Thứ Tư, 16 tháng 1, 2013

Các nhà nghiên cứu phát minh thành công thiết bị nhỏ gọn có thể cung cấp hình ảnh 3D của thực quản

Screen Shot 2013-01-16 at 1.43.36 AM.jpg

Có lẽ rất nhiều người trong số chúng ta đôi lúc đã gặp phải những triệu chứng khá khó chịu như ợ nóng, cảm thấy đau, nhứt ở cổ họng hay ngực do tình trạng trào ngược axit từ dạ dày vào thực quản. Nếu những điều đó chỉ xảy ra đôi lần thì sẽ không có gì là nghiêm trọng, nhưng nếu nó diễn ra nhiều lần thì dường như bạn đang gặp phải một chứng bệnh gọi là Barrett thực quản* (giải thích cuối bài). Căn bệnh này thường có những dấu hiệu rất khó nhận biết, vì vậy đa phần bệnh nhân đều tỏ vẻ chủ quan và không có những biện pháp ngăn ngừa kịp thời, dẫn đến hậu quả là ung thư thực quản.

Để phát hiện sớm tình trạng bệnh trên, các nhà nghiên cứu tại bệnh viện Massachusetts, thuộc thành phố Boston, Mỹ, đã phát minh ra một thiết bị có hình dạng nhỏ như viên thuốc, có chức năng cung cấp chi tiết những hình ảnh của thực quản dưới định dạng 3D. Đầu tiên nhắc sơ qua về cấu tạo của nó, thiết bị này có phần thân trong suốt, ở phía đuôi có nối với một sợi dây dài - nhằm truyền dữ liệu từ camera ở phía đỉnh đến với máy tính phân tích của bác sĩ. Điểm đặc biệt của nó đó chính là kích thước rất nhỏ, cùng với đó là phần đầu có hình dạng tròn cong như viên thuốc con nhộng chúng ta hay uống, vì vậy bạn sẽ không cảm thấy khó chịu khi các bác sĩ đưa nó vào bên trong thực quản.

Về cách thức làm việc, thiết bị này sẽ hoạt động thông qua kỹ thuật OFDI - một kỹ thuật tương tự như sóng siêu âm, nhưng ở đây nó lại sử dụng ánh sáng hồng ngoại. Theo đó, khi "viên thuốc" này tiến sâu vào thực quản, các nhà nghiên cứu sẽ bắt đầu tạo ra một chùm tia sáng, sau đó tách nó thành hai tia sáng riêng biệt: một tia (được gọi là tia tham chiếu) sẽ được gởi đến bộ phận dò tìm, tia còn lại sẽ gửi đến sợi dây gắn bên trong thiết bị, có nhiệm vụ phát hiện các mô bệnh, mô bất thường.

Bên trong thực quản, chùm tia sáng này sẽ tập trung vào một điểm có đường kính bằng sợi tóc của chúng ta, sau đó nó sẽ bắt đầu quay quanh trục với tần số 20 lần/giây. Khi hoàn tất quá trình trên, tia sáng đó sẽ được gởi ngược trở lại bộ phận dò tìm - nhằm so sánh trực tiếp với tia tham chiếu. Sự khác biệt giữa hai tia có thể sẽ được sử dụng để tái tạo lại hình ảnh mặt cắt ngang của thực quản dưới kính hiển vị. Bằng cách xếp chồng các mặt cắt lên nhau, những nhà nghiên cứu có thể tạo ra một hình ảnh ba chiều của thực quản.

Bằng cách đó, thiết bị này sẽ cung cấp cho bác sĩ những hình ảnh chi tiết nhất về bề mặt của thực quản, cũng như các lớp mô bất thường nằm bên trong có độ sâu khoảng 10 micron - điều kiện cần và đủ để có thể phát hiện kịp thời những dấu hiệu của ung thư thực quản.

Trên thực tế, hiện nay hầu như bệnh viện nào cũng có những dụng cụ cần thiết để kiểm tra bệnh Barrett thực quản trên. Cụ thể, khi tiến hành khám bệnh, các bác sĩ sẽ đưa một chiếc camera dài, cơ động, vào sâu bên trong thực quản của cơ thể con người, sau đó họ sẽ dò tìm những mô bất thường (mô bệnh), dùng dao lade cắt bỏ và bắt đầu mang đi tiến hành xét nghiệm. Tuy nhiên, quá trình này lại tốn quá nhiều thời gian, tiền bạc cũng như công sức của cả bác sĩ lẫn bệnh nhân, đó là chưa kể đến cảm giác đau đớn từ vết cắt.

Phát minh này đã được đăng trên tạp chí Nature Medicine.

*Bệnh Barrett thực quản: là tình trạng biến đổi biểu mô vảy bình thường ở vị trí xa thực quản thành biểu mô trụ . Đây là một biến chứng thường gặp của bệnh lý trào ngược dạ dày - thực quản. Barrett thực quản có rất nhiều nguy cơ trở thành ung thư thực quản nếu không phát hiện kịp thời.

Chủ Nhật, 16 tháng 12, 2012

Hướng dẫn lựa chọn dây cáp điện trong xây dựng nhà

Tính toán lựa chọn dây dẫn điện cho nhà ở là một việc cần thiết và quan trọng, thứ nhất là vấn đề an tòan cho người và tài sản, thứ hai là tiết kiệm (vì có thể tránh được việc phải tháo ra làm lại khi thấy không phù hợp).
Hướng dẫn này trình bày một cách ngắn gọn về vấn đề này, ngõ hầu giúp cho người dùng tự tin và dễ dàng hơn trong việc lựa chọn dây dẫn điện cho nhà ở. Trong hướng dẫn này, cấu trúc và tên gọi của các loại dây lắp đặt trong nhà (xem 3.3) được tham khảo theo tiêu chuẩn TCVN 2103; các loại cáp ngoài trời và cáp điện kế (xem 3.1 và 3.2) được tham khảo theo tiêu chuẩn của ngành Điện lực cũng như các nhà sản xuất cáp uy tín ở Việt nam hiện nay.
Hướng dẫn gồm các đề mục như sau:
- Các nguồn điện sử dụng cho nhà ở
- Một số cách đi dây và loại dây tương ứng, thông dụng
- Các loại dây dẫn thích hợp cho nhà ở
- Công suất chịu tải của các loại dây cáp điện thường sử dụng cho nhà ở
- Cách tính toán và lựa chọn dây dẫn
- Các lưu ý cho hệ thống điện nhà ở
- Những tác hại khi dùng dây & cáp điện kém chất lượng
- Những kinh nghiệm lựa chọn dây điện cho nhà ở
1. Các nguồn điện sử dụng cho nhà ở
1.1 Nguồn điện 1pha 2dây (thông dụng nhất)
Nguồn 1pha 2dây gồm có 1 dây pha và 1 dây trung tính (còn được gọi là 1 dây nóng và 1 dây nguội). Đây là nguồn điện cho nhà ở thông dụng nhất tại Việt Nam hiện nay.
1.2 Nguồn điện 1pha 3dây
Nguồn điện 1pha 3dây gồm có 1 dây pha 1 dây trung tính và 1 dây nối đất (còn được gọi là 1 dây nóng, 1 dây nguội và 1 dây bảo vệ). Ở Việt Nam hiện nay nguồn điện này bắt đầu áp dụng ở các tòa nhà cao tầng, biệt thự, building, khách sạn, các nơi có sử dụng các máy móc thiết bị quan trọng hoặc các nhà ở cao cấp hơn.
1.3 Nguồn điện 3pha 4dây (ít gặp)
Nguồn điện 3pha 4dây gồm có 3 dây pha và 1 dây trung tính (còn được gọi là 3 dây nóng, 1 dây nguội). Ở Việt Nam hiện nay nguồn điện này ít gặp trong nhà ở, trừ khi chủ nhà có ý định sử dụng thiết bị điện 3pha.
1.4 Nguồn điện 3pha 5dây (rất ít gặp)
Nguồn điện 3pha 5dây” gồm có 3 dây pha 1 dây trung tính và 1 dây nối đất bảo vệ (còn được gọi là 3 dây nóng, 1 dây nguội và 1 dây bảo vệ). Ở Việt Nam hiện nay nguồn điện này rất ít gặp trong nhà ở, trừ khi chủ nhà có ý định sử dụng thiết bị điện 3pha và có yêu cầu thêm về dây bảo vệ.
2. Một số cách đi dây và loại dây tương ứng, thông dụng
2.1 Đi dây nổi: Dây & cáp điện được luồn trong các ống nhựa hoặc nẹp nhựa và được cố định trên tường, trần nhà. Số lượng dây trong ống cần xem xét sao cho đừng quá chật để có thể rút dây, luồn dây khi cần thiết sửa chữa thay thế. Các loại dây như VCm, VCmd, VC là thích hợp cho cách đi dây nổi.
2.2 Đi dây âm tường, âm trần, âm sàn:
Dây & cáp điện được luồn trong các ống nhựa (ống trơn khi đi thẳng, ống ruột gà khi chuyển hướng) đặt âm trong tường, trần hoặc sàn nhà. Số lượng dây trong ống cần xem xét sao cho đừng quá chật để có thể rút dây, luồn dây khi cần thiết sửa chữa thay thế. Các loại dây điện như VC, CV, CVV là thích hợp cho cách đi dây âm.
2.3 Đi dây ngầm:
Đối với các công trình ngoại vi, không dính liền với nhà, dây & cáp điện được luồn trong các ống nhựa cứng hoặc ống thép chịu lực, không thấm nước và chôn ngầm dưới đất ở độ sâu khỏang 0,7mét. Các loại cáp có áo giáp thép hoặc được bọc kim loại thì có thể chôn trực tiếp trong đất mà không cần luồn trong ống. Cần thiết phải chọn các loại dây / cáp có khả năng chống thấm nước, chống côn trùng cho đường dây đi ngầm.
3. Các loại dây dẫn thích hợp cho nhà ở
Theo thông lệ của ngành Điện lực cũng như thực tế hiện nay ở Việt Nam, hướng dẫn này chọn nguồn điện “1 pha 2 dây” để trình bày cho mục đích nhà ở. Hướng dẫn này chia hệ thống dây cho nhà ở ra làm 3 phần và tương ứng với mỗi phần hướng dẫn này đưa ra các đề nghị về các loại dây dẫn có thể được dùng như sau:

