Các nhà vật lí ở Tây Ban Nha vừa tính được phần năng lượng có thật có thể truyền trong không khí bằng cách sử dụng những chất liệu nhất định để định hình từ trường xung quanh vật dẫn. Mặc dù cho đến nay ý tưởng chưa được xác nhận trong phòng thí nghiệm, nhưng các nhà nghiên cứu cho biết nó có thể đưa đến một phương pháp khả thi truyền tải điện năng, cũng như các ứng dụng trong cảm biến từ và nghiên cứu não.
Ý tưởng truyền điện năng đi xa mà không cần dây dẫn đã có một lịch sử lâu dài. Vào năm 1891, Nikola Tesla đã chứng minh rằng có thể truyền điện năng trong không khí bằng cách sử dụng các cuộn dây cảm ứng. Ông tiếp tục nghiên cứu ý tưởng này song song với sự truyền tải có dây, nhưng sự hao hụt năng lượng khiến ý tưởng không thể triển khai quy mô lớn trên thực tế.
Nay Alvar Sanchez và các đồng sự thuộc trường Đại học Barcelona vừa sử dụng lí thuyết quang học biến đổi tọa độ để đề xuất một phương pháp mới tập trung vào truyền điện năng. Quang học biến đổi tọa độ thường đi cùng với sự ra đời của áo tàng hình, siêu thấu kính và những dụng cụ khác dẫn hướng và tập trung sóng điện từ theo những kiểu không thể nào triển khai với chất liệu bình thường. Phương pháp này sử dụng các siêu chất liệu có những quang tính đặc biệt làm biến đổi không gian theo kiểu giống hệt như sự có mặt của khối lượng làm méo mó không gian – như mô tả bởi thuyết tương đối rộng Einstein. Trong trường hợp áo tàng hình, sóng điện từ có thể bị dẫn đi êm vòng xung quanh một vật rồi nhập lại ở phía bên kia như thể vật không có mặt ở đó.
Mô phỏng trên máy tính cho thấy sự phân bố của năng lượng từ giữa hai nam châm giữ bên trong hai lớp vỏ siêu chất liệu tách biệt. (Ảnh: Alvar Sanchez và cộng sự)
Tàng hình từ tính
Đội khoa học ở Barcelona đã công bố một loạt bài báo áp dụng quang học biến đổi tọa độ cho từ trường. Vào năm 2011, các nhà nghiên cứu trên đã hợp tác với các kĩ sư điện tại Viện Hàn lâm Khoa học Slovak xây dựng một áo tàng hình che chắn một vùng không gian trước từ trường tĩnh. Nay trong nghiên cứu mới nhất này, họ tập trung vào cách sử dụng quang học biến đổi tọa độ để làm cho từ trường ở một nơi này cảm ứng một từ trường ở nơi khác.
Đội khoa học đã sáng tạo ra một mô hình trên máy tính của hệ thống truyền-nhận với một nguồn từ trường tại tâm của một lớp vỏ. Lớp vỏ đó làm từ một siêu chất liệu có mật độ năng lượng từ luôn luôn bằng không. Trong trường hợp truyền điện năng, nguồn từ trường sẽ là một cuộn dây mang dòng điện.
Sự có mặt của lớp vỏ làm cho toàn bộ năng lượng chứa trong từ trường bên trong phân bố ra rìa bên ngoài của vỏ. Vì thế, từ trường tỏa ra xung quanh nam châm vào trong không gian mạnh hơn nhiều nếu như lớp vỏ là một nam châm bình thường hoặc không gian tự do. Nếu đặt một lớp vỏ siêu chất liệu thứ hai ở liền kề, thì từ trường của lớp vỏ thứ nhất khi đó sẽ cảm ứng một phản ứng từ trên bề mặt của lớp vỏ thứ hai. Trong trường hợp này, tác dụng của lớp vỏ đó là truyền năng lượng từ trường từ bên ngoài của vỏ vào tâm của vỏ mà không gây mất mát năng lượng.
Trường thấp tần
Thật hay, thật đẹp – tuy nhiên, có một chi tiết quan trọng cần lưu ý. Nói đại khái, phân tích trên chỉ mới áp dụng cho từ trường tĩnh. Để truyền năng lượng của một dòng điện bằng cách tạo ra một từ trường – và sau đó trích xuất năng lượng dưới dạng dòng điện ở đầu cuối – sẽ liên quan đến một từ trường biến thiên theo thời gian. Tuy nhiên, Sanchez lí giải rằng các nhà nghiên cứu đã có dữ liệu sơ bộ cho thấy phân tích trên áp dụng được cho những trường biến thiên với tần số rất thấp. “Nếu chúng ta muốn trích xuất năng lượng hữu ích từ ý tưởng của chúng tôi, thì việc làm đúng là nên nghiên cứu các trường AC thấp tần,” ông nói.
Ngoài sự truyền năng lượng, các nhà nghiên cứu còn đề xuất khả năng sử dụng lớp vỏ như thế để tập trung từ trường vào trong một không gian nhỏ để có thể cải thiện độ chính xác của các bộ cảm biến từ. Như vậy có thể mở rộng phạm vi của một kĩ thuật nghiên cứu y khoa gọi là kích thích từ xuyên sọ, trong đó từng bộ phận của não có thể bị hoạt hóa hoặc ngừng hoạt hóa tạm thời bởi từ trường.
Nhà nghiên cứu quang học biến đổi tọa độ tiên phong John Pendry thuộc trường Đại học Imperial College London cảm thấy thích thú trước đề xuất mới này và nghiên cứu trước đây của các nhà nghiên cứu sử dụng quang học biến đổi tọa độ để xử lí điều khiển từ trường. Ông nhận thấy nghiên cứu với từ trường tĩnh “còn hấp dẫn hơn là tàng hình quang học, vì nó đi sâu vào bước sóng (dài vô hạn đối với trường tĩnh) và điều khiển thành phần điện và thành phần từ của trường điện từ.”
Nghiên cứu công bố trên tạp chí Physical Review Letters.
Nguồn: physicsworld.com
![[Sách] Sóng - Các nguyên lí của ánh sáng, điện và từ học](/bai-viet/images/2011/08/song-nguyenli.bmp)
