Language
Country/Area
No result found
Lịch sử tiếng ồn Johnson-Nyquist: Khám phá này đã thay đổi công nghệ của chúng ta như thế nào?
Trong lịch sử điện tử, một loại tiếng ồn được coi là phổ biến - tiếng ồn Johnson-Nyquist. Tiếng ồn điện tử này, gây ra bởi sự chuyển động của các hạt nóng, hiện diện bất kể điện áp đặt vào, khiến nó trở thành một phần không thể tránh khỏi của tất cả các mạch điện tử. Tác động của tiếng ồn này đặc biệt đáng chú ý trong các thiết bị điện tử nhạy cảm, chẳng hạn như máy thu sóng vô tuyến, nơi tín hiệu yếu có thể bị độ ẩm che khuất, hạn chế độ nhạy của các dụng cụ đo điện. Khi công nghệ tiến bộ, câu hỏi làm thế nào để quản lý và giảm tiếng ồn này trở nên hấp dẫn và đó chính là điều mà Johnson và Nyquist đã đóng góp.
Tiếng ồn Johnson được tạo ra bởi chuyển động nhiệt của các hạt mang điện (thường là electron) bên trong dây dẫn điện và xảy ra ở trạng thái cân bằng khi có hoặc không có điện áp đặt vào.
Lịch sử tiếng ồn nhiệt
Lịch sử của nhiễu nhiệt bắt đầu từ năm 1905, khi Albert Einstein lần đầu tiên giải thích chuyển động Brown dưới dạng dao động nhiệt trong ấn phẩm nổi tiếng của ông năm đó. Năm sau, ông đề xuất rằng hiện tượng này cũng có thể được sử dụng để suy ra lý thuyết về dòng điện kích thích nhiệt, mặc dù ông chưa hoàn thành các phép tính và coi nó như một lý thuyết không thể kiểm chứng được. Tuy nhiên, theo thời gian, lý thuyết đã có ứng dụng thực tế và phát triển.
Năm 1912, Gertrude de Haas-Lorenz, con gái của Hermann Lorenz, đã mở rộng lý thuyết ngẫu nhiên của Einstein và áp dụng nó cho electron lần đầu tiên trong luận án tiến sĩ của mình. Nghiên cứu và rút ra công thức tính giá trị bình phương trung bình của dòng nhiệt. Năm 1918, khi đang nghiên cứu tiếng ồn nhiệt, Walter H. Schottky tình cờ phát hiện ra một loại tiếng ồn khác, đó là tiếng ồn bắn súng. Sau đó vào năm 1927, Fritz Zelnick đi đến kết luận tương tự về nhiễu nhiệt trong các thử nghiệm điện kế có độ nhạy cao. Ông kết luận rằng tiếng ồn có bản chất là nhiệt.
Trong bài báo năm 1928 của mình, Nyquist đã sử dụng các nguyên lý nhiệt động lực học và cơ học thống kê để giải thích các kết quả thí nghiệm của John và chính thức công bố chúng, phát hiện này đã ảnh hưởng sâu sắc đến sự phát triển sau này của ngành điện tử.
Ứng dụng tiếng ồn nhiệt trong công nghệ hiện đại
Với sự tiến bộ của công nghệ điện tử, tác động của tiếng ồn Johnson-Nyquist trong các thiết bị điện tử nhạy cảm ngày càng nhận được nhiều sự quan tâm. Trong một số trường hợp, tiếng ồn này thậm chí có thể trở thành yếu tố hạn chế chính trong các phép đo. Do đó, nhiều thiết bị điện tử nhạy cảm, chẳng hạn như máy thu tín hiệu vô tuyến của kính thiên văn, thường được làm lạnh ở nhiệt độ thấp tới vài Kelvin để cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm của chúng.
Đo lường và ứng dụng
Ngoài ra, đặc tính của tiếng ồn Johnson-Nyquist còn được sử dụng trong công nghệ đo lường chính xác, được gọi là máy đo nhiệt lượng tiếng ồn Johnson. Năm 2017, Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) đã sử dụng công nghệ này để đo hằng số Boltzmann, với độ chính xác dưới 3 ppm. Điều này không chỉ làm cho hằng số Boltzmann trở thành hằng số có thể đo được bằng thực nghiệm mà còn đặt nền tảng cho việc định nghĩa lại Kelvin vào năm 2019.
Những thách thức và triển vọng trong tương lai
Tuy nhiên, dù công nghệ đã có những tiến bộ vượt bậc nhưng làm thế nào để giảm tiếng ồn hơn nữa nhằm cải thiện độ nhạy của các thiết bị điện tử vẫn là một vấn đề quan trọng. Nhiều nhà nghiên cứu cũng đang khám phá những vật liệu mới hoặc cấu trúc mới với hy vọng vượt qua những thách thức do nhiễu nhiệt gây ra và đạt được các phép đo có độ chính xác cao hơn.
Đối mặt với những thách thức của công nghệ tương lai, liệu tiếng ồn Johnson-Nyquist có thể được kiểm soát và giảm thiểu một cách hiệu quả trong các hệ thống điện tử hay không sẽ trở thành một biểu tượng quan trọng trong việc xác định công nghệ điện tử nhạy hơn và hiệu quả hơn.
Cuối cùng, trong quá trình phát triển công nghệ, làm thế nào để biến kiến thức về tiếng ồn Johnson-Nyquist thành công nghệ ứng dụng hiệu quả hơn và giảm tác động của nó đến hiệu suất thiết bị là thách thức mà nhiều nhà khoa học phải đối mặt?
