Sóng điện từ là gì? Đặc điểm và phân loại sóng điện từ
1. Sóng điện từ là gì?
- Định nghĩa: Sóng điện từ là sự lan truyền của điện từ trường trong không gian. Sóng điện từ là sóng ngang.
Sóng điện từ hay còn gọi là bức xạ điện từ đó là sự kết hợp giữa dao động điện trường và từ
trường vuông góc với nhau. Khi lan truyền, chúng sẽ mang theo năng lượng, thông tin và động
lượng. Bước sóng của sóng điện từ sẽ rơi vào khoảng 400nm đến 700nm và chúng có thể được
quan sát bằng mắt thường thông qua ánh sáng chúng phát ra.
2. Đặc điểm của sóng điện từ
* Đặc điểm chung của sóng điện từ
- 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. Sóng điện từ lan truyền được trong chân không
và trong các môi trường vật chất.
- Sóng điện từ có thể lan truyền được trong các môi trường rắn, lỏng, khí và chân không, và
chúng là loại sóng duy nhất lan truyền được trong chân không.
- Sóng điện từ cũng có các tính chất của sóng cơ như: phản xạ, khúc xạ, giao thoa, đồng thời tuân
theo các quy luật truyền thẳng, giao thoa, khúc xạ,...
- Sóng điện từ có bước sóng từ vài mét đến vài km được dùng trong thông tin liên lạc đươc gọi là sóng vô tuyến.
- Tốc độ lan truyền của sóng điện từ trong chân không lớn nhất và bằng c = 3,108 m/s
- Sóng điện từ luôn tạo thành một tam diện thuận
- Sóng điện từ có mang năng lượng và năng lượng của một hạt photon có bước sóng và hc/
, 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.
* Nguyên tắc truyền sóng điện từ:
- Để âm thanh và hình ảnh có thể truyền đi xa thì ta cần biến điệu chúng thành các dao động
điện, tức tín hiệu âm tần, Với AM là biến điệu biên độ và FM là biến điệu tần số
- Cần phải dùng sóng ngang, tức sóng cao tần để có thể truyền đi
- Cần phải tách sóng: tách tín hiệu ra khỏi sóng cao tần
- Khuếch đại tín hiệu thu được khi có cường độ nhỏ
* Đặc điểm của từng loại sóng:
Sóng điện từ có chung bản chất, tuy nhiên các yếu tố dùng để phân loại các bức xạ của chúng sẽ
là bước sóng, mức năng lượng kèm theo và tần số truyền đi của chúng. Chúng ta có 7 loại, cụ thể
đặc điểm từng loại sóng như sau:
- Sóng Radio: Sóng này thường có ít tương tác với vật chất vì năng lượng của các photon rất nhỏ,
Chính vì thế mà chúng có thể đi vượt qua khoảng cách dài mà không bị mất năng lượng cho
tương tác, do vậy được sử dụng để truyền thông từ xa, như trong kỹ thuật truyền thanh, phát
thanh. Khi chúng ta thu nạp radio bằng ăng ten, ta tận dụng tương tác giữa điện trường của sóng
và các vật dẫn điện. Các dòng điện sẽ dao động qua lại trong vật dẫn điện dưới, ảnh hưởng của
dao dộng điện trong sóng radio.
- Sóng Viba: Thường được ứng dụng trong lò vi sóng. Tần số dao động của lò sẽ trùng với tần số
cộng hưởng của nhiều phân tử hữu cơ và trong các loại thức ăn. Do vậy sóng trong lò vi sóng bị
hấp thụ mạnh bởi các phân tử hữu co và làm chúng nóng lên, khi đó năng lượng sóng được
chuyển sang năng lượng nhiệt của các phân tử.
