[Vật lý 12] Sóng điện từ là gì? Đặc điểm, phân loại và tính ứng dụng

Sóng điện từ là gì? Bài viết chia sẻ toàn bộ kiến thức về khái niệm, phân loại, ứng dụng cũng như nguyên tắc truyền thông tin của sóng điện từ.

Bạn đang đọc bài viết: [Vật lý 12] Sóng điện từ là gì? Đặc điểm, phân loại và tính ứng dụng

Sóng điện từ là gì? Các khái niệm có liên quan

Lực điện từ

Lực điện từ còn có tên gọi khác là lực từ. Đây là khái niệm được sử dụng để chỉ lực của từ trừng tác dụng lên hạt mang điện tích chuyển động. Lực điện từ gồm 2 phần đó là lực điện do điện trường tạo ra và lực do từ trường tạo ra.

Điện từ trường:

Điện từ trường là một trường thống nhất gồm có 2 thành phần chính là điện trường biến thiên và từ trường biến thiên. Điện từ trường sẽ biến thiên theo thời gian, sinh ra trường xoáy.

Trường điện từ:

Là một dạng tồn tại đặc biệt của vật chất, đặc trưng bởi tập hợp nhiều tính chất điện và từ. Các tham số cơ bản, biểu thị đặc tính của trường điện từ là tần số, tốc độ lan truyền và chiều dài sóng âm.

Sóng cơ:

Là sự lan truyền dao động cơ học ( trạng thái dao động, năng lượng) trong môi trường vật chất đàn hồi theo thời gian. Sóng cơ chỉ lan truyền được trong môi trường vật chất đàn hồi, không thể lan truyền trong môi trường chân không. Đây là sự khác biệt cơ bản giữa sóng cơ và sóng điện từ.

Sóng dọc:

Là sóng có phương dao động của phương truyền của sóng trùng với các phần tử. Sóng dọc có khả năng truyền trong 3 trạng thái của môi trường đó là rắn, lỏng và khí. Nguyên nhân là do trong môi trường lực đàn hồi xuất hiện khi có sự biến dạng nén, giãn.

Vận tốc ánh sáng trong không khí:

Là tốc độ lan truyền của các bức xạ điện từ trong môi trường chân không. Vận tốc ánh sáng khi truyền trong không khí sẽ có giá trị bằng 300 000 000 m/s; khoảng cách từ Mặt Trời đến Trái Đất sẽ khoảng 150 000 000 km. Thời gian ánh sáng truyền từ Mặt Trời đến Trái Đất là 500s

Sóng điện từ:

Sóng điện từ tiếng Anh là: Electromagnetic waves.

Sóng điện từ là sự kết hợp dao động hiện trường và từ trường vuông góc với nhau, lan truyền trong không gian. Khi lan truyền, sóng điện từ sẽ mang theo năng lượng, thông tin và động lượng.

Khi sóng điện từ có bước sóng nằm trong khoảng 400-700 mm và có thể nhìn thấy bằng mắt người ta gọi đó là ánh sáng. Nói cách khác sóng điện từ gồm điện dao động và các từ trường.

Sóng điện từ truyền với vận tốc không đổi là  3×10⁸m/s trong chân không. Chúng bị lệch không phải bởi điện tưởng mà cũng không phải do từ trường. Tuy nhiên, chúng có khả năng nhiễu xạ và mang nhiễu. Một sóng điện từ có thể truyền qua bất kỳ thứ gì có thể là vật liệu rắn, không khí. Đặc biệt nó không cần một vật thể trung gian để truyền hoặc đi từ nơi này đến nơi khác. Sóng điện từ là sóng ngang.

Biến điệu sóng điện từ là trộn sóng điện từ tần số cao với sóng điện từ tần số âm.

