[Tìm Hiểu] Sóng điện từ là gì? | Đặc điểm của sóng điện từ

Sóng điện từ là sóng ngang truyền đi với tốc độ ánh sáng. Tại sao sóng điện từ lại là vũ khí của quân đội? Là nền tảng của công nghệ truyền dẫn phát thanh phát hình và điều trị bệnh?

Chúng ta cùng tìm hiểu nhé!

Sóng điện từ là gì

Sóng điện từ hoặc sóng EM là sóng được tạo ra do kết quả của dao động giữa điện trường và từ trường. Nói cách khác, sóng điện từ bao gồm các từ trường và điện dao động.

Sóng điện từ được hình thành khi điện trường tiếp xúc với từ trường. Do đó, chúng còn được gọi là bức xạ điện từ. Điện trường và từ trường của sóng điện từ vuông góc với nhau. Chúng cũng vuông góc với hướng của sóng EM.

Sóng điện từ truyền với vận tốc không đổi 3×10⁸m/s trong chân không. Chúng bị lệch không phải bởi điện trường, cũng không phải từ trường. Tuy nhiên, chúng có khả năng mang nhiễu hoặc nhiễu xạ. Một sóng điện từ có thể truyền qua bất cứ thứ gì – có thể là không khí, vật liệu rắn hoặc chân không. Nó không cần một vật trung gian để truyền hoặc đi từ nơi này đến nơi khác. Mặt khác, sóng cơ học (như sóng âm hoặc sóng nước), cần một phương tiện để di chuyển

Sóng điện từ là sóng gì? Sóng điện từ là sóng dọc hay sóng ngang?

Sóng điện từ là sóng “ngang”. Có nghĩa là chúng được đo bằng biên độ (chiều cao) và bước sóng (khoảng cách giữa các điểm cao nhất / thấp nhất của hai sóng liên tiếp).

Điểm cao nhất của sóng được gọi là “đỉnh”, trong khi điểm thấp nhất được gọi là “hõm”. Sóng điện từ có thể được chia thành một dải tần số. Chúng được gọi là phổ điện từ. Ví dụ về sóng EM là sóng vô tuyến, sóng vi ba, sóng hồng ngoại, tia X, tia gamma, …

Nói tóm gọn: “Sóng điện từ là điện từ trường lan truyền trong không gian dưới dạng sóng.”

Sóng điện từ tiếng anh là gì

Trong tiếng Anh, sóng điện từ được gọi là Electromagnetic Wave và thường được viết tắt là EM. Trong kỹ thuật điện, chúng ta hay dịch ra là sóng điện từ, hoặc là bức xạ điện từ.

Tốc độ truyền sóng phụ thuộc vào

Tốc độ truyền sóng phụ thuộc vào bản chất của môi trường đó. Ví dụ như: khối lượng riêng, nhiệt độ, mật độ vật chất cũng như độ đàn hồi. Và đây cũng là đặc điểm của sóng điện từ nói chung.

Bước sóng là gì

Theo Wiki: Bước sóng là khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm dao động cùng pha hay khoảng cách giữa hai đỉnh sóng, hoặc tổng quát là giữa hai cấu trúc lặp lại của sóng, tại một thời điểm nhất định. Nó thường được viết tắt bằng chữ Hy Lạp là Lamda.

Các dải sóng điện từ – Phổ điện từ

Sóng điện từ, bức xạ điện từ được phân loại thành các loại sau, và chúng cũng được gọi là thang sóng điện từ trong vật lý học:

Bức xạ gamma có bước sóng dưới 10^-12m
Bức xạ tia X có bước sóng 10^-11m đến 10^-8m
Tia cực tím có bước sóng 10^-8m đến 3,8.10^-7m
Ánh sáng thấy được có bước sóng 3,8.10^-7m đến 7,6.10^-7m
Bức xạ hồng ngoại có bước sóng 7,6.10^-7m đến 10^-3m
Bức xạ vi sóng – Sóng vi ba
Sóng radio có bước sóng 10^-3trở lên

Các dải sóng điện từ này đi theo thứ tự tăng dần của bước sóng, đặc trưng của loại bức xạ.

Sóng vô tuyến là sóng gì

Nếu mắt chúng ta có thể nhìn thấy sóng radio, về lý thuyết, chúng ta có thể xem các chương trình TV chỉ bằng cách nhìn lên bầu trời! Hoàn toàn không thực tế, nhưng đó là một ý tưởng tốt. Kích thước bước sóng điển hình: 30cm, 500m.