- Tia hồng ngoại: Đây cũng là bức xạ điện từ và có bước sóng dài hơn sóng ánh sáng, ngắn hơn
sóng Viba. Cụm từ "hồng ngoại" có nghĩa là bước sóng sẽ nằm dưới bước sóng của ánh sáng
màu đỏ. Tia hồng ngoại thường được ứng dụng trong y học và chữa trị để điều trị bệnh, giúp phá
huỷ các tế bào bị hỏng hay tổn thương hoặc chuẩn đoán các loại bệnh
- Ánh sáng có thể nhìn thấy: Sóng ánh sáng giúp ta nhận biết được màu sắc trong không gian;
- Tia tử ngoại: Có bước sóng từ 10-8m đến 10-7m và tần số từ 3000THz đến 3.1016Hz, được
phát ra từ các nguồn có nhiệt độ cao trên 300oC, ánh sáng mặt trời hay trong các úng dụng hồ
quang điện và đèn thuỷ ngân.
- Tia X: được sử dụng trong y tế để điều trị các tế bào ung thư, phá huỷ các tế bào thừa như sẹo
lồi hay chụp X quang, chấn thương chỉnh hình.
- Tia Gamma: Có bước sóng vào khoảng 10-14m đến 10-10m, Sự khác nhau giữa tia gama và tia
X là ở nguồn gốc, tia X sinh ra ở ngoài nhân còn bức xạ gamma phát ra từ trong hạt nhân nguyên tử.
3. Phân loại sóng điện từ
- Sóng cực ngắn: Loại sóng này 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: chúng có bước sóng từ 10 - 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 sử dụng trong
các công tác liên lạc và thông tin dưới mặt đất.
- Sóng trung: Sóng ngắn 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 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 giúp ích và được vận dụng vào trong việc các tàu ngầm liên lạc, tương tác với nhau
dưới nước hay biển.
4. Bài tập luyện tập
Câu 1: Trong quá trình lan truyền sóng điện từ, vecto cảm ứng từ B và vecto điện trường E luôn A. Dao động vuộng pha B. Dao động cùng pha
C. Dao động cùng phương với phương truyền sóng
D. Cùng phương và vuông góc với phương truyền sóng
Đáp án: Chọn B. Trong quá trình lan truyền sóng điên từ, vecto cảm ứng từ B và vecto điện
trường E luôn dao động cùng pha.
Câu 2: Chon phát biểu sai:
A. Mạch sao động LC hoạt động dựa trên hiện tượng tự cảm
B. Trong mạch LC năng lượng điện tường tập trung ở cuộn cảm
C. Trong sóng điện từ, điện trường và từ trường luôn đồng pha với nhau
D. Dao động trong mạch LC trong nhà máy phát dao động điều hoà dùng tranzito là dao động duy trì.
Lời giải: Chon B, trong mạch LC năng lượng điện trường tập trung ở tụ điện
Câu 3: Ánh sáng có bản chất điện từ
A. Khi ánh sáng có bước sóng ngắn
B. Khi ánh sáng có bước sóng dài
C. Khi ánh sáng có bước sóng trung bình
D. Với mọi bước sóng
Lời giải: Chọn D, ánh sáng có bản chất điện từ với mọi bước sóng.
Câu 4: Sóng nào sau đây không phải là sóng điện tử
A. Sóng phát ra từ lò vi sóng
B. Sóng phát ra từ anten của đài phát thanh
C. Sóng phát ra từ loa phóng thanh
D. Sóng phát ra từ anten của đài truyền hình
Lời giải: Chọn C, vì:
A. Sóng phát ra từ lò vi sóng phần lớn là bức xạ hạng ngoại nên chắc chắn là sóng điện từ
B. Sóng phát ra từ anten của đài phát thanh là sóng điện từ cao tần
C. Sóng phát ra từ phóng thanh là sóng âm, không phải sóng điện từ
D. Sóng phát ra từ anten đài truyền hình, cũng tương tự như B là sóng điện từ
Câu 5: Chọn phát biểu sai về thang sóng điện từ:
A. Các sóng có bước sóng càng ngắn thì càng dễ làm phát quang các chất và gây ion hoá chất khí
B. Các sóng có tần số càng nhỏ thì càng dễ quan sát hiện tượng giao thoa của chúng
C. Các sóng có bước sóng càng ngắn thì càng dễ tác dụng lên kính ảnh
D. Các sóng có tần số càng nhỏ thì tính đâm xuyên càng mạnh
Lời giải: Chọn D. Phát biểu sai về thang sóng điện từ là các sóng có tần số càng nhỏ thì tính đâm xuyên càng mạnh