Sóng điện từ là gì? Toàn bộ kiến thức cơ bản về sóng điện từ

0
143
khai-niem-ve-song-dien-tu

Trong cuộc sống hiện đại, có rất nhiều lĩnh vực khác nhau sử dụng sóng điện từ như truyền hình, y tế, tàu vũ trụ,..... Song, khái niệm sóng điện từ là gì thì không phải ai cũng hiểu rõ. Bài viết này sẽ chia sẻ cho bạn đọc những thông tin hữu ích về xoay quanh sóng điện từ.

Sóng điện từ là gì? Các khái niệm liên quan

khai-niem-ve-song-dien-tu

Khái niệm về sóng điện từ

Sóng là gì?

Chúng ta đã rất quen thuộc với sóng khi nhìn ngắm biển. Sóng được nhìn thấy đơn giản chỉ là sự phồng lên của một con sóng trong đại dương, sau đó lặn xuống và lặp lại tương tự ở những tiếp theo. Hiểu một cách đơn giản thì đó là sự rung động hoặc dao động của nước trên bề mặt đại dương. Sóng có 2 loại đó là sóng trong nước và sóng âm trong không khí.

Lực điện từ là gì?

Lực điện từ  hay còn có tên gọi khác là lực từ, đây là khái niệm được dùng để nói đến lực của từ trường tác dụng lên hạt mang điện tích chuyển động. Lực này gồm 2 phần đó là lực do từ trường tạo ra và lực điện do điện trường tạo ra.

Trường điện từ là gì?

Khái niệm này để chỉ một dạng tồn tại đặc biệt của vật chất, đặc trưng tập hợp nhiều tính chất điện và từ. Những tham số cơ bản biểu thị đặc tính của trường điện từ bao gồm tần số, tốc độ lan truyền và chiều dài sóng âm.

Sóng cơ là gì?

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

Sóng điện từ là gì? 

Sóng điện từ hay còn gọi là bức xạ điện từ, đây là sự kết hợp dao động điện trường và từ trường vuông góc với nhau, chúng lan truyền trong không gian giống như một loại sóng. Vì là sóng nên chúng sẽ mang tính chất hạt thường được gọi là hạt “photon”.

song-dien-tu-ket-hop-tu-dau

Sóng điện từ là sự kết hợp giữa dao động điện trường với từ trường

Quá trình lan truyền, sóng điện từ sẽ mang theo các năng lượng, thông tin và động lượng. Khi bước sóng của sóng điện từ nằm trong ngưỡng khoảng 400-700 mm và có thể nhìn thấy bằng mắt thường quá ánh sáng chúng phát ra. Nói theo cách khác sóng điện từ bao gồm điện dao động và các từ trường.

Sóng điện từ sẽ truyền đi với vận tốc không đổi là  3×10⁸m/s trong chân không. Tuy nhiên, sóng điện từ có khả năng nhiễu xạ hay mang nhiễu. Một sóng điện từ có thể truyền qua bất kỳ vật gì là vật liệu rắn, không khí. Nó không cần nhờ đến một vật thể trung gian để truyền từ nơi này đến nơi khác.

Sóng dọc là gì?

Đây là loại sóng mà trong đó sự dịch chuyển của môi trường cùng hướng hoặc ngược lại với hướng truyền của sóng. Loại sóng này có khả năng truyền được trong 3 trạng thái của môi trường là rắn, lỏng và khí. Nguyên nhân là do môi trường lực đàn hồi xuất hiện khi có sự biến dạng nén, giãn.

Biến điệu sóng điện từ là gì?

Biến điệu sóng điện từ là trộn sóng điện từ tần số cao và sóng điện từ tần số âm. Trong liên lạc bằng vô tuyến, để phát sóng điện từ đi xa thì người ta sẽ phải trộn sóng âm tần hoặc thị tần với sóng cao tần. Hiện nay, có nhiều cách để biến điệu sóng điện từ như biến điệu biên độ, tần số hay có thể biến điệu pha của dao động cao tần.

Các thắc mắc liên quan đến sóng điện từ

Trong quá trình tìm hiểu về sóng điện từ chúng ta thường gặp nhiều câu hỏi liên quan. Trước khi đi tìm hiểu đặc điểm của sóng điện từ là gì chúng ta sẽ cùng nhau giải đáp một số câu hỏi liên quan đến vấn đề này. 

Sóng điện từ truyền được trong môi trường nào? Sóng điện từ có thể truyền được trong mọi môi trường như rắn, lỏng, khí hay chân không. Bên cạnh đó, đây cũng là loại sóng duy nhất có khả năng truyền được trong môi trường chân không. Khi lan truyền trong môi trường chân không tốc độ đạt được lớn nhất của sóng điện từ là 3.108 m/s.

song-dien-tu-ton-tai-o-moi-truong-nao

Sóng từ trường tồn tại được ở mọi môi trường

Sóng điện từ là sóng dọc hay sóng ngang? Sóng điện từ là sóng ngang, hiểu đơn giản nó chính là sự lan truyền của những dao động liên quan đến tính có hướng (cường độ điện trường và cường độ từ trường) của những phần tử có hướng dao động vuông góc với hướng lan truyền của sóng.

