trường điện tại các khu vực có người ở phải dưới 5000 V/m. Thời gian mà cư dân phải chịu tác động tại các trường điện cao thường không kéo dài lâu. Theo một số Ủy ban điều tra ở Pháp (thường được các cơ quan điện lực tài trợ về mặt tài chính, thì thời gian tiếp xúc với một trường điện cao hơn 1000 V/m chỉ có 0,3% đối với con người và 2,5% cho các loài bò. Thời gian có mặt trong một trường cảm ứng từ tính vượt quá 25 microteslas chỉ là 0,024% cho con người. Không có bất cứ qui tắc nào liên quan đến từ trường mà được xem là quá yếu để tạo những ảnh hưởng xấu. Các nhà chuyên môn tránh né mọi tranh luận đưa đến việc so sánh với các điện từ trường sản sinh từ các động cơ điện từ có thể cùng giá trị hoặc cao hơn.  CÁC ẢNH HƯỞNG SINH HỌC Các khảo cứu ở Mỹ (Becker và Marino, Adey) và Tây Ban Nha (Delgado) xác nhận là sức khoẻ bị tác động bất lợi khi sống ở cạnh đường điện cao thế, đặc biệt: - Não bộ phát ra sóng điện từ chậm, tần số thấp nên khá nhạy cảm với các bức xạ tần số gần với hệ thống 50 Hz. - Hiện diện tại các trường trong thời gian lâu dài, chỉ vài microteslas cho từ trường và vài chục V/m cho trường điện cũng tạo xáo trộn cho hệ thần kinh và gây ung thư. Vài lưu ý quan trọng: - Địa từ trường ở mức 50 microteslas là trường một chiều. Con người rất nhạy cảm với các thay đổi của nó. Con người không thể thích nghi với các trường dao động hình sin dù rõ ràng chúng rất yếu. Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 49 - Trường điện tự nhiên ở mặt đất nằm từ 100 đến 200 V/m, một chiều. Quy định an toàn hiện thời đối với 5000V/m là 25 đến 50 lần cao hơn. - Một trường tĩnh điện nằm giữa 12 và 25 kV/m sẽ tạo cảm giác lâm râm khó chịu. Vượt 1000 kV/m các xáo trộn nặng sẽ xuất hiện: thở khó khăn, co rút. - Thực tế, đây không phải là điện thế cũng không phải là cường độ trường làm xáo trộn hay gây hại mà chỉ là dòng điện mà nó tạo ra dọc theo bộ phận. Các thử nghiệm được thực hiện tại các phòng thí nghiệm nghiên cứu các phản ứng sinh lý chuyển biến theo cường độ của dòng điện chạy trong cơ thể. Nhờ vậy người ta cũng phát hiện rằng đối với một dòng điện xoay chiều 50 chu kỳ, sự vận chuyển của ion bắt đầu trong cơ thể là 50 micro-ampère, vượt hơn 50 milliampère thì mọi cái biến thành một cảm giác kiến bò: đối với các cường độ vài milli-ampère xuất hiện trạng thái rung và co cứng cơ bắp; từ 6 đến 10 mA, sự co cứng đủ để gây trở ngại cho đối tượng trong các hoạt động. - Dĩ nhiên, các thử nghiệm này được thực hiện trong phòng thí nghiệm tạo nên những tác động trực tiếp và tức thời. Trong cuộc sống hằng ngày, dòng điện yếu hơn, nhưng ở lâu tại nơi này sẽ tạo những ảnh hưởng tai hại khác nhau tùy thuộc vào các phay năng lượng của từng nơi. - Các khảo cứu tại các phòng thí nghiệm cho đến ngày nay chưa giúp giải thích chính xác các nguyên nhân của các hiện tượng quan sát được. - Các kết quả nghiên cứu của Liên Xô thực hiện từ 1963 đến 1972 cho thấy là những công nhân làm việc tại các trạm cao thế thường tỏ ra mệt mỏi, buồn nôn, đau đầu, nóng nảy, giấc ngủ dao động. - Theo Korobkova, vào 1972, các thợ điện có nguy cơ mạch không đều, huyết áp giảm, điều hòa thân nhiệt bị xáo trộn. - Khảo cứu đầu tiên được công bố ở Hoa Kỳ vào tháng 3 năm 1979 bởi Wertheimer và Leeper (Electrical wiring configurations and childhood cancer) ở vùng Denver. Trong 344 trẻ bị ung thư thì những em sống cạnh đường dây cao thế hay các đường dây cường độ dòng điện cao tỷ lệ bị chết cao gấp đôi. 6 trong số các em bé này đã thiệt mạng vì sống cạnh các trạm Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 50 biến áp. Tác giả của công trình giải thích rằng các từ trường xoay chiều mức độ yếu sẽ tác động đến sự phát triển của chứng ung thư. Bản nghiên cứu này đã được tranh cãi nhiều vì không có sự đo lường về từ trường tại các địa hình