Xem thêm: [Vật lý 12] Dòng điện xoay chiều là gì? Lý thuyết và bài tập mới nhất 2022

Đặc điểm của sóng điện từ

• Lan truyền được trong các môi trường rắn, lỏng, khí và chân không. Là sóng duy nhất lan truyền được trong chân không
• Sóng điện từ là sóng ngang nghĩa là nó là sự lan truyền của các dao động liên quan đến tính chất có hướng (cụ thể là cường độ điện trường và cường độ từ trường) của các phần tử mà hướng dao động vuông góc với hướng lan truyền sóng.
• Tốc độ lan truyền sóng điện từ trong chân không là lớn nhất và bằng c = 3.108 m/s.
• Luôn tạo thành một tam diện thuận
• Dao động của điện trường và từ trường tại một điểm luôn luôn đồng pha với nhau.
• Sóng điện từ cũng có các tính chất của sóng cơ như: Phản xạ, khúc xạ, giao thoa, … Và cũng tuân theo các quy luật truyền thẳng, giao thoa, khúc xạ,…
• Sóng điện từ mang năng lượng. Năng lượng của một hạt photon có bước sóng λ là hc/λ, với h là hằng số Planck và c là vận tốc ánh sáng trong chân không. Như vậy, bước sóng càng dài thì năng lượng photon càng nhỏ.
• Phổ sóng rộng
• Sóng điện từ có bước sóng từ vài mét đến vài kilomet được dùng trong thông tin liên lạc được gọi là sóng vô tuyến

Phân loại sóng điện từ

Việc phân loại sóng điện từ được căn cứ vào bước sóng. Hiện nay sóng điện từ được chia làm một số loại cơ bản như:

• Sóng cực ngắn:

Sóng cực ngắn thì sẽ có bước sóng từ 1 đến 10m, có năng lượng rất lớn và không bị hấp thụ hay phản xạ bởi tầng điện li. Và vì chúng có thể xuyên qua tầng điện ly và đi vào vũ trụ nên chúng thường được dùng trong các ngành thiên văn để nghiên cứu vũ trụ ngày nay.

• Sóng ngắn:

Sóng ngắn có bước sóng từ 10 đến 100m, cũng có mức năng lượng lớn. Tuy nhiên chúng bị phản xạ nhiều lần ở tầng điện li và mặt đất. Chính vì thế mà chúng thường được dùng trong các công tác thông tin và liên lạc dưới mặt đất.

• Sóng trung:

Sóng trung có bước sóng từ 100 đến 1000m, loại sóng này sẽ bị tầng điện li hấp thụ mạnh vào ban ngày. Tuy nhiên vào ban đêm thì hoàn toàn ngược lại. Nên chúng thường được dùng trong thông tin liên lạc vào ban đêm.

• Sóng dài:

Sóng dài có bước sóng trong khoảng hơn 1000m, có mức năng lượng khá thấp. Thường bị các vật thể trên mặt đất hấp thụ mạnh nhưng lại không dễ bị hấp thụ đối với môi trường nước. Việc này có ý nghĩa rất lớn trong việc thông tin liên lạc giữa các tàu ngầm dưới nước hay biển.

Nguyên tắc truyền thông tin bằng sóng điện từ

• Biến điệu âm thanh hay hình ảnh muốn truyền đi thành dao động điện (tín hiệu âm tần).

AM: Biến điệu biên độ

FM: Biến điệu tần số

• Dùng sóng ngang (sóng cao tần)
• Tách sóng: tách tín hiệu ra khỏi sóng cao tần
• Khuếch đại tín hiệu khi tín hiệu được thu có cường độ nhỏ

Mạch LC là mạch dao động kín: điện từ trường hầu như không bức xạ ra bên ngoài vì thế không phát sóng điện từ

Mạch dao động hở: khi bán cực của tụ bị lệch làm cho vùng không gian có điện từ trường biến thiên mở rộng khiến có sóng điện từ phát ra.

