TS. Võ Thanh Tân
Các bức xạ điện từ có bước sóng dài hơn ánh sáng thấy được gồm:
HỒNG NGOẠI: Infra-Red (bước sóng 760nm -1cm hay tần số 30GHz – 390THz)
VI BA: Microwave (1cm – 30cm hay 1GHz – 30GHz) và
SÓNG VÔ TUYẾN: Radio Wave (bước sóng > 30cm hay tần số < 1GHz).
Thang sóng điện từ
Đặc điểm của bức xạ điện từ là bước sóng càng dài thì hiện tượng nhiễu xạ và phản xạ xảy ra càng mạnh (xem hình).
Với khả năng nhiễu xạ và phản xạ rất mạnh, sóng RADIO có thể đi đến tận các ngõ ngách trong phòng, mặc dù đài phát rất xa nguồn thu, nên nó được sử dụng nhiều trong kỹ thuật truyền phát tín hiệu mặt đất. Tuy nhiên, cũng vì nhiễu xạ và phản xạ nhiều lần nên đài thu không chỉ nhận được 1 sóng đơn mà là một chùm sóng. Có sóng đi trực tiếp từ đài phát (đường đi ngắn nhất), có sóng phản xạ một lần (đường đi dài hơn), có sóng phản xạ vài trăm lần rồi mới đến nguồn thu. Điều này làm cho tín hiệu nhận được tại nguồn thu không còn trung thực. Chẳng hạn, sóng trung MW trong kỹ thuật truyền thanh có tần số 526,5 kHz-1606,5 kHz (bước sóng 180m - 600m) có khả năng phản xạ vài ngàn lần trước khi đến máy thu làm chất lượng tín hiệu nhận được không tốt.
Trái lại, vùng HỒNG NGOẠI bước sóng ngắn, sóng chỉ có thể phản xạ được vài lần thì hết năng lượng nên được ứng dụng để làm các thiết bị điều khiển trong phòng (như remote TV). Nếu remote TV dùng sóng radio thì sóng, sau nhiều lần phản xạ, có thể lan sang phòng khác hay đến nhà hàng xóm và đó là điều không mong muốn. Những thiết bị điều khiển từ xa ngoài trời thì sử dụng sóng radio.
Một số kỹ thuật thu phát tín hiệu vừa yêu cầu có độ trung thực cao (ít phản xạ và nhiễu xạ) và vừa yêu cầu phạm vi lan truyền rộng hơn không gian một căn phòng hay lan truyền trong khoảng 50m có nhiều vật cản (cần nhiều lần phản xạ và nhiễu xạ) hay tín hiệu liên lạc vệ tinh vượt rào cản tầng điện ly thì sóng VI BA có dải sóng nằm giữa vùng hồng ngoại và sóng radio đảm bảo yêu cầu đó.
Giao thức wireless chuẩn IEEE 802.11g/b và công nghệ Bluetooth dùng dải tần 2,4GHz, chuẩn 802.11a dùng tần 5,8GHz. Nếu modem wifi dùng sóng dài hơn (tần số nhỏ hơn) thì có thể phát ra xa và rộng hơn nhiều nhưng ngược lại tín hiệu sẽ bị nhiễu và không còn sử dụng được trong yêu cầu chính xác cao của tín hiệu số.
Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) gồm 27 vệ tinh sử dụng các tần số 1176,45 MHz, 1227,60 MHz, 1381,05 MHz và 1575,42 MHz để liên lạc với các thiết bị thu tại mặt đất. Với các tần số này, tín hiệu GPS không thể vào được các tòa nhà lớn nhưng định vị ngoài trời tương đối chính xác chỉ cho sai số khoảng 2m. Nếu chúng sử dụng bước sóng dài hơn thì sự định vị trong tòa nhà dễ dàng nhưng đó là sóng nhiễu xạ nên sự tính toán khoảng cách không tốt và cho sai số lớn hơn. Nếu chúng sử dụng sóng ngắn hơn thì độ chính xác cao hơn (nhưng không cần thiết lắm) và sóng ngắn hơn có thể không xuyên qua được các tàng lá cây khi người sử dụng trong một khu rừng!
Từ năm 1945, Percy Spencer nhận thấy với dao động của trường điện từ có thể làm các phân tử phân cực dao động cưỡng bức. (Phân tử phân cực là các phân tử mà tâm chung điện tích dương và âm không trùng nhau, chúng tạo thành lưỡng cực điện, như H2O, HCl,...). Sóng có tần số dao động 2,45GHz (12,25cm) làm các phân tử H2O dao động mạnh nhất gây nên chuyển động nhiệt và tăng nhiệt độ. Trong khi các phân tử phân cực khác thì dao động ít hơn hẳn. Đây là ý tưởng để chế tạo LÒ VI BA mà ngày nay trong hầu hết các gia đình đều có.
Do đó, với lò vi ba, nước được đun nóng rất nhanh trong khi một số chất khác như thủy tinh thì hầu như không thể nóng. Phân tử dầu ăn, chất béo cũng thực hiện dao động nhưng ít hơn nhiều so với nước nên chỉ nóng lên một ít.
Khi nước đóng băng thành nước đá thì các phân tử H2O kết hợp lại nhau thành một tổ hợp H2O, tổ hợp này vẫn thực hiện dao động dưới tần số điện từ 2,45GHz nhưng nhỏ hơn nhiều. Do đó, một lọ nước đá cần có nhiều thời gian để trở lại thành nước lỏng dưới lò vi ba hay nói cách khác: làm tan chảy nước đá không hiệu quả lắm trong lò vi ba.
Nguyên tử kim loại thì luôn có electron lớp vỏ ngoài cùng dễ dàng thoát ra trong trường lực ngoài nên dưới tác dụng của tần số 2,45GHz trong lò vi sóng các electron thoát ra và dao động tạo nên nổ và cháy. Do đó, tuyệt đối không để kim loại trong lò vi sóng.
Tham khảo: Wikipedia