Sóng vô tuyến bao phủ một dải tần số khổng lồ và bước sóng của chúng thay đổi từ hàng chục cm đối với sóng tần số cao đến hàng trăm mét (chiều dài của đường chạy điền kinh) đối với tần số thấp hơn. Điều đó đơn giản là vì bất kỳ sóng điện từ nào dài hơn sóng viba đều được gọi là sóng vô tuyến.

Sóng điện thoại là sóng gì

Sóng điện thoại là một dạng sóng điện từ

Sóng điện thoại cũng là sóng điện từ, ở bước sóng vô tuyến và gần hơn với sóng vi ba. Sóng điện từ có mang năng lượng. Và gần đây, các nhà khoa học đã chứng minh sóng điện thoại không gây ảnh hưởng đến sức khoẻ con người. Vì chúng mang 1 nguồn năng lượng rất thấp.

Sóng vi ba

Sóng vi ba là sóng vô tuyến có bước sóng ngắn, từ khoảng 10 cm đến một milimet, trong dải tần số SHF và EHF. Năng lượng vi sóng được sản xuất với các ống klystron và Magnetron, và với các thiết bị trạng thái rắn như điốt Gunn và IMPATT.

Không giống như các sóng tần số cao hơn như hồng ngoại và ánh sáng được hấp thụ chủ yếu ở các bề mặt, sóng vi ba có thể xâm nhập vào các vật liệu và lắng đọng năng lượng của chúng bên dưới bề mặt. Hiệu ứng này được sử dụng để hâm nóng thức ăn trong lò vi sóng, và để sưởi ấm công nghiệp và nhiệt độ y tế.

Sóng vi ba là bước sóng chính được sử dụng trong radar và được sử dụng cho thông tin vệ tinh và các công nghệ mạng không dây như Wi-Fi. Các cáp đồng (đường truyền) được sử dụng để mang sóng vô tuyến tần số thấp hơn đến ăng ten có tổn thất điện năng quá mức ở tần số vi sóng và các ống kim loại gọi là ống dẫn sóng được sử dụng để mang chúng.

Sóng hồng ngoại

Phần hồng ngoại của phổ sóng điện từ có phạm vi từ khoảng 300 GHz đến 400 THz (1 mm – 750nm). Nó có thể được chia thành ba phần:

Hồng ngoại xa, có tần số từ 300 GHz đến 30 THz. Hồng ngoại xa là một vùng trong phổ hồng ngoại của bức xạ điện từ. Hồng ngoại xa thường được định nghĩa là bất kỳ bức xạ nào có bước sóng từ 15 micromet đến 1 mm, đặt bức xạ hồng ngoại xa trong các dải CIE IR-B và IR-C. Phía sóng dài của phổ FIR trùng với bức xạ terahertz được đặt tên như vậy.

Trung hồng ngoại, tần số từ 30 đến 120 THz. Bức xạ này được hấp thụ bởi các rung động phân tử, trong đó các nguyên tử khác nhau trong một phân tử dao động xung quanh vị trí cân bằng của chúng.

Cận hồng ngoại, từ 120 đến 400 THz. Các quá trình vật lý có liên quan đến phạm vi này tương tự như các quy trình cho ánh sáng khả kiến. Tần số cao nhất trong khu vực này có thể được phát hiện trực tiếp bởi một số loại phim ảnh và bằng nhiều loại cảm biến hình ảnh trạng thái rắn để chụp ảnh hồng ngoại và quay phim.

Ánh sáng khả kiến

Bức xạ điện từ có bước sóng trong khoảng 380nm đến 760nm (400 – 790 terahertz) được phát hiện bởi mắt người và được coi là ánh sáng khả kiến.

Ánh sáng khả kiến là một phần của phổ sóng điện từ mà mắt người nhạy cảm nhất. Ánh sáng nhìn thấy (và ánh sáng cận hồng ngoại) thường được hấp thụ và phát ra bởi các electron trong các phân tử và nguyên tử di chuyển từ mức năng lượng này sang mức năng lượng khác. Hành động này cho phép các cơ chế hóa học làm cơ sở cho tầm nhìn của con người và quang hợp thực vật. Ánh sáng kích thích hệ thống thị giác của con người là một phần rất nhỏ của phổ điện từ. Cầu vồng cho thấy phần quang học (nhìn thấy) của phổ điện từ; tia hồng ngoại (nếu có thể nhìn thấy) sẽ được đặt ngay bên ngoài phía đỏ của cầu vồng với tia cực tím xuất hiện ngay bên ngoài đầu tím.