Ứng dụng của sóng điện từ vào đời sống

Sóng điện từ có rất nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống ngày nay. Trong khuôn khổ Vật lý 12, có thể kể đến một vài ứng dụng như:

• Sóng radio:

+ Sóng radio được ứng dụng trong lĩnh vực truyền thông, truyền tín hiệu, wifi.

+ Trong lĩnh vực sấy khô thì sóng radio có ứng dụng sau: Tiêu diệt sâu bọ có trong các hạt được sấy khô

+ Trong lĩnh vực y học thì sóng radio có ứng dụng sau: Điều trị hen, amidan, phá ung thư gan, đau lưng, viễn thị, viêm gan,…

• Sóng viba:

Được ứng dụng để sản xuất lò vi sóng.

• Tia T:

+ Tia T được ứng dụng trong nghiên cứu thiên văn học: Quan sát thiên hà và các vì sao

+ Tia T được ứng dụng trong công nghệ: Nhìn xuyên các vật thể.

+ Tia T được ứng dụng trong sản xuất vũ khí hạng nặng

+ Tia T được ứng dụng trong y học: Dò tìm các tế bào ung thư.

• Tia hồng ngoại:

+ Chẩn đoán bệnh và phá bỏ các mô, tế bào bị tổn thương.

+ Chuông báo động, nhìn đêm của các máy ảnh kỹ thuật số.

• Tia tử ngoại:

+ Điều trị bệnh ung thư.

+ Ứng dụng trong các ngành tiệt trùng và diệt khuẩn.

• Tia Gamma:

+ Tia Gamma ứng dụng để chế tạo ra gamma sử dụng trong phẫu thuật

+ Chế tạo kính viễn vọng tia gamma để theo dõi lỗi đen khổng lồ, những vụ nổ lớn của vũ trụ,…

• Tia XT:

Tia X được sử dụng trong chụp chiếu, chuẩn đoán bệnh. Cụ thể: chụp, chiếu chẩn đoán bệnh; tìm kiếm các đoạn xương bị tổn thương hoặc các dị vật có trong cơ thể; dò tìm điểm cụ bộ mềm trong các khối máy nhôm đúc.

Sự truyền sóng vô tuyến trong khí quyển

Các vùng sóng ngắn ít bị hấp thụ:

+ Sóng vô tuyến bị không khí hấp thụ. Chỉ có các sóng điện từ có bước sóng nằm trong một số vùng tương đối hẹp , các sóng có bước sóng ngắn là không bị không khí hấp thụ.

+ Các vùng đó gọi là các dải sóng vô tuyến.

Thông thường thì các phân tử không khí trong khí quyển sẽ hấp thụ rất mạnh các sóng dài, dòng trung và sóng cực ngắn nên loại sóng này không thể truyền đi xa. Trong một số vùng tương đối hẹp thì sóng có bước sóng ngắn hầu như không bị hấp thụ bởi không khí.

Sự phản xạ của các sóng ngắn trên tầng điện li:

Dành cho những ai đã quên hoặc chưa biết thì tầng điện ly là một lớp khí quyển. Trong đó các phân tử khí đã bị ion hóa rất mạnh dưới tác dụng của các tia tử ngoại ánh sáng mặt trời. Chúng thường nằm ở độ cao 80 đến 800km.

Tầng điện li là một lớp khí quyển, trong đó các phân tử khí đã bị ion hóa rất mạnh dưới tác dụng của các tia tử ngoại trong ánh sáng mặt trời. Các sóng ngắn vô tuyến phản xạ rất tốt trên tầng điện li, nhờ phản xạ liên tiếp trên tầng điện li mà các sóng ngắn có thể truyền đi rất xa.

Tổng kết

Hi vọng thông qua bài viết, congthuctoanlyhoa.com đã đem đến cho bạn những kiến thức bổ ích về: khái niệm sóng điện từ là gì? Phân loại các loại sóng điện từ, nguyên tắc truyền thông tin trong sóng điện từ cũng như các ứng dụng của sóng điện từ vào đời sống.