Sóng điện từ là gì? Đặc điểm, phân loại và ứng dụng của nó

Sóng điện từ đã quá quen thuộc với con người khi nó ứng dụng sâu rộng trong nhiều ngành, nhiều lĩnh vực và mang lại các giá trị lợi ích to lớn. Hôm nay, bạn cùng ThuyKhiDien khám phá thêm về nó liên quan đến ứng dụng, tác hại, đặc điểm.

Sóng điện từ là gì?

Sóng điện từ còn được gọi là bức xạ điện từ. Nó là sự kết hợp giữa dao động từ trường và điện trường vuông góc với nhau. Chúng được lan truyền trong không gian như 1 loại sóng. Chúng là sóng nên sẽ có tính chất hạt. Chúng ta thường gọi là hạt photon.

Khi lan truyền sóng điện từ, chúng mang theo thông tin, động lượng, năng lượng. Bước sóng của sóng điện từ sẽ từ khoảng 40nm – 700nm. Chúng ta có thể quan sát bằng mắt thường thông qua chính ánh sáng mà chúng phát ra.

Đặc điểm của sóng điện từ

Tất nhiên sóng điện từ cũng sẽ có những đặc điểm riêng, phân biệt với các loại sóng khác.

+ Đầu tiên đó là: Chúng có đầy đủ tính chất của sóng cơ như: Khúc xạ, phản xạ, giao thoa… Và nó cũng tuân theo quy luật sóng cơ như: truyền thẳng, khúc xạ, giao thoa…

+ Có bước sóng rộng từ vài mét đến vài kilomet và được dùng trong thông tin liên lạc. Lúc đó thì nó gọi là sóng vô tuyến.

+ Sóng này có thể lan truyền được trong nhiều môi trường khác nhau: lỏng, khí, rắn và cả chân không. Nó cũng chính là loại duy nhất lan truyền được trong chân không.

+ Luôn tạo thành 1 tam diện thuận.

+ Nó thuộc dạng sóng ngang. Nó lan truyền các dao động là cường độ dòng điện, cường độ từ trường liên quan đến tính chất hướng của các phần tử mà hướng dao động sẽ vuông góc với hướng lan truyền của sóng.

+ Chú ý dao động của từ trường và điện trường tại 1 điểm luôn đồng pha với nhau.

+ Tốc độ trong môi trường chân không lớn hơn so với các môi trường còn lại. Thông thường, C sẽ bằng 3.108 m/s.

+ Bước sóng càng dài thì năng lượng hạt photon sẽ càng nhỏ. Vì sóng này có mang năng lượng. Năng lượng của một hạt photon có bước sóng λ là hc/λ. Ở đây, h là hằng số, c là vận tốc trong môi trường chân không.

Nguyên tắc khi truyền sóng điện từ

Khi truyền sóng điện từ thì nó có nguyên tắc rõ ràng.

• Biến điệu hình ảnh, âm thành muốn và truyền đi thành dao động điện hay còn gọi là tín hiệu âm tần.

AM: Biến điệu biên độ.

FM: Biến điệu tần số.

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

Mạch LC chính là mạch dao động kín: điện từ trường hầu hết sẽ không bức xạ ra bên ngoài vì thế nó không phát sóng điện từ.

Mạch dao động hở: Khi bán cực của tụ bị lệch thì vùng không gian có điện từ trường sẽ biến thiên mở rộng và khiến nó có sóng điện từ phát ra.

Sự truyền sóng vô tuyến trong khí quyển

Có 2 vấn đề mà con người cần lưu ý khi truyền sóng vô tuyến trong môi trường khí quyển đó là vùng sóng bị ít hấp thụ và sự phản xạ của sóng ngắn. Cụ thể:

Các vùng sóng ngắn sẽ ít bị hấp thụ

Các phân tử không khí trong khí quyển sẽ hấp thụ mạnh những sóng dài, sóng trung. Sóng cực ngắn thì không thể truyền đi xa được. Trong vùng tương đối hẹp thì những sóng có bước sóng ngắn thì không khí sẽ không hấp thụ.

Sự phản xạ của sóng ngắn trên tầng điện li

Tầng điện li là 1 lớp của khí quyển. Tại đó, dưới tác dụng của những tia tử ngoại ánh sáng mặt trời thì những phân tử khí bị ion hóa rất mạnh.

Tầng điện li này nằm ở độ cao 80km đến 800km.

