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

Sóng điện từ là gì?

Theo Wikipedia, sóng điện từ hay còn có tên gọi khác là bức xạ điện từ, là sự kết hợp (nhân vectơ) của dao động điện trường và từ trường vuông góc với nhau, lan truyền trong không gian như sóng. Sóng điện từ cũng bị lượng tử hoá thành những “đợt sóng” có tính chất như các hạt chuyển động gọi là photon.

Trong quá trình lan truyền các sóng điện từ này mang theo năng lượng, động lượng và thông tin. Các bước sóng điện từ khoảng 400 -700nm được quan sát bằng mắt thường và gọi là ánh sáng.

Sự hình thành của sóng điện từ

Sóng điện từ được hình thành khi điện trường và từ trường tiếp xúc với nhau theo phương vuông góc và cũng vuông góc với phương của sóng EM. Trường điện từ được tạo ra bởi 1 hạt mang điện gia tốc. Hạt này dao động điều hòa về vị trí cân bằng khi là hạt mang điện tăng tốc.

Sự hình thành của sóng điện từ

Biến điệu sóng điện từ là gì?

Biến điệu sóng điện từ là việc ta biến đổi và pha trộn các tín hiệu âm tần và cao tần để tăng khả năng phát sóng điện từ đi xa hơn. Phương pháp này được ứng dụng trong ngành viễn thông, truyền thanh, truyền hình,…

Đặc điểm của sóng điện từ là gì?

Sóng điện từ có những đặc điểm riêng biệt khác so với các loại sóng khác như sau:

• Có thể lan truyền trong các môi trường rắn, lỏng, khí và chân không (là loại sóng duy nhất lan truyền được trong chân không với tốc độ lan truyền lớn nhất bằng c = 3.108 m/s.)
• Có các tính chất cơ bản của sóng gồm phản xạ, khúc xạ, giao thoa,… tuân theo các quy luật truyền thẳng, giao thoa, khúc xạ,…
• Được dùng trong viễn thông, thông tin liên lạc có bước sóng từ vài mét đến vài kilomet nên được gọi là sóng vô tuyến
• Là loại sóng ngang nên sự lan truyền các dao động liên quan đến tính chất có hướng gồm cường độ điện trường và từ trường của các phần tử có hướng dao động vuông góc với hướng lan truyền sóng.
• Sóng điện từ luôn tạo thành một tam diện thuận
• Chúng mang năng lượng trong đó năng lượng của 1 hạt photon có bước sóng λ là hc/λ (h: hằng số Planck, c: vận tốc ánh sáng trong chân không) ⇒ Bước sóng càng dài thì năng lượng photon càng nhỏ
• Tại cùng 1 điểm thì dao động của điện trường và từ trường luôn đồng pha với nhau

Đặc điểm của sóng điện từ là gì?

Nguyên tắc khi truyền sóng điện từ

Sóng điện từ là loại sóng có khả năng truyền được đi xa, tuy nhiên cần đảm bảo nguyên tắc như sau:

• Sóng điện từ được biến điệu thành các dao động điện hay chính là tín hiệu âm tần – AM là biến điệu biên độ, FM là biến điện tần số
• Sử dụng sóng ngang có tần số cao để truyền đi nhanh chóng với khoảng cách xa
• Thực hiện tách sóng, tách tín hiệu ra khỏi sóng cao tần
• Khuếch đại tín hiệu thu được kho sóng điện từ có cường độ nhỏ

Sự truyền sóng vô tuyến trong khí quyển

Sóng điện từ có thể truyền được trong nhiều môi trường khác nhau, chúng được ứng dụng trong việc truyền sóng vô tuyến. Vậy bạn đã bao giờ thắc mắc cơ chế cũng như cách thức thực hiện việc này như thế nào? AME Group xin cung cấp thông tin chi tiết trong phần nội dung dưới đây!

Các vùng sóng ngắn sẽ ít bị hấp thụ

Trong tầng khí quyển có chứa các phân tử khí có khả năng hấp thụ các sóng dài; loại sóng trung và sóng cực ngắn không thể truyền đi xa. Các sóng ngắn hầu như không bị hấp thụ bởi không khí trong các vùng tương đối hẹp.