3.1 Đoạn dây ngoài đường vào đầu nhà (đoạn dây ngoài trời)
Đoạn dây này là dây nối từ lưới điện địa phương vào đến nhà, thông thường đoạn dây này nằm hòan tòan ngoài trời (ngoại trừ một số rất ít nhà ở sử dụng cáp ngầm thì đoạn dây này được chôn dưới đất). Đoạn dây ngoài trời này được đề nghị sử dụng một trong các loại dây/cáp sau đây:
Cáp Duplex ruột đồng, cách điện PVC (Duplex Du-CV)
Cáp Duplex Du-CV có 2 ruột dẫn bằng đồng, ruột dẫn là 1 sợi đồng đặc hoặc 7 sợi đồng được xoắn lại với nhau, mỗi ruột dẫn được bọc cách điện PVC sau đó xoắn với nhau. Cấp điện áp của cáp là 450/750V hoặc 0,6/1kV.
Cáp Duplex ruột đồng, cách điện XLPE (Duplex Du-CX)
Cáp Duplex Du-CX có 2 ruột dẫn bằng đồng, ruột dẫn là 1 sợi đồng đặc hoặc 7 sợi đồng được xoắn lại với nhau, mỗi ruột dẫn được bọc cách điện XLPE màu đen sau đó xoắn với nhau, một trong hai lõi có gân nổi để phân biệt pha. Cấp điện áp của cáp là 0,6/1kV.
Duplex
3.2 Đoạn dây từ đầu nhà vào điện kế (đoạn cáp điện kế)
Đoạn dây này là dây nối từ đầu cuối đoạn dây ngoài trời (được nói ở mục 3.1) đến điện kế (đồng hồ đo điện năng tiêu thụ). Thông thường đoạn dây này nằm một nửa dọc theo tường, một nửa trong nhà (vì thông thường điện kế được đặt trong nhà). Đoạn dây này được đề nghị sử dụng một trong các loại dây/cáp sau đây:
Cáp Điện kế ruột đồng, cách điện PVC (ĐK-CVV)
Cáp Điện kế ruột đồng cách điện PVC còn gọi là cáp Muller ruột đồng cách điện PVC, cáp có 2 hoặc nhiều hơn 2 ruột dẫn, ruột dẫn là 1 sợi đồng đặc hoặc 7 sợi được xoắn lại với nhau, mỗi ruột dẫn được bọc cách điện bằng vật liệu PVC, một lớp bọc lót PVC, một lớp băng nhôm (để chống trộm điện) và lớp vỏ bọc PVC bảo vệ bên ngoài, cấp điện áp của cáp là 450/750V hoặc 0,6/1kV.
Cáp Điện kế ruột đồng, cách điện XLPE (ĐK-CXV)
Cáp Điện kế ruột đồng cách điện XLPE còn gọi là cáp Muller ruột đồng cách điện XLPE, cáp có 2 hoặc nhiều hơn 2 ruột dẫn, ruột dẫn là 1 sợi đồng đặc hoặc 7 sợi được xoắn lại với nhau, mỗi ruột dẫn được bọc cách điện bằng vật liệu XLPE màu trắng-trong (màu tự nhiên), một trong hai lõi có băng màu hoặc sọc màu để phân biệt pha, một lớp bọc lót PVC, một lớp băng nhôm (để chống trộm điện) và lớp vỏ bọc PVC bảo vệ bên ngoài, cấp điện áp của cáp là 0,6/1kV.
Muller
3.3 Dây dẫn từ điện kế đến các thiết bị tiêu thụ điện (dây dẫn trong nhà)
Ở Việt Nam, hầu như 2 đoạn dây đã đề cập ở mục 3.1 và 3.2 đều do ngành Điện lực tự lựa chọn và lắp đặt nếu chủ nhà không có yêu cầu gì riêng. Còn các dây dẫn từ điện kế đến các thiết bị tiêu thụ điện, hầu hết là do chủ nhà tự quyết định lo liệu, đây là công việc mà hướng dẫn này cho là chủ nhà cần thiết phải quan tâm. Các dây dẫn này được đề nghị sử dụng một trong các loại sau đây.
3.3.1 Dây đơn cứng (VC)
Dây đơn cứng (VC) là dây có ruột dẫn là 1 sợi đồng, bọc cách điện PVC. Cấp điện áp của dây là 600V.
Ngoài ra, còn có Dây đơn cứng không chì (LF-VC), không tác hại cho con người và môi trường bằng cách sử dụng vật liệu PVC không chì (LF-PVC), phù hợp quy định RoHS (Restriction of Hazardous Substances) của châu Âu.

