Bài 11. Sóng điện từ

I. Sóng điện từ

Hình 1. Sự lan truyền điện từ trường trong không gian

Sóng điện từ là điện từ trường lan truyền trong không gian.

Maxwell đã chỉ ra tốc độ của tất cả các sóng điện từ truyền trong chân không có giá trị bằng 3.10⁸ m/s, bằng tốc độ ánh sáng trong chân không. Từ đó ông khẳng định rằng ánh sáng chính là sóng điện từ.

Sóng điện từ bao gồm một dải rộng tần số (hoặc bước sóng), gọi là thang sóng điện từ.

II. Thang sóng điện từ

Hình 2. Thang sóng điện từ

Sự khác nhau về bước sóng (hay tần số) của các loại sóng điện từ đã dẫn đến sự khác nhau về tính chất và tác dụng của chúng.

1. Ánh sáng nhìn thấy

Quang phổ của ánh sáng nhìn thấy là một dải màu biến thiên liên tục từ tím đến đỏ. Bước sóng của ánh sáng nhìn thấy nằm trong khoảng từ 0,38 μm (bước sóng của ánh sáng tím) cho đến 0,76 μm (bước sóng của ánh sáng đỏ).

Nguồn phát ra ánh sáng nhìn thấy: Mặt Trời, một số loại đèn, tia chớp, ngọn lửa,...

2. Tia hồng ngoại (IR)

Tia hồng ngoại là sóng điện từ không nhìn thấy có bước sóng trong khoảng từ 0,76 μm đến 1 mm.

Nguồn phát tia hồng ngoại: vật có nhiệt độ cao hơn môi trường xung quanh thì phát được tia hồng ngoại ra môi trường. Nguồn thông dụng là bóng đèn dây tóc, bếp gas, bếp than,...

3. Tia tử ngoại (UV)

Tia tử ngoại là sóng điện từ không nhìn thấy có bước sóng ngắn hơn bước sóng của ánh sáng nhìn thấy, nằm trong khoảng từ 10 nm đến 400 nm.

Nguồn phát tia tử ngoại: vật có nhiệt độ trên 2000^oC thì phát được tia tử ngoại, nhiệt độ của vật càng cao thì bước sóng tử ngoại càng nhỏ. Hồ quang điện, đèn hơi thủy ngân là nguồn phát tia tử ngoại mạnh.

4. Sóng vô tuyến

Hình 3. Sóng vô tuyến bị phản xạ tại tầng điện li

Sóng vô tuyến có bước sóng nằm trong khoảng từ 1 mm đến 100 km. Chúng được phát ra từ an ten và được sử dụng để "mang" các thông tin như âm thanh, hình ảnh đi rất xa. Sóng này bị phản xạ bởi tầng điện li trước khi tới máy thu.

Trong đó, sóng VHF (Very High Frequency) (bước sóng rất ngắn) từ 1 m đến 10 m và sóng UHF (Ultra High Frequency) (bước sóng cực ngắn) từ 10 cm đến 1m có thể truyền đến máy thu mà không bị phản xạ bởi tầng điện li. Chúng được sử dụng cho các đài phát thanh và truyền hình địa phương.

Sóng vi ba (bước sóng khoảng vài cm) được sử dụng cho viễn thông quốc tế và chuyển tiếp truyền hình qua vệ tinh thông tin và cho mạng điện thoại di động qua tháp vi ba.

5. Tia Rơn ghen (tia X)

Tia X có bước sóng nhỏ hơn tia tử ngoại (khoảng từ 30 pm đến 3 nm).

Nguồn phát tia X: tia X được tạo ra khi các electron chuyển động với tốc độ cao tới đập vào tấm kim loại có nguyên tử lượng lớn trong ống tia X.

Hình 4. Khả năng xuyên thấu của tia X

Ứng dụng: chẩn đoán và chữa trị một số bệnh trong y học; tìm khuyết tật trong các vật đúc bằng kim loại và trong các tinh thể; kiểm tra hành lí của hành khách đi máy bay,...

6. Tia gamma (γ)

Tia gamma có bước sóng nhỏ nhất trong thang sóng điện từ, khoảng từ 10^-5 nm đến 0,1 nm.

Trong y học, tia gamma được dùng trong phẫu thuật, điều trị các bệnh liên quan đến khối u, dị dạng mạch máu, các bệnh chức năng của não. Trong công nghiệp, tia gamma giúp phát hiện các khuyết tật bằng hình ảnh rõ ràng với độ chính xác cao.

1. Sóng điện từ là điện từ trường lan truyền trong không gian.

2. Sóng điện từ truyền trong chân không với tốc độ bằng tốc độ ánh sáng c = 3.10⁸ m/s.

3. Dải bước sóng của thang sóng điện từ.