Sóng điện từ có mang năng lượng không? Sóng điện từ mang năng lượng và nó mang năng lượng của một hạt photon có bước sóng λ là hc/λ, trong đó h là hằng số Planck và c  sẽ là vận tốc ánh sáng trong chân không. Từ đó, chúng ta có thể thấy bước sóng càng dài thì năng lượng photon của nó sẽ càng nhỏ.

Đặc điểm chung của sóng điện từ là gì?

Từ khái niệm và tìm hiểu những câu hỏi thường gặp về sóng điện từ chúng ta có thể tổng hợp được các đặc điểm của loại sóng này. Thông thường, một sóng được coi là sóng điện từ sẽ mang những đặc điểm như sau: 

dac-diem-song-dien-tu

Đặc điểm sóng điện từ 

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

Phân loại và tính chất của từng loại sóng

Việc phân loại sóng điện từ sẽ được căn cứ vào bước sóng của nó. Tính chất, đặc điểm của sóng điện từ sẽ phụ thuộc ít, nhiều vào bước sóng của từng loại. Hiện nay, chúng ta có thể thấy sóng điện từ được chia làm một số loại cơ bản như sau:

Sóng Radio

Sóng vô tuyến (sóng radio) chính là những bức xạ mà chúng ta không thể nhìn thấy được bằng mắt thường, chúng có bước sóng khoảng 10-3 m trở lên. Sóng radio được phát từ các máy phát sóng vô tuyến. 

song-radio

Sóng radio là loại sóng chúng ta không thể nhìn thấy bằng mắt thường

Sóng vô tuyến thường sẽ có ít tương tác với vật chất vì năng lượng các photon rất nhỏ. Do đó mà chúng có thể đi vượt qua quãng đường dài mà không bị mất năng lượng cho tương tác, nhờ thế mà chúng được sử dụng để truyền thông tin từ xa, như trong kỹ thuật truyền thanh, phát thanh.

Sóng viba

Đây là một trong những loại sóng này thường gặp nhất phải kể đến, nó sử dụng trong lò vi sóng. Tần số dao động của lò vi sóng sẽ trùng với tần số cộng hưởng của nhiều phân tử hữu cơ và các loại thức ăn. Sóng ở trong lò vi sóng bị hấp thụ mạnh bởi những phân tử hữu cơ và làm chúng nóng lên, lúc đó năng lượng sóng sẽ chuyển sang năng lượng nhiệt của các phân tử. Mức độ ảnh hưởng của sóng viba trong ứng dụng lò vi sóng như sau:

  • Mức nhẹ: sóng làm biến tính một số phân tử protein trong tế bào, gây sai lệch một chút cấu trúc phân tử. Nếu sai lệch này xảy raở phân tử ADN, khi đó nếu hệ bạch huyết không đủ mạnh mẽ để loại bỏ những tế bào lỗi thì chúng phát triển thành ung thư.
  • Mức nặng: Có nguy cơ sẽ biến tính mạnh, phân tử không còn tham dự được hoạt động sống, nếu lượng phân tử bị biến tính lớn thì tế bào sẽ chết.

Do tính chất vừa kể trên của loại sóng viba mà chúng ta nên thận trọng trong việc dùng thiết bị hay lò vi sóng. Vì màng chắn sóng không thể ngăn chặn hoàn toàn sóng phát ra nên điều chúng ta cần làm là phải giữ khoảng cách so với lò vi sóng tối thiểu là 1m.

Ánh sáng nhìn thấy được

Ánh sáng có nhiều loại và mỗi loại sẽ có bước sóng khác nhau, ví dụ ánh sáng đỏ: 0,76 – 0,64 μm, ánh sáng tím: 0,44 – 0,4 μm, ánh sáng cam-vàng: 0,64 – 0,58 μm, ánh sáng lam-chàm: 0,495 – 0,44 μm, ánh sáng lục: 0,58 – 0,495 μm. Tóm lại sóng ánh sáng sẽ có bước sóng nằm trong  khoảng 4.10-7 tới 7,5.10-7 m. 

Dễ nhận thấy sóng ánh sáng giúp chúng ta nhận biết được màu sắc trong không gian. Ánh sáng mặt trời khi qua lăng kính hay khi qua các màn hơi nước sau trận mưa cũng sẽ tạo thành vệt sáng 7 màu gọi là cầu vồng.

anh-sang-cau-vong

Ánh sáng cầu vồng

Tia hồng ngoại

Tai này có bước sóng từ khoảng  7,5.10-7 m tới 10-3 m. Nó cũng là loại bức xạ điện từ và có bước sóng dài hơn sóng ánh sáng, nhưng ngắn hơn bước sóng của sóng viba. “Hồng ngoại” có nghĩa là bước sóng của nó sẽ nằm dưới bước sóng của ánh sáng màu đỏ.