VC
3.3.2 Dây đơn mềm (VCm)
Dây đơn mềm (VCm) là dây có ruột dẫn gồm nhiều sợi đồng được xoắn với nhau, bọc cách điện bằng vật liệu PVC. Cấp điện áp của dây là 250V.
Ngoài ra, còn có Dây đơn mềm không chì (LF-VCm), không tác hại cho con người và môi trường bằng cách sử dụng vật liệu PVC không chì (LF-PVC).
VCm
3.3.3 Dây đôi mềm dẹt (VCmd)
Dây đôi mềm dẹt (VCmd) là dây có 2 ruột dẫn, mỗi ruột dẫn gồm nhiều sợi đồng xoắn lại với nhau, 2 ruột dẫn này được bọc cách điện PVC và phần cách điện của 2 ruột dẫn dính với nhau tạo ra một dây dẹt có 2 ruột dẫn cách điện song song với nhau. Cấp điện áp của dây là 250V.
Ngoài ra, còn có Dây đôi mềm dẹt không chì (LF-VCmd), không tác hại cho con người và môi trường bằng cách sử dụng vật liệu PVC không chì (LF-PVC).
VCmd
3.3.4 Dây đôi mềm xoắn (VCmx)
Dây đôi mềm xoắn (VCmx) là dây được xoắn lại từ 2 dây đơn mềm (VCm) riêng biệt. Cấp điện áp của dây là 250V.
Ngoài ra, còn có Dây đôi mềm xoắn không chì (LF-VCmx), không tác hại cho con người và môi trường bằng cách sử dụng vật liệu PVC không chì (LF-PVC).
VCmx
3.3.5 Dây đôi mềm tròn (VCmt)
Dây đôi mềm xoắn tròn (VCmt) là dây gồm 2 dây đơn mềm (VCm) riêng biệt được xoắn lại hoặc đặt song song rồi bọc bên ngoài một lớp vỏ bảo vệ bằng PVC. Dây này cũng được gọi là cáp CVVm. Cấp điện áp của dây là 250V.
Ngoài ra, còn có Dây đôi mềm tròn không chì (LF-VCmt), không tác hại cho con người và môi trường bằng cách sử dụng vật liệu PVC không chì (LF-PVC).
VCmt
3.3.6 Dây đôi mềm ôvan (VCmo)
Dây đôi mềm ôvan (VCmo) là dây gồm 2 dây đơn mềm (VCm) riêng biệt được xoắn lại hoặc đặt song song rồi bọc bên ngoài một lớp vỏ bảo vệ bằng PVC. Dây này cũng được gọi là cáp CVVm ôvan. Cấp điện áp của dây là 250V.
Ngoài ra, còn có Dây đôi mềm ôvan không chì (LF-VCmo), không tác hại cho con người và môi trường bằng cách sử dụng vật liệu PVC không chì (LF-PVC).
VCmo
3.3.7 Dây đơn cứng, ruột nhôm (VA)
Dây đơn cứng, ruột nhôm (VA) là dây có ruột dẫn là 1 sợi nhôm, bọc cách điện PVC. Cấp điện áp của dây là 600V.
Ngoài ra, còn có Dây đơn cứng ruột nhôm không chì (LF-VA), không tác hại cho con người và môi trường bằng cách sử dụng vật liệu PVC không chì (LF-PVC).
VA
3.3.8 Dây điện lực ruột đồng, cách điện PVC (CV)
Dây điện lực ruột đồng, cách điện PVC (CV) là dây có ruột dẫn gồm 7 (hoặc 19) sợi đồng xoắn đồng tâm, bọc một lớp cách điện PVC. Cấp điện áp của dây là 450/750V hoặc 0,6/1kV.
Ngoài ra, còn có Dây điện lực ruột đồng, cách điện PVC không chì (LF-CV), không tác hại cho con người và môi trường bằng cách sử dụng vật liệu PVC không chì (LF-PVC).
CV
3.3.9 Cáp điện lực ruột đồng, cách điện PVC, vỏ bảo vệ PVC (CVV)
Cáp điện lực ruột đồng, cách điện PVC, vỏ bảo vệ PVC (CVV) là cáp có 1 hoặc nhiều lõi cáp, mỗi lõi cáp có ruột dẫn gồm 7 (hoặc 19) sợi đồng xoắn đồng tâm và bọc một lớp cách điện PVC. Cáp CVV có một lớp vỏ bảo vệ PVC bên ngoài. Cấp điện áp của cáp là 450/750V hoặc 0,6/1kV.
Ngoài ra, còn có Cáp điện lực ruột đồng, cách điện PVC không chì, vỏ bảo vệ PVC không chì (LF-CVV), không tác hại cho con người và môi trường bằng cách sử dụng vật liệu PVC không chì (LF-PVC) cho cách điện và vỏ bọc.
CVV
4. Công suất chịu tải của các loại dây cáp điện thường sử dụng cho nhà ở
Mỗi cỡ dây/ cáp (tiết diện ruột dẫn) và mỗi loại dây/cáp có mức chịu tải khác nhau. Đối với mục đích nhà ở, hướng dẫn này đưa ra các bảng mô tả công suất chịu tải của các loại dây/cáp như dưới đây. Công suất chịu tải nêu trong các bảng này là phù hợp với nhiệt độ môi trường đến 40 độ C và cũng đã xem xét đến vấn đề sụt áp nhằm đảm bảo chất lượng điện sinh hoạt cho nhà ở.
 Bảng 1: Công suất chịu tải của cáp Duplex Du-CV, Duplex Du-CX
Tiết diện ruột dẫn Công suất chịu tải Chiều dài đường dây Tiết diện ruột dẫn Công suất chịu tải Chiều dài đường dây
3 mm2 ≤ 5,5 kW ≤ 30 m 10 mm2 ≤ 12,1 kW ≤ 45 m
4 mm2 ≤ 6,8 kW ≤ 30 m 11 mm2 ≤ 12,9 kW ≤ 45 m
5 mm2 ≤ 7,8 kW ≤ 35 m 14 mm2 ≤ 15,0 kW ≤ 50 m
5.5 mm2 ≤ 8,3 kW ≤ 35 m 16 mm2 ≤ 16,2 kW ≤ 50 m
6 mm2 ≤ 8,7 kW ≤ 35 m 22 mm2 ≤  20,0 kW ≤ 60 m
7 mm2 ≤ 9,5 kW ≤ 40 m 25 mm2 ≤ 21,2 kW ≤ 60 m
8 mm2 ≤ 10,6 kW ≤ 40 m 35 mm2 ≤ 26,2 kW ≤ 70 m
Chiều dài đường dây đề nghị sử dụng ở bảng này được tính tóan theo độ sụt áp không quá 5% ở điều kiện đầy tải.
Đối với nguồn 1pha 2dây, 220V, sau khi chọn được tiết diện ruột dẫn phù hợp với công suất nhưng chưa phù hợp với chiều dài đường dây mong muốn thì chỉ việc tăng tiết diện lên một cấp (ví dụ tăng từ 3mm2 lên 4mm2) và kiểm tra lại theo công thức dưới đây (0,187 x P x L / S <= 11), nếu thỏa mãn thì tiết diện dây vừa tăng lên là đã phù hợp, nếu chưa thỏa mãn thì tăng tiết diện ruột dẫn lên một cấp nữa và kiểm tra lại như trên cho đến khi thỏa mãn.
CT
Trong đó   P = Công suất tính tóan để chọn dây, kW
               L = Chiều dài đường dây mong muốn, m
               S = Tiết diện ruột dẫn của dây, mm2
Bảng 2: Công suất chịu tải của cáp Điện kế ĐK-CVV, ĐK-CXV
Tiết diện ruột dẫn Công suất chịu tải Tiết diện ruột dẫn Công suất chịu tải
Cách điện PVC(ĐK-CVV) Cách điện XLPE(ĐK-CXV) Cách điện PVC(ĐK-CVV) Cách điện XLPE(ĐK-CXV)
3 mm2 ≤ 6,4 kW ≤ 8,2 kW 10 mm2 ≤ 13,4 kW ≤ 17,0 kW
4 mm2 ≤ 7,6 kW ≤ 9,8 kW 11 mm2 ≤ 14,2 kW ≤ 18,1 kW
5 mm2 ≤ 8,8 kW ≤ 11,2 kW 14 mm2 ≤ 16,6 kW ≤ 20,7 kW
5,5 mm2 ≤ 9,4 kW ≤ 11,9 kW 16 mm2 ≤ 17,8 kW ≤ 22,0 kW
6 mm2 ≤ 9,8 kW ≤ 12,4 kW 22 mm2 ≤ 22,0 kW ≤ 27,2 kW
7 mm2 ≤ 10,8 kW ≤ 13,8 kW 25 mm2 ≤ 23,6 kW ≤ 29,2 kW
8 mm2 ≤ 11,8 kW ≤ 15,0 kW 35 mm2 ≤ 29,0 kW ≤ 36,0 kW
Thông thường chiều dài sử dụng Cáp điện kế khá ngắn nên không cần quan tâm đến độ sụt áp.