Những sóng ngắn vô tuyến sẽ phản xạ tốt trên tầng điện li hoặc ngay cả trên bề mặt nước biển, mặt đất… Để được như vậy là nhờ vào tính chất đệm sóng giữa các bề mặt nên sóng có thể truyền đi được rất xa.

Phân loại sóng điện từ

Dựa vào chính tính chất, đặc điểm mà người ta sẽ phân thành nhiều loại khác nhau như sau:

Dựa trên độ dài bước sóng

Căn cứ trên yếu tố độ dài bước sóng thì có các loại:

+ Sóng cực ngắn: Các sóng này có bước sóng giới hạn từ 1-10m. Đặc điểm của nó chính là năng lượng lớn, xuyên qua tầng điện ly để đi vào vũ trụ, không bị phản xạ hay hấp thụ bởi tầng điện li. Đó là lý do mà con người ứng dụng nó trong thiên văn, vũ trụ.

+ Tiếp theo là sóng ngắn: Bước sóng sẽ từ 10m-100m. Chúng có đặc điểm là bị phản xạ nhiều lần ở mặt đất và tầng điện li. Vì thế mà con người ứng dụng nó trong công tác thông tin, liên lạc ở mặt đất.

+ Sóng trung: Sóng này thì bước sóng sẽ từ 100m đến 1000m. Ban ngày, sóng sẽ bị tầng điện li hấp thụ mạnh. Ban đêm thì sẽ không bị hấp thụ. Vì thế mà con người ứng dụng nó trong liên lạc vào buổi tối.

+ Cuối cùng là sóng dài: Nó có bước sóng trong khoảng hơn 1000m. Vì là sóng dài nên có năng lượng truyền đi khá thấp. Nó sẽ bị các vật thể trên mặt đất hấp thụ tuy nhiên trong môi trường nước thì việc hấp thụ khó khăn hơn. Sóng này có ý nghĩa to lớn với việc kết nối và truyền thông tin giữa các tàu ngầm ở biển.

Dựa trên ứng dụng

Dựa trên chính ứng dụng của nó mà người ta phân chia thành các loại sóng như:

+ Sóng viba: Bước sóng là 1 mm – 1 m, năng lượng mang theo là 1.7 eV – 1.24 meV, tần số là 300 GHz – 300 MHz.

+ Sóng Radio: Bước sóng là 1mm – 100000km, năng lượng nó mang theo là 12.4 feV – 1.24 meV, tần số là 300 MHz – 3 MHz.

+ Ánh sáng: Bước sóng là 380 nm – 700 nm, năng lượng mang theo là 1.7 eV – 3.3 eV, tần số là 790 THz – 430 THz.

+ Tia hồng ngoại: Bước sóng là 700 nm – 1 mm, năng lượng nó mang theo là 1.24 meV – 1.7 eV, tần số là 430 THz – 300 GHz.

+ Tia tử ngoại: Bước sóng là 10 nm – 380 nm, năng lượng mang theo là 3.3 eV – 124 eV, tần số là 30 PHz – 790 THz.

+ Tia gamma: Bước sóng là ≤ 0,01 nm, năng lượng mang theo là 124 keV – 300+ GeV, tần số là ≥ 30 Ehz.

+ Tia X: Bước sóng của nó là là 0,01 nm – 10 nm, năng lượng nó mang theo là 124 eV – 124 keV, tần số là 30 EHz – 30 PHz.

Đặc điểm của từng loại sóng

Trong đời sống và sản xuất thì có 7 loại sóng ta thường gặp như:

Sóng Radio

Sóng này ít tương tác với vật chất, nguyên nhân là do các hạt photon của nó rất nhỏ. Vì vậy mà nó có thể đi qua 1 khoảng cách dài mà không bị giảm hay mất năng lượng. Ứng dụng của nó là truyền thông tin từ xa, như trong kỹ thuật truyền thanh, phát thanh.

Tận dụng tương tác điện trường của sóng với vật liệu dẫn điện khi thu nạp radio, dòng điện sẽ dao động qua lại trong vật dẫn dưới tác động của dao động điện trong sóng của radio.

Sóng viba

Ứng dụng của nó là trong lò vi sóng. Tần số dao động của lò vi sóng thường trùng với tần số cộng hưởng của nhiều phân tử hữu cơ trong thức ăn. Lúc này, sóng trong vi sóng bị phân tử hữu cơ hấp thụ manh. Chúng nóng lên. Năng lượng sóng chuyển sang năng lượng nhiệt.