Sự phản xạ của sóng ngắn trên tầng điện li

Trong lớp khí quyển sẽ có chứa 1 tầng điện ly nằm ở độ cao từ 80 – 800km, tại đây có các phân tử khí bị ion hóa rất mạnh dưới tia tử ngoại của ánh mặt trời. Các loại sóng ngắn vô tuyến có thể phản xạ tốt trên tầng điện ly,  mặt đất, bề mặt nước biển do tính chất đệm sóng giữa các bề mặt và có thể truyền đi rất xa

Phân loại sóng điện từ

Dựa theo độ dài sóng mà sóng điện từ (sóng vô tuyến) được phân loại như sau:

• Sóng cực ngắn: Bước sóng 1 – 10m, chứa năng lượng lớn và không bị hấp thụ, phản xạ bởi tầng điện ly nên có thể đi vào trong vũ trụ. Vì vậy sóng cực ngắn được ứng dụng trong việc nghiên cứu thiên văn, các ngành khoa học vũ trụ ngày nay.
• Sóng ngắn: Bước sóng 10 – 100m, chứa năng lượng lớn, bị phản xạ nhiều ở tầng điện ly và mặt đất nên ứng dụng chính trong việc truyền thông tin, liên lực dưới mặt đất.
• Sóng trung: Bước sóng 100 – 1000m, bị tầng điện ly mạnh hấp thụ vào ban ngày còn ban đêm thì không vì vậy được dùng để thông tin liên lạc vào ban đêm.
• Sóng dài: Bước sóng khoảng > 1000m, chứa năng lượng thấp, bị hấp thụ mạnh bởi các vật thể trên mặt đất và không dễ hấp thụ với môi trường nước. Vì thế ứng dụng để thông tin, liên lạc cho các tàu ngầm dưới nước.

Phân chia bức xạ của sóng điện từ và đặc điểm của chúng

Mỗi loại sóng điện từ sẽ có các thông số riêng về bước sóng, mức năng lượng, tần số của chúng. Theo đó sẽ có các ứng dụng cụ thể khác nhau như sau:

#1: Sóng Radio

• Bước sóng: 1mm – 100000km
• Tần số: 300 MHz – 3 Hz
• Năng lượng mang theo: 12.4 feV – 1.24 meV

Sóng Radio thường ít tương tác với vật chất do năng lượng các photon của chúng rất nhỏ, có thể truyền đi trong khoảng cách dài mà không mát năng lượng do tương tác. Loại sóng này ứng dụng để truyền tin từ xa trong lĩnh vực truyền thanh. Khi thu nạp sóng radio bằng anten, ta tận dụng tương tác giữa điện trường của sóng với các vật dẫn, dòng điện qua lại trong vật dẫn điện khiến làm ảnh hưởng dao động điện trong sóng radio.

Sóng Radio

#2: Sóng Viba

• Bước sóng: 1mm – 1m
• Tần số: 300 GHz – 300 MHz
• Năng lượng mang theo: 1.7 eV – 1.24 meV

Loại sóng được ứng dụng phổ biến đặc biệt trong các lò vi sóng. Tần số dao động của lò vi sóng sẽ trùng với tần số cộng hưởng của các phân tử trong thức ăn khiến vị sóng bị hấp thụ mạnh là nóng lên, năng lượng sóng chuyển thành năng lượng nhiệt của các phân tử.

Sóng viba ở mức nhẹ sẽ làm biến tính 1 số phân tử protein (không bị chết mà vẫn tham gia trong hoạt động sống của tế bào) khiến sai lệch cấu trúc phân tử. Trong thực tế các sai lệch này xảy ra trong phân tử ADN nếu hệ bạch huyết không đủ mạnh để loại bỏ tế bào lõi này sẽ dẫn đến bị ung thư. Ở mức nặng. sóng sẽ làm biến tính mạnh, phân tử không tham gia được vào các hoạt động sống và bị chết đi. Vì vậy hãy thận trọng và đảm bảo an toàn cho mình và người thân khi giữ khoảng cách nhất định với lò vi sóng nhé!