Bảng 3: Công suất chịu tải của dây VC, CV, CVV
Tiết diện ruột dẫn Công suất chịu tải Tiết diện ruột dẫn Công suất chịu tải
0,5 mm2 ≤ 0,8 kW 3 mm2  ≤ 5,6 kW
0,75 mm2 ≤ 1,3 kW 4 mm2 ≤ 7,3 kW
1,0 mm2 ≤ 1,8 kW 5 mm2 ≤ 8,7 kW
1,25 mm2 ≤ 2,1 kW 6 mm2  ≤ 10,3 kW
1,5 mm2 ≤ 2,6 kW 7 mm2  ≤ 11,4 kW
2,0 mm2 ≤ 3,6 kW 8 mm2 ≤ 12,5 kW
2,5 mm2 ≤ 4,4 kW 10 mm2 ≤ 14,3 kW
Công suất nêu trong bảng trên phù hợp cho chiều dài dây đến 30m, với độ sụt áp không quá 5% ở điều kiện đầy tải

Bảng 4: Công suất chịu tải của dây đôi mềm VCm, VCmd, VCmx, VCmt, VCmo

Tiết diện ruột dẫn Công suất chịu tải Tiết diện ruột dẫn Công suất chịu tải
0,5 mm2  ≤ 0,8 kW 2,5 mm2 ≤ 4,0 kW
0,75 mm2 ≤ 1,2 kW 3,5 mm2 ≤ 5,7 kW
1,0 mm2 ≤ 1,7 kW 4 mm2 ≤ 6,2 kW
1,25 mm2  ≤ 2,1 kW 5,5 mm2  ≤ 8,8 kW
1,5 mm2 ≤ 2,4 kW 6 mm2  ≤ 9,6 kW
2,0 mm2 ≤ 3,3 kW - -
Công suất nêu trong bảng trên phù hợp cho chiều dài dây đến 30m, với độ sụt áp không quá 5% ở điều kiện đầy tải   
Bảng 5: Công suất chịu tải của dây VA

Tiết diện ruột dẫn Công suất chịu tải Tiết diện ruột dẫn Công suất chịu tải
1,0 mm2 ≤ 1,0 kW 5 mm2 ≤ 5,5 kW
1,5 mm2 ≤ 1,5 kW 6 mm2 ≤ 6,2 kW
2,0 mm2 ≤ 2,1 kW 7 mm2 ≤ 7,3 kW
2,5 mm2 ≤ 2,6 kW 8 mm2 ≤ 8,5 kW
3 mm2 ≤ 3,4 kW 10 mm2  ≤ 11,4 kW
4 mm2 ≤ 4,2 kW 12 mm2 ≤ 13,2 kW
Công suất nêu trong bảng trên phù hợp cho chiều dài dây đến 30m, với độ sụt áp không quá 5% ở điều kiện đầy tải
5. Cách tính toán và lựa chọn dây dẫn

Tính toán và lựa chọn dây dẫn cần phải thực hiện theo các bước sau đây.
- Xác định nguồn điện sẽ dùng
- Tính tổng công suất thiết bị tiêu thụ điện
- Lựa chọn dây dẫn cho từng phần của nhà ở, bao gồm ba bước nhỏ:
+ Lựa chọn đọan dây ngoài trời
+ Lựa chọn đọan cáp điện kế
+ Lựa chọn dây cho từng nhánh và dây đến từng thiết bị tiêu thụ điện.
5.1 Xác định nguồn điện sẽ dùng
Căn cứ vào thiết bị điện trong nhà mà người dùng sẽ dùng là thiết bị 1 pha hay 3 pha, đồng thời cũng phải căn cứ vào nguồn cung cấp của điện lực ở địa phương mình ở có những loại nguồn điện nào. Hầu hết nguồn điện dùng cho nhà ở hiện nay ở Việt Nam là nguồn 1 pha 2dây.
Bước này thường bị phụ thuộc vào nguồn cung cấp ở từng địa phương, nếu người dùng chỉ xài thiết bị điện 1 pha và nguồn địa phương của Điện lực chỉ có 2 dây (1 nóng, 1 nguội) hoặc 4 dây (3 nóng, 1 nguội) thì chỉ có nguồn “1pha 2dây” (như đã nêu ở mục 1.1) là áp dụng được. Trong trường hợp này vẫn có thể chọn nguồn “1pha 3dây” (như đã nêu ở mục 1.2) để dùng, nhưng phải thiết kế thêm hệ thống nối đất cho hệ thống điện trong nhà, phía sau đồng hồ đo điện.
5.2 Tính tổng công suất thiết bị tiêu thụ điện
Thiết bị tiêu thụ điện là những thiết bị họat động bằng năng lượng điện. Các thiết bị tiêu thụ điện trong nhà ở có thể kể ra như: Đèn điện, quạt điện, nồi cơm điện, bàn ủi, tủ lạnh, máy giặt, lò nướng vi sóng, máy điều hòa nhiệt độ, máy bơm nước… Trên mỗi thiết bị tiêu thụ điện, hầu hết đều có ghi trị số công suất, có đơn vị là W (Woat) hoặc kW (Kilô-Woat) hoặc HP (Horse Power- Sức ngựa). Một cách gần đúng, có thể xem tất cả các trị số công suất ghi trên các thiết bị là công suất tiêu thụ điện. Tính tổng công suất thiết bị tiêu thụ điện là liệt kê và cộng lại tất cả trị số công suất của các thiết bị tiêu thụ điện trong nhà nhằm xác định công suất tiêu thụ điện tổng của cả ngôi nhà.
Khi gặp các đơn vị công suất khác nhau thì quy đổi sang cùng một đơn vị như sau:
1kW = 1.000W
1HP = 750W
5.3 Lựa chọn dây dẫn cho từng phần của nhà ở
Đây là buớc cuối cùng tìm ra các cỡ dây cần phải dùng. Tùy theo công suất chịu tải của từng nhánh trong sơ đồ điện, người dùng có thể chọn nhiều loại dây, cỡ dây khác nhau.
*Ví dụ: Tính toán lựa chọn dây dẫn cho một nhà cụ thể.

Đề bài:
Cần tính tóan chọn lựa dây dẫn cho hệ thống điện của một ngôi nhà 1 trệt 1 lầu, đi dây âm tường, khỏang cách từ nhà đến lưới điện địa phương là 30m, tất cả thiết bị điện trong nhà sử dụng điện 1pha 220V, và có công suất được nêu trong bảng sau.
 
Tầng trệt Tầng lầu
Tên thiết bị/ Công suất Số lượng Tổng công suất Tên thiết bị/ Công suất Số lượng Tổng công suất
Bóng đèn hùynh quang 1,2m/ 40W 8 40 x 8 = 320W Bóng đèn hùynh quang 1,2m/ 40W 5 40 x5 = 200W
Đèn trang trí/ 20W 5 20 x 5 = 100W Đèn trang trí/ 20W 3 20 x 3 = 60W
Quạt điện/ 100W 4 100 x 4 = 400W Quạt điện/ 100W 3 100 x 3 = 300W
Nồi cơm điện/ 600W 1 600 x 1 = 600W Máy điều hòa/ 1,5HP 1 1,5 x 750 x 1 = 1125W
Tivi/ 150W 1 150 x 1 = 150W Tivi/ 150W 1 150 x 1 = 150W
Đầu máy + ampli/ 150W   150 x 1 = 150W Bộ máy vi tính/ 500W 1 500 x 1 = 500W
Lò nướng vi sóng/ 1000W 1 1000 x 1 = 1000W Máy sấy tóc/ 1000W 1 1000 x 1 = 1000W
Bàn ủi/ 1000W 1 1000 x 1 = 1000W - - -
Máy điều hòa/ 1,5HP 2 1,5 x 750 x 2 = 2250W - - -
Máy giặt 7kg/ 750W 1 750 x 2 = 1500W - - -
Mô-tơ bơm nước/ 750W 1 750 x 1 = 750W - - -
Bài giải:

Bước 1: Xác định loại nguồn điện sẽ dùng: Vì tất cả thiết bị điện trong nhà sử dụng điện 1pha, 220V nên ta chọn nguồn điện thông dụng nhất là nguồn 1pha 2 dây.
Bước 2: Tính tổng công suất thiết bị tiêu thụ điện: Cộng tất cả công suất của các thiết bị của tầng trệt, tầng lầu và công suất tổng của cả nhà ta có số liệu sau.
Tổng công suất tầng trệt: 7.470W
Tổng công suất tầng lầu: 3.335W
Tổng công suất cả nhà: 10.805W
Bước 3: Lựa chọn dây dẫn cho từng phần của nhà ở
• Lựa chọn đọan dây ngoài trời
Đoạn dây ngoài trời là đọan dây dẫn điện vào nhà nên nó phải chịu được tổng công suất cả nhà là 10.805W. Tuy nhiên, hầu như không có thời điểm nào mà tất cả các thiết bị điện trong nhà họat động đồng thời cùng một lúc, cho nên người ta có thể giảm công suất tính tóan xuống còn khoảng 80% công suất tính tóan rồi mới chọn lựa dây dẫn theo công suất đã được giảm. Khi giảm xuống 80% như vậy người ta có cách gọi khác là chọn ‘hệ số đồng thời’ (kđt) = 0,8. Trong ví dụ này hướng dẫn này cũng chọn kđt = 0,8 và công suất sau khi đã giảm là:
P = 10.805 x 0,8 = 8644W = 8,644kW
Đoạn dây ngoài trời thông thường được sử dụng là loại dây Duplex ruột đồng, cách điện PVC (Du-CV). Căn cứ vào công suất 8,644kW ta tra bảng để tìm cỡ (tiết diện ruột dẫn) cáp cho thích hợp. Tra bảng 1 (cáp Du-CV và Du-CX), chọn giá trí lớn hơn gần nhất ta thấy cáp tiết diện ruột dẫn 6mm2 có công suất chịu tải phù hợp. Chiều dài lắp đặt của cáp có tiết diện ruột dẫn 6mm2 cho trong bảng 1 cũng thỏa mãn với chiều dài lắp đặt mà đầu bài yêu cầu là 30m, vì vậy ta có thể chọn đoạn cáp ngoài trời là cáp Du-CV 2×6mm2 hoặc Du-CX 2×6mm2
• Lựa chọn đọan cáp điện kế
Đoạn cáp điện kế nối từ đọan dây ngoài trời vào đến nhà nên nó cũng phải có công suất chịu tải lớn hơn hoặc bằng 8,644kW. Tra bảng 2 ta thấy cáp ĐK-CVV tiết diện ruột dẫn 5mm2 hoặc cáp ĐK-CXV tiết diện ruột dẫn 4mm2 là phù hợp. Đoạn cáp điện kế thường khá ngắn (< 10m) nên không cần quan tâm đến điện áp rơi theo chiều dài. Như vậy, người dùng có thể sử dụng ĐK-CVV 2 x 5mm2 hoặc ĐK-CXV 2 x 4mm2.
• Lựa chọn dây cho từng nhánh và dây dẫn đến từng thiết bị điện
Ngôi nhà có tầng trệt và 1 tầng lầu, hai tầng có công suất tiêu thụ khác nhau nhiều, do đó để tiết kiệm người dùng có thể phân làm 2 nhánh. Đường dây cho 2 nhánh này người dùng nên chọn loại dây đơn cứng (VC).
Nhánh 1 cho tầng trệt:
Tầng trệt có công suất tổng là 7.470W = 7,47kW. Tương tự như đã đề cập ở trên, hầu như các thiết bị không họat động đồng thời nên có thể chọn hệ số đồng thời kđt = 0,8, lúc đó công suất để chọn dây dẫn là 7,47 x 0,8 = 5,976kW. Tra bảng 3 ta thấy dây VC tiết diện ruột dẫn 4mm2 là phù hợp, như vậy người dùng có thể chọn dây VC 4mm2 cho nhánh 1 (tầng trệt).
Nhánh 2 cho tầng lầu:
Tầng lầu có công suất tổng là 3.335W = 3,335kW. Tương tự như đã đề cập ở trên, hầu như các thiết bị không họat động đồng thời nên có thể chọn hệ số đồng thời kđt = 0,8, lúc đó công suất để chọn dây dẫn là 3,335 x 0,8 = 2,668kW. Tra bảng 3 ta thấy dây VC tiết diện ruột dẫn 2mm2 là phù hợp, như vậy người dùng có thể chọn dây VC 2mm2 cho nhánh 2 (tầng lầu).
Dây cho từng thiết bị:
Theo lý thuyết thì mỗi thiết bị có công suất khác nhau sẽ cần một cỡ dây khác nhau. Việc chọn từng cỡ dây riêng cho từng thiết bị như vậy có ưu điểm là tiết kiệm được chi phí dây dẫn, nhưng lại rất phức tạp cho việc mua dây cũng như đi dây, sự phức tạp này nhiều khi cũng rất tốn kém. Vì vậy, khi trong nhà không có thiết bị nào có công suất lớn cá biệt thì người dùng có thể chọn một cỡ dây và dùng chung cho tất cả các thiết bị.
Công suất sử dụng ở các ổ cắm thường không cố định, không biết trước chắc chắn, vì đôi khi có hai hay nhiều thiết bị sử dụng chung một ổ cắm, do đó, để bảm bảo, người dùng nên chọn dây cho ổ cắm hơn một cấp so với cỡ dây dự định dùng chung cho tất cả các thiết bị.
Tùy theo cách lắp đặt, người dùng có thể chọn loại dây đơn cứng hoặc dây đôi mềm, ngôi nhà trong ví dụ này có yêu cầu đi dây âm tường nên ta chọn dây đơn VC cho tất cả các thiết bị. Nhìn vào bảng công suất ta thấy công suất của máy điều hòa nhiệt độ 1,5HP (1,125kW) là lớn nhất, tra bảng 3 ta thấy cáp VC tiết diện ruột dẫn 0,75mm2 là phù hợp, tuy nhiên cần chọn dây cho ổ cắm hơn một cấp cho nên người dùng có thể chọn dây VC 1,0mm2 cho tất cả các thiết bị và ổ cắm.
Tóm lại: Các loại dây, cỡ dây đã được tính toán lựa chọn cho ngôi nhà trên như sau:
- Đoạn dây ngoài trời: cáp Duplex Du-CV 2×6mm2 hoặc Duplex Du-CX 2×6mm2
- Đoạn cáp điện kế: cáp ĐK-CVV 2 x 5mm2 hoặc ĐK-CXV 2 x 4mm2
- Dây cho nhánh tầng trệt: dây VC 4mm2
- Dây cho nhánh tầng lầu: dây VC 2mm2
- Dây cho các thiết bị điện và ổ cắm: dây VC 1,0mm2
Ghi chú: Người dùng có thể lựa chọn lắp đặt các loại dây & cáp không chì với tiết diện ruột dẫn giống như đã lựa chọn ở trên.
6. Các lưu ý cho hệ thống điện nhà ở
- Nên chia đường điện phân phối trong nhà ở thành nhiều nhánh để thuận tiện cho việc ngắt điện khi cần sửa chữa, thay thế.
- Các dây pha (dây nóng) có cùng màu và tốt nhất là màu đỏ, màu cam hoặc màu vàng. Khi có nhiều nhánh đi chung một tuyến mà kích cỡ giống nhau thì màu của từng nhánh nên khác nhau để dễ phân biệt.
- Dây cho hệ thống nối đất nên có màu riêng biệt với tất cả các dây khác và nên chọn dây màu xanh- sọc- vàng hoặc vàng- sọc- xanh.
- Khi luồn dây trong ống hoặc trong nẹp, phải chọn kích thước ống, nẹp đủ rộng sao cho dễ luồn, dễ rút mà không hư hại đến dây dẫn.
- Không nên đi dây nơi ẩm thấp hoặc quá gần các nguồn nhiệt, hóa chất.
- Mối nối dây phải chặt, tiếp xúc tốt để không gây ra mô-ve nặc lửa khi mang tải.
- Không được nối trực tiếp ruột dẫn đồng và nhôm với nhau.
- Đoạn dây đi trong ống không nên có mối nối.
- Không nên đi dây âm trong nền của tầng trệt nếu nền không đảm bảo cố định với tường khi nền bị lún.
- Không nên sử dụng dây có tiết diện nhỏ hơn 0.5mm2.
7. Những tác hại khi dùng dây & cáp điện kém chất lượng
Khi ruột đồng kém chất lượng hoặc không đủ tiết diện có thể gây ra các tác hại sau
- Dẫn điện kém, gây sụt áp trên đường dây làm cho thiết bị họat động không hiệu quả, tuổi thọ thiết bị giảm nhanh.
- Phát nóng quá mức trên đường dây, gây hư hại lớp cách điện, gây chạm chập cháy nổ.
- Ruột đồng kém chất lượng rất dễ gãy, khó nối, khó lắp vào các phụ kiện điện khác.
Khi lớp cách điện kém chất lượng có thể gây ra các tác hại sau
- Nứt cách điện, hở ruột dẫn, gây điện giật cho người.
- Rạn nứt cách điện sau một thời gian ngắn, gây rò điện, tổn thất điện năng, chạm chập cháy nổ.
- Không chịu được nhiệt độ cho phép của ruột dẫn, chảy nhão gây ra chạm chập cháy nổ.
- Không tự tắt khi bị phát cháy bởi tác nhân bên ngoài.
- Mất màu sau một thời gian ngắn, gây nhầm lẫn các dây với nhau khi sửa chữa, thay thế.
8. Những kinh nghiệm lựa chọn dây diện cho nhà ở
Những kinh nghiệm được nêu ở đây chủ yếu hướng tới các loại dây dùng trong nhà (như mục 3.1 đã đề cập).
Với rất nhiều các loại dây điện trên thị trường hiện nay, tốt có, xấu có, thật có, giả có, thậm chí có khi gặp dây chẳng có nhãn mác, tên nhà sản xuất gì cả. Vì vậy, một người không chuyên thì việc lựa chọn dây nào, nhãn hiệu nào mà có thể tin cậy được là một việc không dễ dàng gì. Bằng một vài kinh nghiệm của người biên soạn, hướng dẫn này đưa ra một số khuyến nghị và những chỉ dấu để hy vọng rằng người dùng có thể tránh được các sản phẩm dây/ cáp điện kém chất lượng.
- Không nên chọn dây không có nhãn mác trên bao bì, không có tên nhà sản xuất, không địa chỉ rõ ràng.
- Không nên chọn dây mà trên dây không có các thông tin cơ bản như: nhãn hiệu, tên loại dây, tiết diện, cấu trúc ruột dẫn (số sợi và đường kính mỗi sợi), tiêu chuẩn sản xuất.
- Dây tốt thường có bề ngoài của vỏ nhựa bóng, láng.
- Lớp nhựa cách điện của dây tốt rất dẻo, khi tuốt ra khỏi ruột dẫn, có thể kéo giãn gấp đôi, gấp ba chiều dài ban đầu mà chưa bị đứt. Dây có thể bẻ gập nhiều lần hoặc xoắn gút nhưng bề mặt cách điện không bị rạng nứt.
- Có thể kiểm tra ruột dẫn, bằng cách đếm số sợi nhỏ bên trong so với số sợi được ghi bên ngoài. Đường kính của các sợi nhỏ bên trong rất khó kiểm tra, vì phải có thước chuyên dùng mới đo được. Tuy nhiên, với một thương hiệu uy tín, trên dây có ghi cụ thể cấu trúc ruột dẫn (số sợi và đường kính mỗi sợi) thì có thể tin tưởng được.
- Dây tốt thì có ruột dẫn sáng, bóng, nếu là dây đồng thì ruột dẫn rất mềm dẻo. Đối với dây ruột dẫn đồng có nhiều sợi nhỏ thì có thể dùng hai ngón tay xoắn ruột dẫn dễ dàng mà các sợi nhỏ không bung, không gãy, không đâm vào tay. Đối với dây ruột dẫn có một sợi thì có thể bẻ gập ruột đồng đến vài chục lần mà không gẫy.
- Thông thường, dây tốt có giá cao hơn dây dỏm với cùng cỡ loại.

