Điện từ trường là gì? Chi tiết về thuyết điện từ Mắc - xoen

Điện từ trường là gì?

Trước tiên chúng ta hãy đến với những thông tin cơ bản nhất về định nghĩa và mối quan hệ giữa điện trường và từ trường

Điện từ trường là gì?

Theo Wikipedia, Điện từ trường hay còn được gọi là trường Maxwell, là một trong những trường của vật lý học. Nó là một dạng vật chất đặc trưng cho sự tương tác giữa các hạt mang điện. Hay nói một cách khác, trường điện từ cũng do các hạt mang điện sinh ra và là trường thống nhất của điện trường và từ trường. Khả năng tương tác của trường điện từ được biểu thị thông qua các đại lượng cường độ điện trường, độ điện dịch, cảm ứng từ và cường độ từ trường. Nó được ký hiệu lần lượt là E, D, B và H.

Mối quan hệ giữa điện trường và từ trường

Từ trường biến thiên và điện trường xoáy

• Khi từ trường có sự thay đổi sẽ tạo ra từ trường xoáy ( vecto E là những đường cong khép kín).
• Điện trường xoáy được hiểu là điện trường có đường sức là đường cong kín.

Khi đó ta có: Nếu tại một nơi có 1 từ trường biến thiên theo thời gian thì tại đó sẽ xuất hiện 1 điện trường xoáy.

Điện trường biến thiên và từ trường

• Từ trường của mạch dao động
• Trước hết ta cần xét mạch LC lý tưởng

• Mà q = CU = C.E.d

• Khi điện trường biến thiên sẽ tạo ra từ trường, từ trường luôn xoáy.

Qua đó ta có: Nếu tại một nơi có điện trường biến thiên theo thời gian thì tại nơi đó xuất hiện một từ trường. Đặc trưng của đường sức điện từ bao giờ cũng khép kín.

Mối quan hệ giữa điện trường và từ trường

Thuyết điện từ Mắc – xoen

Giả thuyết 1:

Từ trường biến thiên theo thời gian đều có thể tạo ra các điện trường xoáy. Đặc điểm của điện trường xoáy là các đường sức từ bao quanh lấy đường cảm ứng.

Giả thuyết 2:

Điện trường biến thiên theo thời gian đều sẽ sinh ra từ trường biến thiên.

Từ trường xoáy chính là từ trường mà khi đó các đường cảm ứng từ bao quanh các đường sức của điện từ.

Sau nhiều nghiên cứu, Maxwell đã dẫn đến một kết luận đó là không thể có từ trường hoặc điện trường tồn tại độc lập hay riêng biệt. Mà điện trường nào khi biến thiên cũng sẽ sản sinh ra từ trường biến thiên và ngược lại từ trường biến thiên nào cũng sẽ tạo ra các điện trường biến thiên.

Điện trường và từ trường chính là hai mặt thể hiện khác nhau của một loại trường duy nhất mang tên điện từ trường.

Sự lan truyền tương tác điện từ

Tại điểm O trong không gian, ta có E1 là điện trường biến thiên không tắt dần. Tại đây nó sẽ làm sản sinh ra các điểm lân cận 1 điện trường E2 biến thiên và lan rộng dần ra. Khi đó, khoảng cách giữa điện từ trường lan truyền trong không gian và điểm O sẽ càng xa cách nhau.

Qua đó, ta đi đến kết luận: Sự tương tác của điện từ sẽ được thực hiện bằng điện từ trường mà phải mất một khoảng thời gian nhất định để có thể truyền từ điểm này sang điểm kia.

Sự lan truyền tương tác điện từ

Hệ thống phương trình trường điện từ

Để có thể dễ dàng biểu thị được các trường điện từ, nhà vật lý Maxwell đã đưa ra những phương trình cơ bản. Tất cả tạo nên một hệ phương trình trường điện từ. Chúng thường được gọi tắt là phương trình Maxwell. Dưới đây là hệ thống các phương trình:

Phương trình Maxwell – Faraday

Đây là phương trình đầu tiên của hệ thống. Nó diễn tả về mối liên hệ của điện trường xoáy và từ trường biến thiên.

Phương trình ở dạng vi phân

Phương trình ở dạng tích phân

Phương trình Maxwell – Ampere

Phương trình thứ hai được đặt tên là Maxwell – Ampere. Phương trình này sẽ cho ta thấy điện trường biến thiên được sinh ra từ trường giống như dòng điện dẫn.

Phương trình ở dạng vi phân

Phương trình khi ở dạng tích phân

Định lý Ostrogradski – Gauss với điện trường

Định lý này sẽ biểu thị và mô tả tính chất không khép kín của những đường sức điện trường tĩnh. Chúng sẽ đi từ điện tích âm và đi ra từ các điện tích dương đi.