Tia tử ngoại

Tia tử ngoại là bức xạ có bước sóng nằm trong ngưỡng 10-9 – 4.10-7 m và tần số từ 3000 THz đến 3.1016Hz. Tia này được phát ra từ những nguồn có nhiệt độ cao trên 300°C, ánh sáng mặt trời hay trong các ứng dụng hồ quang điện hoặc đèn thủy ngân.

Tia X

Tia Roentgen hay còn gọi là tia X, đây là những bức xạ có bước sóng cực ngắn và không nhìn thấy được bằng mắt thường. Bước sóng của tia X nằm trong ngưỡng khoảng 10-12 – 10-9 m. Tia X có khả năng đâm xuyên qua kim loại, thậm chí là đi xuyên qua gỗ, giấy. 

tia-x

Tia X có khả năng xuyên thấu tốt qua nhiều chất liệu

Tia gamma

Tia Gramma chính là những bức xạ có bước sóng cực kỳ ngắn chỉ khoảng < 10-12 m. Tia này là năng lượng giải phóng từ sự phá hủy của các liên kết giữa những nucleon trong hạt nhân. Gamma có khả năng đâm xuyên, đi qua kim loại dễ dàng hơn cả tia X, tác dụng lên kính ảnh, phát quang một số chất, ion hóa khí,… Sự khác nhau của tia Gamma và tia X là ở nguồn gốc: bức xạ gamma phát ra từ bên trong hạt nhân nguyên tử, còn tia X sẽ sinh ra ở ngoài nhân.

Nguyên tắc khi truyền thông tin bằng sóng điện từ

  • Để âm thanh, hình ảnh có thể truyền đi được xa thì ta cần thực hiện biến điệu chúng thành các dao động điện, có nghĩa là tín hiệu âm tần:
  • AM là biến điệu biên độ
  • FM là biến điệu tần số
  • Bắt buộc phải dùng sóng ngang, tức sóng cao tần mới có thể truyền đi.
  • Tách sóng: Đây là thao tác tách tín hiệu ra khỏi sóng cao tần
  • Thực hiện huếch đại tín hiệu khi tín hiệu thu được có cường độ nhỏ.

Ứng dụng của sóng điện từ

Năng lượng của sóng điện từ được ứng dụng phổ biến ở nhiều lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống. Ứng dụng cụ thể của từng loại sóng điện từ cụ thể như sau:

Sóng radio

  • Sóng radio được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực truyền thông, truyền tín hiệu, wifi.
  • Lĩnh vực sấy khô, sóng này giúp tiêu diệt sâu bọ có trong các hạt được sấy khô.
  • Lĩnh vực y học, nó giúp điều trị các bệnh hen, amidan, đau lưng, viễn thị, viêm gan, phá ung thư gan,…

Sóng viba

Ứng dụng nổi bật nhất của sóng này là để sản xuất lò vi sóng.

song-viba-trong-san-xuat-lo-vi-song

Ứng dụng của sóng viba trong sản xuất lò vi sóng

Tia T

  • Trong nghiên cứu thiên văn học, nó giúp quan sát thiên hà và các vì sao.
  • Trong công nghệ, nhìn xuyên qua các vật thể.
  • Ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất vũ khí hạng nặng.
  • Trong y học, giúp dò tìm các tế bào ung thư.

Tia hồng ngoại

  • Ứng dụng trong chẩn đoán bệnh và phá bỏ các mô, tế bào bị hỏng hoặc bị tổn thương.
  • Sử dụng làm chuông báo động, nhìn đêm của các máy ảnh kỹ thuật số.

Tia tử ngoại

  • Tia tử ngoại được ứng dụng phổ biến trong điều trị bệnh ung thư
  • Ứng dụng trong ngành tiệt trùng và diệt khuẩn.

Tia X

  • Trong y tế, tia X được sử dụng để chụp, chiếu chẩn đoán bệnh; tìm kiếm các xương bị tổn thương hoặc dị vật có trong cơ thể. Bên cạnh đó, nó còn giúp phá hủy các tế bào thừa như sẹo lồi, sẹo lõm.
  • Ứng dụng trong dò tìm điểm cục bộ mềm trong các khối máy nhôm đúc.

ung-dung-cua-tia-x

Ứng dụng của tia X trong chụp và chẩn đoán bệnh

Tia Gamma

  • Được sử dụng để chế tạo ra gamma sử dụng trong phẫu thuật
  • Ứng dụng trong chế tạo kính viễn vọng tia gamma dùng để theo dõi lỗ đen khổng lồ, các vụ nổ lớn của vũ trụ,…

Bài viết trên đã chia sẻ đến bạn toàn bộ những kiến thức cơ bản về khái niệm, đặc điểm, tính chất cũng như ứng dụng của các loại sóng điện từ. Hy vọng thông qua bài viết các bạn đã trả lời có câu trả lời cho câu hỏi sóng điện từ là gì? Nếu còn bất kỳ thắc mắc nào về phần kiến thức này bạn có thể để lại bình luận bên dưới để được giải đáp. 

 

Theo dõi
Thông báo của
guest
0 Góp ý
Phản hồi nội tuyến
Xem tất cả bình luận