theo daycap.com.vn

Thứ Năm, 13 tháng 12, 2012

Học viện công nghệ California phát triển giải pháp giúp tập trung ánh sáng thành điểm siêu nhỏ

Choo-CVRMaterial-PR-NEWS-WEB_0-1.jpg

Các kĩ sư tại Học viện công nghệ California (Caltech) mới đây đã tạo ra một thiết bị giúp tập trung ánh sáng lại thành một điểm nhỏ chỉ vài nano mét. Từ trước đến nay, ánh sáng chưa bao giờ được hội tụ ở mức nhỏ như thế này, và nhờ đó mà công nghệ của Caltech hứa hẹn sẽ mang lại những bước tiến trong lĩnh vực điện toán, truyền thông và hình ảnh. Ánh sáng có độ tập trung cao sẽ giúp tăng băng thông nên người ta có thể gửi nhiều dữ liệu hơn thông qua các sợi quang. Bên cạnh đó, việc kiểm soát được ánh sáng như thế sẽ giúp các thiết bị quang học trở nên nhỏ gọn hơn, đồng thời tiêu tốn ít năng lượng hơn trong quá trình hoạt động.

Những nhà nghiên cứu ở Caltech giải thích rằng một khi ánh sáng tập trung lại một điểm nhỏ hơn bước sóng (trong trường hợp của áng sáng khả kiến là vài trăm nanomet), chúng ta sẽ gặp hiện tượng gọi là "giới hạn nhiễu xạ". Tại điểm đó, người ta sẽ không thể làm cho ánh sáng tập trung hơn nữa. Tuy nhiên, Caltech đã xây dựng nên một thiết bị định hướng ánh sáng mới có thể vượt qua giới hạn nói trên. Sản phẩm này làm từ Silicon dioxide (SiO2) vô định hình, gần giống với kính mà ta hay sử dụng, và được bao bọc trong một lớp vàng mỏng. Nó có hình dáng của một chiếc hộp chữ nhật nhỏ với chiều dài dưới 2 micromet và được đặt ở các điểm truyền tín hiệu.

Choo-Fig4a-NEWS-WEB.jpg
Cấu tạo của thiết bị định hướng áng sáng

Khi ánh sáng được gửi qua thiết bị, các photon sẽ tương tác với electron tại điểm tiếp xúc giữa vàng và Silicon dioxide. Các eletron sẽ dao động, và sự dao động này sẽ được lan truyền dọc theo thiết bị dưới dạng sóng (giống như cách mà âm thanh được truyền đi trong không khí). Vì dao động của electron được ghép chung với ánh sáng nên chúng mang theo cùng thông tin và thuộc tính. Chúng ta có thể xem là ánh sáng đang ủy quyền cho dao động của electron để nó thực hiện nhiệm vụ của mình.

Thay vì chỉ thực hiện việc tập trung ánh sáng, vốn là không thể vì "giới hạn nhiễu xạ", thiết bị của Caltech sẽ tập trung các dao động electron để tạo thành những hạt lượng tử gọi là surface plasmon polariton (SPP - tạm dịch là polariton nguyên sinh bề mặt). Các SPP sẽ di chuyển dọc theo ống định hướng và được gom lại khi đến nơi, và khi đó việc truyền dữ liệu thành công. Việc định hướng còn có sự tham gia của thiết kế và kiểu dáng độc đáo xuất hiện trên thiết bị. Một vị giáo sư trưởng cho biết thêm rằng nếu tập trung ánh sáng thành một điểm lớn hơn, khoảng 14 đến 80 nanomet, hiệu suất của việc truyền dữ liệu sẽ tăng 70%.

Nhóm phát triển cho biết thiết bị định hướng của họ được xây dựng dựa trên chip bán dẫn với kĩ thuật sản xuất nano tiêu chuẩn, nhờ vậy mà nó có thể được tích hợp dễ dàng với những công nghệ hiện nay. Về mặt ứng dụng, nó sẽ giúp tạo ra các thiết bị hình ảnh dùng trong ngành sinh học với độ phân giải cao. Bên cạnh đó, công nghệ này cũng có thể dùng để tăng dung lượng ổ cứng lên nếu áp dụng đầu đọc laser với độ tập trung cao (tức đầu đọc có khả năng nhận biết các ô từ trường kích thước bé hơn hiện tại nên tăng được mật độ lưu trữ lên tối đa 50TB/inch vuông). Không thể không kể đến việc sử dụng ánh sáng tập trung cao để truyền dữ liệu đi xa hiệu quả hơn.

Nói về bước kế tiếp trong dự án, các nhà nghiên cứu tiết lộ họ sẽ tối ưu hóa thiết kế và bắt đầu xây dựng những thiết bị, cảm biến hình ảnh để dùng kèm với bộ định hướng nói trên. Khi đã hoàn tất, giải pháp của Caltech có thể áp dụng cho nhiều lĩnh vực khác nhau.

