Sóng điện từ, một khái niệm không chỉ phổ biến mà còn được ứng dụng nhiều trong đời sống. Đối với các thanh niên, thiếu nữ đang học trung học phổ thông. Đây còn là một phần học quan trong trong vật lý 12 mà các em cần nắm được.
Tuy nhiên, khi nhìn vào những trang sách trắng đen trên giảng đường. Đọc những bài đọc khô khan trên các trang mạng. Tôi đoán rằng, các bạn sẽ vẫn cần giải đáp hết tất cả những câu hỏi phải không nào?
Sóng điện từ là khái niệm như thế nào?
Sóng điện từ vốn là một khái niệm rất trìu tượng. Vì bản chất không khả kiến của chúng nên ta không thể quan sát hiện tượng này bằng mắt thường. Nhưng chúng ta biết rằng chúng đã được ứng dụng nhiều vào thực tế như radio, vô tuyến, truyền thông,….
Kiến thức tiên quyết về sóng điện từ.
Để giải thích được sóng điện từ, tôi nghĩ chúng ta nên đi vào 2 khái niệm phải biết. Đó chính là trường và sóng, khi hiểu được hai khái niệm này, bạn sẽ tiếp cận với sóng điện từ hết sức đơn giản.
Trường là gì?
Trong vật lý, trường là một khu vực nơi mà mọi điểm đều có một đại lượng gắn liền với nó. Đại lượng này có thể là một con số, hoặc là một véc tơ. Hãy để tôi giải thích bằng những ví dụ sau nhé.
Từ trường của nam châm:
Đối với từ trường của nam châm. Chúng là một không gian mà trong những điểm đó đều bị tác động bởi các véc tơ. Các véc tơ đó chính là véc tơ từ chạy từ cực N đến cực S của nam châm.
Từ trường của nam châm
Ta gọi chúng là từ trường của nam châm.
Trọng trường của trái đất:
Còn đối với trường này. Như ta đã biết, các vật có khối lượng đều có sự hấp dẫn trong không gian. Trường này là các véc tơ lực hấp dẫn hút về Trái Đất.
Chúng được gọi là trọng trường của trái đất.
Điện trường là gì?
Điều đầu tiên phải nói đến chính là việc điện trường là một trường điện. Nó được tạo nên bởi các đường lực điện bao quanh lấy điện tích.
Trong nhiều lĩnh vực vật lý, điện trường nắm tầm quan trọng bậc nhất. Không những nằm trên lý thuyết, chúng còn được nghiên cứu và áp dụng nhiều trong thực tế.
Từ trường là gì?
Còn đối với từ trường, đó là một trường năng lượng. Từ trường có thể được tạo ra bởi những cách sau:
- Sinh ra xung quanh nơi các điện tích chuyển động.
- Được tạo nên bởi sự biến thiên của điện trường. Hiểu là khi một điện trường có sự thay đổi, từ trường sẽ xuất hiện.
- Cuối cùng thì như các bạn đã biết. Chúng có nguồn gốc từ các mô men lưỡng cực từ ở nam châm.
Sóng là gì?
Thế còn sóng là gì? Sóng là sự thay đổi của một trường theo một quy luật nhất định. Sự thay đổi này sẽ tác động lên một thuộc tính vật lý. Khiến nó dao động liên tục tại mọi điểm hoặc lần lượt truyền đi trên từng điểm. Sóng có thể được thể hiện ở nhiều hiện tượng vật lý quanh ta như: sóng âm, sóng nước, sóng địa chấn….
Có hai loại sóng đó chính là sóng ngang và sóng dọc:
- Sóng ngang: chúng có phương dao động vuông góc với phương lan truyền.
- Sóng dọc: chúng có phương dao động trùng phương với phương lan truyền.
Đối với điện trường và từ trường bản thân chúng cũng có thể dao động. Khi các trường này dao động đó được lan truyền trong không gian theo một phương. Ta xác định được rằng có sóng điện từ và sóng từ trường xảy ra. Nắm được các lý thuyết trên, ta mới có thể tiến đến khái niệm về sóng điện từ.
Khái niệm về sóng điện từ (bức xạ điện từ).
Sóng điện từ, hay còn được gọi là bức xạ điện. Tên tiếng anh của sóng điện từ là “electro magnetic wave”. Đây là một khái niệm chỉ sự kết dao động điện trường và dao động từ trường. Sự dao động của hai sóng này có phương dao động vuông góc với nhau và được truyền trong không gian như một sóng ngang. Khi được truyền trong không gian, ngoài năng lượng, động lượng, sóng điện từ còn mang theo thông tin.