Sóng Viba

#3: Tia hồng ngoại

• Bước sóng: 700nm – 1mm
• Tần số: 430 THz – 300 GHz
• Năng lượng mang theo: 1.24 meV – 1.7 eV

Bước sóng tia hồng ngoại dài hơn bước sóng ánh sáng nhưng ngắn hơn bước sóng Viba. Bước sóng của chúng nằm dưới bước sóng của ánh sáng màu đỏ. Tia hồng ngoại được dùng trong y học để điều trị bệnh, phá hiểu các tế bào bị hỏng hay tổn thương, ứng dụng trong quá trình chẩn đoán các bệnh khác nhau.

#4: Ánh sáng có thể nhìn thấy

• Bước sóng: 380 nm – 700 nm
• Tần số: 790 THz – 430 THz
• Năng lượng mang theo: 1.7 eV – 3.3 eV

Sóng ánh sáng cho con người nhìn thấy và nhận biết được các màu sắc trong không gian. Khi ánh sáng bị khúc xạ qua lăng tính hat các màn hơi nước sau mưa sẽ tạo ra dải 7 màu hay còn gọi là cầu vồng.

Ánh sáng có thể nhìn thấy

#5: Tia tử ngoại

• Bước sóng: 10 nm – 380 nm
• Tần số: 30 PHz – 790 THz
• Năng lượng mang theo: 3.3 eV – 124 eV

Tia tử ngoại được phát ra từ các nguồn nhiệt cao trên 300 độ C như trong ánh sáng mặt trời, các ứng dụng hồ quang điện và đèn thủy ngân.

#6: Tia X

• Bước sóng: 0,01 nm – 10 nm
• Tần số: 30 EHz – 30 PHz
• Năng lượng mang theo: 124 eV – 124 keV

Tia X là loại sóng điện từ được sử dụng trong y học, khả năng phá hủy coa như điều trị các tế bào ung thư nông, loại bỏ sẹo lồi, sẹo lõm hay ứng dụng trong chụp X-quang hay chấn thương chỉnh hình,…

#7: Tia gamma

• Bước sóng: ≤ 0,01 nm
• Tần số: ≥ 30 EHz
• Năng lượng mang theo: 124 keV – 300+ GeV

Tia gamma có bước sóng nhỏ hơn tia X, chúng khác với tia X bởi nguồn gốc phát ra. Tia gamma được phát ra từ trong hạt nhân nguyên tử, tia X sinh ra ở ngoài nhân.

Phân chia bức xạ của sóng điện từ

Vận tốc truyền sóng điện từ

Vận tốc truyền sóng điện từ được xét trong môi trường chân không bởi trong các môi trường khí quyển sẽ bị cản bởi các vật chất khác nhau. Xét trong môi trường chân không, người ta đã chứng minh được vận tốc của bức xạ điện từ không đổi đổi và bằng c = 299.792.458 m.s.

Ứng dụng của sóng điện từ

Sóng điện từ được ứng dụng khá rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau. Từ đó, nhằm phục vụ đời sống của con người. Cụ thể như sau:

• Ứng dụng chế tạo các radar cảm biến giúp đo lường ở các khoảng cách xa hệ thống thu phát.
• Sử dụng trong các ngành viên thông, thông tin liên lạc như phát thanh, truyền hình, truyền tín hiệu, wifi
• Ứng dụng trong các ngành y học, tham gia vào quá trình chẩn đoán. Và ngoài ra khi điều trị các bệnh khác nhau.
• Nghiên cứu vũ trụ, thiên văn học
• Sản xuất các vũ khí hạng nặng
• Ứng dụng trong công nghệ nhìn xuyên vật thể
• Sử dụng diệt khuẩn, tiệt trùng trong chế biến thực phẩm

Ứng dụng của sóng điện từ

Hy vọng bài viết trên đây đã giúp bạn giải đáp sóng điện từ là gì, đặc điểm, phân loại và ứng dụng của chúng trong đời sống. Hãy tiếp tục theo dõi AME Group trong các số sau để cập nhật những thông tin hữu ích nhất nhé!