Tia cực tím

Tiếp theo trong tần số đến tia cực tím (UV). Bước sóng của tia UV ngắn hơn đầu tím của phổ khả kiến nhưng dài hơn tia X.

UV là bức xạ có bước sóng dài nhất mà các photon của chúng đủ năng lượng để ion hóa các nguyên tử, tách các electron khỏi chúng và do đó gây ra các phản ứng hóa học. UV bước sóng ngắn và bức xạ bước sóng ngắn hơn nó (tia X và tia gamma) được gọi là bức xạ ion hóa, và tiếp xúc với chúng có thể làm hỏng mô sống, khiến chúng trở thành mối nguy hại cho sức khỏe.

UV cũng có thể khiến nhiều chất phát sáng với ánh sáng nhìn thấy được; điều này được gọi là huỳnh quang. Mặt trời phát ra bức xạ UV đáng kể (khoảng 10% tổng công suất của nó), bao gồm cả tia cực tím bước sóng cực ngắn có khả năng phá hủy hầu hết sự sống trên đất liền. Tuy nhiên, hầu hết các bước sóng UV gây hại của Mặt trời đều được khí quyển hấp thụ trước khi chúng chạm tới bề mặt. Đó là lý do tại sao bạn có thể bị cháy nắng ngay cả khi bạn đang bơi ở biển hoặc vào những ngày nhiều mây, và tại sao kem chống nắng lại quan trọng như vậy.

Tia X

Một loại sóng năng lượng cao rất hữu ích được sử dụng rộng rãi trong y học và an ninh. Kích thước điển hình: 0,1 nanomet (chiều rộng của một nguyên tử).

Tia gamma

Đây là dạng sóng điện từ mạnh mẽ và nguy hiểm nhất, được phát hiện bởi Paul Ulrich Villard vào năm 1900. Tia gamma là một loại bức xạ có hại. Kích thước điển hình: 0,000001 nanomet (chiều rộng của hạt nhân nguyên tử).

Tia gamma được sử dụng thực nghiệm bởi các nhà vật lý cho khả năng xuyên thấu của chúng và được tạo ra bởi một số đồng vị phóng xạ. Chúng được sử dụng để chiếu xạ thực phẩm và hạt giống để khử trùng, và trong y học đôi khi chúng được sử dụng trong xạ trị ung thư.

Phổ biến hơn, tia gamma được sử dụng để chẩn đoán hình ảnh trong y học hạt nhân, quét PET là một ví dụ. Bước sóng của tia gamma có thể đo được với độ chính xác cao thông qua phương pháp tán xạ Compton.

Đặc điểm của sóng điện từ

Sóng điện từ có những tính chất và những điểm đặc trưng của chúng như:

Phổ sóng rộng
Sóng điện từ truyền với vận tốc không đổi 3×10⁸m/s trong chân không. Khi các sóng này đi qua vật chất, chúng chậm lại một chút, theo bước sóng của chúng.
Sóng điện từ là sóng “ngang”
Sóng điện từ mang năng lượng
Lan truyền được trong các môi trường rắn, lỏng, khí và chân không.
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 tuân theo các quy luật truyền thẳng, giao thoa, khúc xạ,… Khi gặp mặt phân cách giữa hai môi trường nó cũng bị phản xạ hoặc khúc xạ giống ánh sáng
Sóng điện từ có bước sóng từ vài mét đến vài kilomet được dùng trong thông tin liên lạc
Sóng điện từ lan truyền được trong các môi trường điện môi và phụ thuộc vào hằng số điện môi.
Biên độ của sóng điện từ liên quan đến cường độ hoặc độ sáng của nó (như trong trường hợp ánh sáng khả kiến).
Tần số của bất kỳ dạng sóng nào bằng tốc độ chia cho bước sóng. Các đơn vị đo lường được tính theo chu kỳ mỗi giây hoặc Hertz.

Ứng dụng của sóng điện từ và sự nguy hiểm của chúng

Để hiểu rõ được những ứng dụng của sóng điện từ cũng như sự nguy hiểm của chúng, chúng ta sẽ đi xem xét từng loại sóng cụ thể nhé!

Sóng vô tuyến

Sóng vô tuyến được sử dụng để liên lạc như truyền hình và phát thanh, truyền thông và truyền hình vệ tinh. Sóng vô tuyến được truyền dễ dàng qua không khí. Chúng không gây ra thiệt hại nếu cơ thể con người hấp thụ.