nghi ngờ. Tuy nhiên, vài năm sau các điều trên được xác nhận. Đến tháng 12/1982, Wertheimer và Leeper qua việc nghiên cứu đối với những người trưởng thành tại vùng Denver đã nhận ra một ảnh hưởng tương tự về một từ trường xoay chiều trên tỷ lệ bệnh ung thư. Dù ơ mức độ yếu, 0,1 militesla, các trường này vẫn có những ảnh hưởng sinh lý tai hại. - Tháng 8 năm 1981: Perry, Reichmanis, Marino và Beker làm sáng tỏ mối tương quan giữa tỷ lệ người tự tử với việc cư ngụ tại một từ trường cao hơn 1 militesla. Trong một phúc trình công bố vào năm 1990, Cơ quan môi trường Hoa Kỳ đã cho rằng tất cả các điện từ trường đều tạo ảnh hưởng ung thư, đáng kể nhất là các máy điện mà trẻ em là thành phần nhạy cảm nhất. Bản phúc trình còn chỉ ra rằng phụ huynh vì hoạt động nghề nghiệp phải thường xuyên làm việc trong từ trường sẽ gia tăng cùng bệnh trạng. Đó có thể là sự biến chất của yếu tố di truyền. Các chuyên gia Liên Xô và Đức cũng phân tích ảnh hưởng của các đường dây cao thế trên loài ong. Trong một trường 800 V/m mức sản xuất mật sẽ gia tăng nhưng sự bội hoạt sẽ làm kiệt sức và đưa tới cái chết.  CÁC GIẢI PHÁP NHẰM GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ: - Các nhà Địa sinh học đã đối mặt với các vấn đề của cư dân sinh sống cạnh các đường dây cao thế hay các đường tàu hỏa điện. Dĩ nhiên, giải pháp tốt nhất là chớ nên mua nhà hay xây cất cạnh các địa điểm này. - Đối với các nhà sản xuất điện năng, nếu loại bỏ lưới truyền tải ngầm (vì tốn kém và bất cập về mặt kỹ thuật) thì việc đặt ngầm các hệ thống phân phối trung và hạ thế lại có tính khả thi hơn bao giờ hết. - Để giảm thiểu tác hại từ các đường điện trên mặt đất, ta có thể căng một lưới kim loại dưới đường dây cao thế nhằm loại bỏ tác động của điện từ trường . Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 51 Lưới này được tiếp đất và giải pháp này rất tiện lợi cho những khu nhà ở tập trung. - Đối với cư dân, cần tạo một lá chắn bằng việc trồng cây và đồng thời đặt một lưới trên mặt tiếp giáp với đường dây điện. Mặt khác, tất cả các mắt lưới điện đều phải tiếp đất để tạo một loại “lồng Faraday” nhằm chặn đứng các trường. Nên trù liệu đặt tại mỗi phòng một máy ion hoá. Thoả mãn các điều kiện trên, ta có thể sống thoải mái trong cái không gian ô nhiễm này. - Cũng có những giải pháp khác để chọn lựa, trong số này phải kể đến giải pháp giảm thiểu việc truyền tải điện bằng cách hạn chế các việc buôn bán điện xuyên quốc gia. Tiếp đến ngừng phát triển các nhà máy điện hạt nhân. Chỉ nên duy trì các nhà máy sản xuất điện cạnh các khu công nghiệp (tiêu thụ nhiều năng lượng). Ứng dụng nguyên tắc của Carnot, theo đó: mọi sản xuất năng lượng đều phóng ra nhiệt lượng để biến mất trong khí quyển hay sông ngòi biển cả. Một sự tiếp cận lớn hơn giữa các nhà máy sản xuất điện với các thành phố hay xưởng tiêu thụ nhiệt lượng (sưởi ấm…) sẽ tránh được phí phạm này. Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 52 Tài liệu tham khảo: [1]: Vệ tinh nhân tạo đầu tiên của loài người, Sputnik đã được người Nga phóng lên quỹ đạo trái đất vào ngày 4/10/1957. Sputnik là một quả cầu kim loại có kích thước 58cm, và nặng khoảng 83,6kg. Mặc dù đó là một thành tựu đáng ghi nhớ, nhưng Sputnik dường như rất nghèo nàn so với các tiêu chuẩn ngày nay. Bao gồm một nhiệt kế, pin, máy phát tín hiệu radio, bình đựng khí ga nitơ để điều áp bên trong vệ tinh. Bên ngoài của Sputnik được trang bị 4 cần ăn-ten để truyền tín hiệu với tần sóng ngắn - 27MHz - [2]: Nguyễn Đình Hoãn – Nguyễn Quỳnh Lan.2006. Ứng dụng vật lý thiên văn vũ trụ trong kinh tế kĩ thuật đời sống. Nhà xuất bản giáo dục. Trang 70 [3]: [4]: [5]: Allen W.R, Nguyên lý chǎm sóc sức khỏe bằng từ trường, Hà Nội, 1999. [6]: [7]: [8]: [9]: [10]: [11]: [12]: [13]: Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng 53