Ảnh hưởng của sóng viba trong lò vi sóng được chia thành 3 cấp như sau:

+ Cấp nhẹ: Sóng làm biến tính một số phân tử protein trong tế bào, làm sai lệch cấu trúc phân tử. Nó không chết, vẫn tham gia vào hoạt động sống của tế bào. Nếu sai lệch trong phân tử ADN thì bạch huyết không loại bỏ được tế bào lỗi. Cuối cùng phát triển thành ung thư.

+ Cấp nặng: Biến tính diễn ra mạnh. Phân tử không tham gia vào hoạt động sống. Khi lượng phân tử bị biến tính lớn thì sẽ khiến tế bào chết.

Tia hồng ngoại

Tia hồng ngoại cũng là 1 dạng bức xạ điện từ. Bước sóng của nó dài hơn sóng ánh sáng nhưng nhỏ hơn sóng viba. Bước sóng sẽ nằm dưới bước sóng của ánh sáng màu đỏ.

Tia hồng ngoại có giá trị trong điều trị bệnh. Nó phá hủy các tế bào bị hỏng, tế bào tổn thương và chuẩn đoán các loại bệnh.

Ánh sáng có thể nhìn thấy

Sóng ánh sáng giúp cho con người nhận biết được màu sắc trong không gian.

Tia tử ngoại

Đặc điểm của tia này là bức xạ có bước sóng 10-8m đến 10-7m, tần số từ 3000THz đến 3.1016Hz. Nó có thể phát ra từ nguồn nhiệt độ cao trên 300 độC, đèn thủy ngân, ứng dụng hồ quang điện, ánh sáng mặt trời.

Tia X

Tia X là sóng điện từ dùng nhiều trong y học nhất là ứng dụng điều trị ung thư. Nó có thể phát hủy tế bào thừa. Ngoài ra, nó còn ứng dụng trong chấn thương chỉnh hình X quang.

Tia gamma

Tia này có bước sóng khoảng 10-14m đến 10-10m. Nếu tia X sinh ra ở ngoài nhân thì tia gamma phát ra từ trong hạt nhân.

Vận tốc truyền sóng điện từ

Vận tốc của sóng điện từ sẽ được xác định trong môi trường chân không. Lúc đó, kết quả mới chính xác nhất bởi vì như chúng ta đã biết, sóng truyền đi trong không gian sẽ thường xuất hiện các vật chất cản trở có trong khí quyển.

Trong môi trường chân không, những nhà khoa học đã nghiên cứu và chứng minh được: Vận tốc của sóng điện từ hay còn gọi là bức xạ điện tử không thay đổi.

Tiện cho việc tính toán thì chúng ta gọi nó là giá trị c. Và c sẽ tương đương với 299.792.458 m.s. Đó chính là vận tốc ánh sáng.

Ứng dụng của sóng điện từ trong đo lường

Electromagnetic Wave ngày này được ứng dụng rất rộng rãi không chỉ trong đời sống, công nghiệp mà còn trong các lĩnh vực khác, đặc biệt là đo lường.

Bức xạ điện từ thường được tích hợp trong thiết bị hay các cảm biến loại có độ nhạy cao nhất trên thị trường.

Một số thiết bị ứng dụng như: Cảm biến đo mức dạng radar, cảm biến đo mức siêu âm… Chúng để đo lường ở khoảng cách xa nhờ vào việc thu và phát sóng điện từ.

Ngoài ra, nó còn dùng cho lò viba, radio, tivi, thiết bị vô tuyến trong đời sống hàng ngày, máy X quang, máy xạ tia… trong bệnh viện.

Tác hại của sóng điện từ

Sóng điện từ vẫn có các tác hại với con người bên cạnh các ưu điểm nổi bật. Nó có thể gây nên những tổn thương không mong muốn như: Rối loạn thần kinh, các bệnh lý thần kinh, ung thư, dị tật cho bào thai…

Trẻ em là 1 đối tượng rất dễ bị ảnh hưởng sóng điện từ. Bởi vì nó có khả năng hấp thụ bức xạ nhiều hơn so với những con người trưởng thành. Đó cũng là lý do mà con người cần bảo vệ trẻ em, tránh tiếp xúc sớm và nhiều với các loại sóng điện từ để đảm bảo cho 1 cơ thể khỏe mạnh, lành lặn, phát triển bình thường.

Bài viết đến đây là hết, Thủy Khí Điện rất mong nhận được sự chia sẻ và góp ý kiến để hoàn thiện kiến thức về sóng điện từ.

5/5 (1 bình chọn)