Ta có phương trình ở dạng vi phân

Phương trình ở dạng tích phân:

Định lý Ostrogradski – Gauss với từ trường

Phương trình này chính là định lý diễn tả tính chất khép kín của các đường sức từ. Theo đó thì từ trường chính là trường không có nguồn:

Phương trình ở dạng vi phân

Phương trình ở dạng tích phân

Các nguồn điển hình của điện từ trường

Thực tế, trường điện từ tồn tại trong tự nhiên thường có giá trị rất nhỏ, dưới tác động của con người sẽ làm cho cường độ điện từ có trong môi trường tăng cao.

Dưới đây là các nguồn điển hình của từ trường:

• Điện từ tồn tại ngay trong tự nhiên: Chúng được sinh ra bởi từ trường của trái đất và sấm chớp.
• Trường điện từ có sẵn ở trong cơ thể con người: Loại điện trường có tác dụng vẫn chuyển những thông tin trong hệ thần kinh
• Điện trường nhân tạo xuất hiện trong quá trình sản xuất, truyền tải và trong quá trình sử dụng điện năng của con người.

Các nguồn điển hình

Tác dụng của điện từ trường là gì?

Điện từ trường mang nhiều tính chất khác nhau, khi đó các dải phổ điện từ khác nhau cũng có những sự tác động khác nhau đối với các sinh vật sinh học. Trong quá trình này, năng lượng của các photon riêng lẻ là đặc biệt đáng kể. Nó có thể tăng lên không ngừng với tần suất ngày càng tăng.

Nó nằm trong loại “ bức xạ không ion hóa”. Khác với bức xạ ion hóa, các photon của bức xạ không ion hóa không đủ năng lượng để ion hóa các nguyên tử và phân tử. Điều này sẽ “đẩy” các điện tử ra khỏi vỏ và kết quả là tạo ra các hạt (ion) mang điện dương. Trong số các thứ khác, nó có nghĩa trái ngược với bức xạ X – năng lượng của chúng quá thấp. Và không đủ gây ra thiệt hại trực tiếp cho vật chất di truyền, nó liên quan trực tiếp đến sự phát triển của các tế bào ung thư.

Tuy nhiên, trường điện từ có thể gây hại đến sức khỏe theo một số cách khác nhau như:

• Điện trường và từ trường tần số thấp có thể tạo ra điện trường và dòng điện trong cơ thể con người.
• Trường điện tử tần số cao có thể làm nóng mô sinh học.

Do đó cần phải thực hiện các biện pháp bảo vệ bức xạ. Đảm bảo rằng các cường độ của các lĩnh vực là thấp để hạn chế các thiệt hại về sức khỏe xảy ra.

Các ứng dụng của điện từ trường

Điện trường là một phần quan trọng của cuộc sống, nó được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực như:

#1: Thiết bị gia dụng

Trong ngôi nhà của chúng có rất nhiều các thiết bị sử dụng nguyên lý hoạt động của trường điện tử. Có thể kể đến như đèn,  quạt, điện loa, thiết bị nhà bếp, hệ thống điều hòa, hệ thống báo động, …

#2: Ứng dụng công nghiệp

Trong các xưởng sản xuất, nhà máy đều sử dụng các dụng cụ, thiết bị vận hành theo nguyên lý điện tử. Một trong những loại máy được sử dụng phổ biến nhất chính là máy phát điện, động cơ là nguồn điện chính của ngành công nghiệp.

Ngoài ra các đoàn tàu bay bằng từ tính cũng sử dụng nguyên lý điện từ. Chúng chạy trên dây theo nguyên lý của nam châm như EMS và EDS.

Ứng dụng trong công nghiệp

#3: Hệ thống thông tin liên lạc

Đối với điện thoại di động hay bất kỳ thiết bị liên lạc nào đều có năng lượng âm thanh được chuyển đổi thành năng lượng điện tử. Ví dụ máy phát vô tuyến truyền năng lượng điện từ cho máy thu. Ở đầu máy thu, năng lượng điện từ lại chuyển thành năng lượng âm thanh.

#4: Hệ thống y tế

Các thiết bị y tế như phương pháp tăng thân nhiệt điều trị ung thư. Hay chụp cộng hưởng từ và cấy ghép hoạt động trên nguyên tắc điện từ. Chúng đều có ra một kết quả chính xác, rõ ràng để hỗ trợ cho quá trình điều trị.

Ứng dụng trong y tế

Bài viết trên là những thông tin về điện từ trường là gì? Những ứng dụng của nó. Mong rằng chúng sẽ giúp ích cho bạn trong cuộc sống. Mọi thắc mắc hay những đóng góp ý kiến vui lòng liên hệ với AME Group để được hỗ trợ.