Khám phá tuyệt vời này thuộc về một nhà toán học người Scotland tên James Cleark Maxwell (1831 – 1879). Với nền tảng là các công trình của Michael Faraday, ông đã nhận ra mối liên hệ như “ruột thịt” giữa điện và từ cũng như các trường của chúng, từ đó tạo nên sự tồn tại của loại sóng này.
Bởi sự dao động nhiệt của các nguyên tử hay phân tử hoặc các hạt cấu tạo của vật chất. Mọi vật thể để phát ra sóng điện từ với năng lượng bức xạ cùng cường bộ phân bốc theo tần số phụ thuộc vào nhiệt độ của vật thể. Nhưng như thế chẳng phải mọi tứ đều đang phát ra sóng điện từ à? Đúng thế đấy‼! Sóng điện từ thực chất không kinh khủng hay nguy hiểm như bạn nghĩ đâu. Để hiểu thêm về nó, hãy cùng đến với những đặc điểm và cách phân loại chúng bạn nhé.
Trường điện từ.
Nhưng trước đó, tôi nghĩ ta nên xem xét về trường điện từ đã. Trường điện từ hay điện từ trường, tên tiếng anh là “electro magnetic field”. Còn được biết đến bởi tên gọi của người phát hiện ra nó – trường Maxwell. Trường này là một dạng vật chất mang tính đặc trưng cho các tương tác giữa các hạt điện tích. Và chính bản thân trường điện từ cũng do các hạt điện tích sinh ra. Nó thống nhất hai sự kết hợp của điện trường và từ trường. Các giá trị, đại lượng đại diện cho đặc trưng của khả năng tương tác của trường này là cường độ điện trường, độ điện dịch, cảm ứng từ và cường độ từ trường.
Đặc điểm, phân loại sóng điện từ.
Ta đã nghiên cứu xong khái niệm về sóng điện từ cũng như trường điện từ. Vậy thì không chần chừ gì nữa mà hãy bắt tay đến đặc điểm và phân loại các loại sóng điện từ bạn nhé.
Các môi trường lan truyền của sóng điện từ.
Như ta đã biết, đối với các loại sóng cơ, chúng có thể được truyền trong các môi trường khác nhau. Thông qua các vật chất trong 3 thể chính là rắn, lỏng và khí. Đại diện của nó có thể được liệt kê ra như sóng địa chấn, sóng nước và sóng âm.
Đối với sóng điện từ, chúng còn có thể lan truyền trong chân không, khiến tổng môi trường lan truyền được là: rắn, lỏng, khí và chân không.
Sóng điện từ mang tính chất tương tự với sóng cơ.
Các tính chất của sóng điện từ cũng bao hàm luôn các tính chất của sóng cơ. Ta phải kể đến các tính chất như sau:
- Phản xạ: Là hiện tượng sóng bị vật cản trên đường di chuyển nên sẽ phải phản hồi trở về.
- Khúc xạ: Khác với phản xạ, sóng lúc này sẽ không bị phản ngược mà sẽ bị lệch đi khi qua một môi trường vật chất khác.
- Giao thoa: Khi môi trường tồn tại nhiều hơn 1 sóng và chúng đè lên nhau trong không gian. Một dạng sóng mới sẽ được tạo ra.
- ….
Năng lượng mà sóng điện từ mang lại.
Cũng như sóng cơ, sóng điện từ mang lại năng lượng. Năng lượng này có liên quan mật thiết đến λ – bước sóng. Với bước sóng càng nhỏ, năng lượng sẽ càng cao và ngược lại. Bạn cảm thấy bối rối và không hiểu tại sao bước sóng nhỏ lại cho năng lượng lớn phải không nào? Hãy để tôi giải thích nhé.
Bước sóng là quãng đường mà sóng đi được trong một chu kỳ dao động của nó. Do đó, nếu bước sóng nhỏ, thì chu kỳ của dao động nhỏ theo. Đồng nghĩa với số lần dao động (tần số) cao. Số lần dao động cao đồng nghĩa với động năng nhiều, kéo theo năng lượng sẽ nhiều.
Để có thể thấy được sự tương quan giữa năng lượng và bước sóng. Ta xét một sóng có bước sóng bất kỳ và bắt đầu thu nhỏ bước sóng lại nhỏ dần về 0. Bạn thấy điều gì xảy ra khi ta làm việc này? Vùng màu cam nhạt tăng lên! Đây là vùng vi phân của hàm dao động, phần nào đại diện cho năng lượng của sóng.