Chủ Nhật, 9 tháng 12, 2012

Graphen sẽ là vật liệu “vua” của thế kỷ 21

Sau khi hai nhà khoa học của Đại học Manchester là Konstatin Novoselov và Andre Geim giành được giải Nobel Vật lý năm 2010 nhờ nghiên cứu về graphen, Bộ trưởng Tài chính Anh George Osborne đã quyết định sẽ đầu tư 50 triệu bảng cho chương trình nghiên cứu quốc gia về loại vật liệu này. Hiểu một cách đơn giản, graphen là một tấm phẳng than chì tách ra ở cỡ nguyên tử. Nó có thể được dùng để chế tạo mọi thứ, từ màn hình cảm ứng cho tới nhựa plastics, với giá thành rẻ hơn lại hiệu quả hơn.

Theo một nghiên cứu do James Hone (Đại học Columbia) tiến hành gần đây, graphen chính là vật liệu mạnh nhất mà con người từng đo được, cứng hơn thép kết cấu tới 200 lần. Đặc trưng này mở ra cơ hội để con người sản xuất các vật liệu tổng hợp, linh kiện điện tử từ graphen, dù giới nghiên cứu sẽ phải mất thêm ít nhất một thập kỷ nữa để tìm ra cách thương mại hóa graphen tối ưu nhất. Không chỉ nước Anh mà các đại gia công nghệ như IBM, Samsung và Nokia cũng đều đang rót tiền cho nghiên cứu về graphen.
2. Bay nhanh hơn tốc độ ánh sáng là khả thi?
Dù cho Einstein có khẳng định như đinh đóng cột cách đây một thế kỷ rằng không một vật thể chuyển động nào có thể vượt qua được vận tốc ánh sáng, nhưng năm nay, có vẻ như các nhà khoa học đã tìm thấy ngoại lệ. Nói cách khác, thuyết Tương đối vĩ đại của Einstein sẽ bị lung lay, trong một tuyên bố gây chấn động cả làng vật lý của các nhà khoa học tại CERN.

Tháng Chín vừa qua, nhóm này đã bắn ra một chùm neutrino từ Thụy Sĩ sang phòng thí nghiệm Gran Sasso ở Italia. Neutrino là những hạt siêu nhỏ với trọng lượng không đáng kể, gần như không tương tác với bất cứ vật thể nào khác và có thể đi xuyên qua mọi vật. Trong sự bất ngờ của CERN, máy đo cho thấy các hạt neutrino đã “đến đích” rất nhanh, hơn cả ánh sáng tới 60 phần tỷ giây.
Phản ứng chung của giới vật lý toàn cầu là hoài nghi và sửng sốt. Họ cho rằng thí nghiệm này sẽ mắc lỗi khi được tiến hành lại. Thậm chí, Giáo sư Jim Al-Khalili của Đại học Surrey đã tuyên bố trực tiếp trên TV rằng sẽ “ăn quần short” của mình nếu người ta chứng minh được hạt neutrino di chuyển nhanh hơn ánh sáng thật. Tuy nhiên, lần bắn chùm tia neutrino thứ hai hồi tháng trước vẫn cho ra kết quả tương tự.

Tổng quan công nghệ cắt bằng tia nước

1. Giới thiệu
Nước luôn luôn ở bên cạnh con người và nước với năng lượng của mình có thể làm mòn những núi đá để kiến tạo nên những kỳ quan hùng vĩ. Năng lượng nước đã được sử dụng trong nhiều thế kỷ qua, từ cơn sốt vàng ở California khoảng giữa năm 1800 hay trong những năm 1900 các mỏ than ở Nga đã được phá bởi những “quả bom” nước. Năm 1972 Mc Carthey đã trở thành người đầu tiên sử dụng năng lượng nước cao áp để cắt kim loại. Để thêm hiệu quả các hạt mài cũng được thêm vào dòng nước cắt.
Khoảng năm 1993, nhờ sự trợ giúp của máy tính, công nghệ này càng trở nên thông dụng, các đầu cắt CNC tia nước tỏ ra ưu thế vượt trội trong gia công bởi nó cắt được rất nhiều loại vật liệu khác nhau.
Hiện nay có rất nhiều xưởng kinh doanh có hiệu quả bằng việc bổ sung thiết bị cắt bằng tia nước kết hợp với các phương pháp gia công truyền thống khác.
Sau đây là những lý do khiến một xưởng gia công lựa chọn máy gia công bằng tia nước:
- Chương trình điều khiển thân thiện
- Dễ cài đặt máy
- Dễ thay thế công cụ
- Thời gian gia công nhanh và cho hầu hết các vật liệu
- Không tốn nhiều vật liệu (rất ít phoi)
- Gia công được các biên dạng phức tạp

Một số mẫu cắt tia nước
Một số mẫu cắt tia nước
2. Độ chính xác
Bạn sẽ cần một máy với độ chính xác cao để có thể gia công được những chi tiết có yêu cầu cấp chính xác cao , tuy nhiên những yếu tố khác cũng không kém phần quan trọng ảnh hưởng tới chất lượng gia công.
Đầu tiên là đầu cắt, bộ phận này sẽ kiểm soát dòng nước áp lực cao, điều này ảnh hưởng không nhỏ đến biên dạng sản phẩm. Một yếu tố không kém phần quan trọng nữa là phần mềm, để điều chỉnh tốc độ cắt.
Độ chính xác khi cắt tùy thuộc vào từng loại thiết bị và nhà sản xuất khác nhau, hầu hết sự thay đổi này đi kèm từ sự khác biệt trong hệ điều khiển và yếu tố ổn định (cứng vững) của máy. Những năm gần đây độ chính xác của máy cắt bằng tia nước đã được cải thiện đáng kể. Một máy sản xuất từ năm 1990 có khả năng đạt được độ chính xác từ 1,5 đến 0,25 mm; hiện tại độ chính xác có thể lên tới 0,025 mm.

3. Vật liệu
Các vật liệu khó gia công thường vết cắt ít bị vát (côn) hơn, độ vát này ảnh hưởng đến dung sai chi tiết. Có thể hạn chế bằng cách điều chỉnh tốc độ tốc độ cắt hoặc hơi nghiêng đầu cắt theo hướng vát của biên dạng khi cắt. Khi vật liệu tương đối dày, sẽ khó khăn để kiểm soát dòng nước ở phía dưới sau khi đi qua vật liệu, điều này sẽ để lại vết cắt không đều ở hai mép cắt. Vật liệu mỏng hơn 6mm có xu hướng cho mép vát ở vết cắt lớn nhất. Với những vật liệu dày thì độ chính xác khi cắt phụ thuộc nhiều vào hệ điều khiển.
WMT @ MES Lab. (biên dịch từ weterjet.org)

Đại học Stanford phát triển công nghệ điều khiển ánh sáng bằng từ trường

synthetic-magnetism-stanford-photonic-crystal.jpg
Các nhà khoa học đã có thể bẻ cong đường đi của chùm sáng giống như chùm electron

Ngày nay các thiết bị và dụng cụ quang học đã phổ biến tới tất cả mọi người, từ những vật đơn giản như chiếc kính mắt hay tới những chiếc máy ảnh, camera, thiết bị chiếu chụp y tế... Cho dù có cấu trúc phức tạp hay đơn giản, gọn nhẹ hay cồng kềnh, chi phí ít hay đắt tiền, những thiết bị đó đều có các đặc điểm chung cơ bản là hoạt động dựa theo nguyên lý truyền thẳngtính thuận nghịch của ánh sáng. Tuy nhiên trong tương lai có thể chúng ta sẽ được sớm chứng kiến các thế hệ thiết bị quang học hoàn toàn mới dựa trên tính truyền bất thuận nghịch của chùm photon hệt như chuyển động của electron (điện tử) trong từ trường. Công nghệ này vừa được các nhà khoa học tại Đại học Stanford danh tiếng phát triển thành công và theo họ mô tả nó sẽ mở ra khả năng sử dụng photon để thay thế electron trong hàng loạt vật liệu nano.