Phân loại sóng điện từ mà con người sử dụng.
Đối với sóng điện từ chúng được phân ra thành 4 loại dựa trên bước sóng của chúng: Sóng cực ngắn, sóng ngắn, sóng trung, sóng dài.
| Loại sóng | Bước sóng | Đặc điểm | Sử dụng trong |
| Sóng cực ngắn | 1 – 10 m | – Có năng lượng cực cao.
– Không bị tầng điện li tác động. – Từ đó có thể vượt tầng điện li mà vào môi trường vũ trụ hoặc ngược lại |
Liên lạc vũ trụ |
| Sóng ngắn | 10 – 100 m | – Có năng lượng cao.
– Bị tầng điện li và mặt đất phản xạ nhiều. |
Liên lạc mặt đất |
| Sóng trung | 100 – 1000 m | – Do ảnh hưởng bởi mặt trời nên ban ngày bị tầng điện li hấp thụ mạnh.
– Ban đêm thì được tầng điện li phản xạ nên có thể truyền xa |
Chỉ liên lạc vào ban đêm. |
| Sóng dài | ≥ 1000 m | – Có năng lượng thấp.
– Bị các vật rắn hấp thụ mạnh, nhưng nước thì không |
Liên lạc dưới nước |
Ứng dụng của sóng điện từ.
Không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà trên thực tế trong xã hội phát triển công nghệ hiện đại như nay. Sóng điện từ là khái niệm được ứng dụng và nghiên cứu nhiều nhất trong tất cả các loại sóng. Tuy nhiên, để có thể sử dụng sóng điện từ, ta phải trải qua các công đôạn sau.
Các công đoạn khi sử dụng sóng điện từ.
Trước hết, để sử dụng sóng điện từ, ta cần biến điệu sóng điện từ, biến chúng trở thành các dao động điện. Điều này sẽ giúp tín hiệu đi kèm sóng điện từ có thể được truyền đi xa hơn. Hai loại biến điệu chính đó chính là FM (frequency modulation) và AM (amplitude modulation). FM là biến điệu về tần số, còn AM là biến điệu về biên độ.
Kế đó, ta phải dùng một sóng cao tần mới có thể truyền sóng đi.
Tiếp theo để có thể đọc thông tin ta phải tách sóng. Điều này có nghĩa là tách tín hiệu khỏi sóng cao tần được truyền cùng ấy.
Cuối cùng đó chính là khuếch đại tín hiệu nhận được. Do sóng có cường độ nhỏ, ta phải tăng chúng lên mới có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng.
Các ứng dụng của sóng điện từ trong đời sống.
Sóng điện từ đã được ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh vực khác nhau. Từ những nhu cầu thường nhật như nấu nướng, liên lạc đến những nhu cầu xa lạ như đo lường. Ta có thể kể đến một số ứng dụng sau:
- Radio: Đây là ứng dụng phổ biến vào liên lạc, truyền thông, truyền tín hiệu,…. Nhưng đừng nhầm tưởng sóng radio là sóng dùng trong liên lạc. Đó là một loại sóng riêng biệt, những ứng dụng trong liên lạc chỉ là một phần của nó. Các ứng dụng khác có thể nói đến đó chính là sấy khô, điều trị y học,….
- Vi sóng: Hẳn các bạn đã nghe về lò vi sóng hay lò vi ba. Chúng sử dụng loại sóng vi ba để làm nóng thức ăn bằng cách truyền năng lượng cho chúng. Từ đó nhiệt năng sẽ tăng theo.
- Tia hồng ngoại: Loại sóng này được sử dụng nhiều trong y học. CHúng được sử dụng để chuẩn đoán bệnh hoặc loại bỏ các tế bào bị tổn thương. Ngoài ra chúng được sử dụng rất nhiều trong các cảm biến….
- ….
Qua bài viết trên. Tôi mong rằng mình đã có thể cung cấp hết những kiến thức liên quan đến sóng điện từ. Từ những lý thuyết tiên quyết đến nền tảng. Mong rằng với những sự giải thích đấy bạn đã có thể giải quyết được vấn đề học hành cũng như nhu cầu học tập của bản thân. Kính chào và hẹn gặp các độc giả ở bài đọc sau ♥♥♥♥♥♥♥♥.
Website: https://huphaco.vn/