Photon-ánh sáng

Như chúng ta đã biết, bản chất của ánh sáng là sóng điện từ lan truyền trong không gian với bước sóng (tần số) nằm trong một dải nào đó, với ánh sáng khả kiến thì phổ bước sóng vào khoảng từ 0,4 micromet tới 0,75 micromet. Ngoài tính chất sóng, ánh sáng cũng có tính chất hạt, mà trong lý thuyết lượng tử người ta đặt cho các hạt này tên gọi photon. Kích thước của photon thế nào thì nó vẫn còn là một bí ẩn của vật lý, tuy nhiên, chúng ta biết rằng nó không có khối lượng (thực ra có thể nó có khối lượng cực kì nhỏ tới mức không ảnh hưởng lên những tính chất khác) và không mang điện.

Light-Refraction-Glass.gif
Sự khúc xạ ánh sáng ở mặt biên giữa hai môi trường

Về mặt quang học, trong môi trường trong suốt và đồng tính, ánh sáng truyền theo đường thẳng. Tại mặt giao nhau của hai môi trường không trong suốt có chiết xuất khác nhau, ánh sáng có thể bị đổi hướng do các hiệu ứng điện từ xuất hiện ở mặt biên và người ta gọi đó là hiện tượng khúc xạ ánh sáng. Do vậy khi đi qua các môi trường khác nhau, đường truyền của ánh sáng bị gấp khúc tại nhiều điểm. Tuy nhiên, cho dù ánh sáng truyền từ điểm A tới điểm B với đường đi phức tạp thế nào thì nó cũng có thể truyền theo chiều ngược lại từ B tới A theo chính con đường đó, hiện tượng này được gọi là nguyên lý thuận nghịch của sự truyền sáng và người ta sử dụng nó để ứng dụng trên nhiều thiết bị quang học.

Qúa trình chuyển động bất thuận nghịch của electron trong từ trường

Trước hết thế nào là một quá trình bất thuận nghịch? Quá trình bất thuận nghịch là thuận ngữ dùng để mô tả những gì xảy ra một chiều mà không thể diễn ra theo chiều ngược lại. Ví dụ bạn thả một quả trứng xuống nền nhà và nó vỡ chứ không có chuyện quả trứng đang vỡ tự lành lại rồi bay từ nền nhà trở lại tay bạn. Tiếp theo dưới đây bạn sẽ hiểu tại sao người ta nói chuyển động của electron trong từ trường là một quá trình bất thuận nghịch.

Ở phổ thông chúng ta biết rằng bất cứ hạt mang điện nào chuyển động trong từ trường nó sẽ chịu tác động bởi một lực mà người ta người ta gọi là lực Lorentz. Phương và chiều của lực này được xác định nhờ quy tắc bàn tay trái: bạn đặt lòng bàn tay hứng các đường cảm ứng từ, sao cho chiều từ cổ tay tới các ngón tay chỉ chiều chuyển động của hạt mang điện, khi ấy phương của ngón tay cái choãi ra 90 độ chỉ phương của lực Lorentz. Chiều của lực Lorentz sẽ phụ thuộc vào điện tích của hạt chuyển động. Nếu hạt mang điện dương, chiều của lực trùng với chiều của ngón tay cái, còn nếu hạt mang điện âm, lực sẽ có chiều ngược lại. Do tác động của lực Lorentz, hạt mang điện chuyển động trong từ trường đều sẽ có dạng hình xoắn ốc.

luctu_Lorentz_quydao_xoayoc.jpg
Chuyển động của hạt mang điện khi có mặt từ trường sẽ có dạng xoắn ốc

Tiếp theo chúng ta xem xét một trường hợp đặc biệt hơn khi phương chuyển động của electron vuông góc với phương của từ trường. Lúc này lực Lorentz chỉ tác động theo phương vuông góc với phương chuyển động của electron và không làm thay đổi tốc độ của hạt. Kết quả là nó bẻ cong đường đi của hạt mang điện. Vì thế chúng ta có được một electron chuyển động đều theo một quỹ đạo tròn với bán kính xác định phụ thuộc vào độ lớn của từ trường (điện tích của electron cố định là -1,6*10^(-19) coulumb). Bây giờ nếu cho electron bay vào cùng khu vực từ trường đã nêu với cùng phuơng nhưng theo chiều ngược lại, liệu nó có chuyển động trên cùng quỹ đạo tròn như trên và ngược chiều hay không? Nếu bạn tiếp tục áp dụng quy tắc bàn tay trái, bạn sẽ thấy rằng kết quả là không, electron sẽ chuyển động trên một quỹ đạo tròn đối xứng với quỹ đạo ở trên qua phương chuyển động thẳng trước nó lúc đi vào vùng từ trường. Như vậy, khi đổi chiều electron không thể đi theo chiều ngược lại trên đường tròn mà nó đã đi ban đầu. Đó là lý do tại sao người ta gọi quá trình đó là chuyển động bất thuận nghịch.

Đại học Stanford tạo ra chuyển động bất thuận nghịch của photon trong từ trường


synthetic-magnetism-stanford-photonic-crystal-2.jpg
Kết quả đo đạc bán kính của photon khi nó chui vào hệ tinh thể quang học

Khác với electron, photon không mang điện nên khó có thể hình dung ra từ trường tác động lên nó ra sao. Tuy nhiên, việc thay đổi phương truyền của photon ở mặt biên của hai môi trường trong suốt có thể là một gợi ý tốt cho việc liên quan giữa tác động của từ trường lên photon theo một cách nào đó. Với mục đích điều khiển đường đi của ánh sáng, các nhà khoa học tại Đại học Stanford đã "đục" các lỗ cực nhỏ trên tấm silicon để biến nó thành một vật liệu tinh thể quang học có khả năng giam cầm hoặc giải phóng photon. Hệ thống các lỗ trên tấm silicon sẽ tạo thành mạng lưới dày đặc những mạch điện. Bằng cách điều khiển chính xác dòng điện chạy qua các mạch này, các chuyên gia có thể tạo ra một hệ từ trường đặc biệt và sử dụng nó để tác động lực lên photon. Họ gọi từ trường tổng hợp do các mạch điện sinh ra là "từ trường hiệu dụng".

Do công bố không chỉ rõ chi tiết phương thức tương tác của từ trường với photon diễn ra như thế nào nên ở đây mình không thể giải thích cặn kẽ cho các bạn được. Các chuyên gia chỉ cho biết, kết quả tác động của lực từ lên photon giống hệt như với electron. Tức là photon sẽ chuyển động theo các quỹ đạo tròn với bán kính xác định. Nhóm nghiên cứu cho biết thêm, bằng cách điều khiển vận tốc của photon trước khi đi vào tinh thể quang học ở trên (với các môi trường có chiết suất lớn, người ta có thể điều khiển photon chuyển động chậm ở tốc độ vài mét/giây) họ có thể hiệu chỉnh bán kính quỹ đạo của nó theo ý muốn.

Ý nghĩa của kết quả nghiên cứu tại Stanford

Việc các nhà khoa học thực hiện thành công thực nghiệm điều khiển chuyển động của photon giống như electron trong từ trường chứng tỏ việc truyền sáng có tính bất thuận nghịch chứ không phải hoàn toàn thuận nghịch như chúng ta biết. Điều đó có nghĩa là có sự khác biệt nhất định khi ánh sáng truyền theo một chiều nào đó và khi nó truyền theo chiều ngược lại trên cùng đường đi. Việc hiểu rõ phương thức tác động bất thuận nghịch như trên sẽ giúp chế tạo ra các thiết bị truyền sáng, thiết bị truyền tín hiệu mới như cáp quang thế hệ tiếp theo với khả năng mất mát thông tin tin và suy giảm tín hiệu ít, gần như không còn nhiễu do các hiệu ứng tán xạ ngược trên bề mặt cáp truyền. Do đó, chúng ta có thể trong đợi vào các hệ thống mạng với tốc độ nhanh hơn, băng thông cao hơn và ít bị nhiễu.

Thí nghiệm này cũng chỉ ra photon phải có một đặc trưng vật lý nào đó giống như điện tích trên electron (có thể người ta sẽ gọi nó là quang tích hay một tên gọi nào đó kiểu như vậy). Từ đó mở ra khả năng thay thế electron bằng các photon trong các loại vật liệu nano mới. Điều này sẽ giúp tăng tốc độ điều khiển, giảm kích thước các sản phẩm trong tương lai.

Nguồn: Stanford, Gizmag