Sóng điện từ – Đặc điểm, tính chất, phân loại

Chu Văn An

Sóng điện từ là sóng được hình thành từ trường điện từ lan truyền trong chân không. Trong môi trường chân không, tốc độ lan truyền của sóng điện từ bằng tốc độ ánh sáng (c ≈ 3,108m/s). Sóng điện từ lan truyền trong chất điện môi với tốc độ thấp hơn trong chân không và phụ thuộc vào hằng số điện môi. Hãy cùng Trường Chu Văn An tìm hiểu thêm về đặc điểm, tính chất và phân loại sóng điện từ qua bài viết sau đây.

1. Khái niệm sóng điện từ

Sóng điện từ là sóng lan truyền tự do trong không gian mà không cần có vật chuyển động làm trung gian. Năng lượng của sóng có thể truyền qua không khí, nước hoặc trong chân không mà không cần chất nào truyền đi.

Hình 1: Sóng điện từ là sóng lan truyền tự do trong không gian

Sóng điện từ là nam châm điện, bao gồm các dạng sóng từ có tần số và bước sóng khác nhau. Phổ nam châm điện bao gồm sóng vô tuyến, sóng vi ba, sóng hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia X và tia gamma.

Ứng dụng của sóng điện từ rất đa dạng, bao gồm: Viễn thông không dây, truyền hình và phát thanh, radar; Chụp ảnh y tế (X-quang), điều trị ung thư (tia gamma); Và nhiều lĩnh vực khác của đời sống cũng như công nghiệp sản xuất.

2. Đặc điểm của sóng điện từ

Sóng điện từ được tạo ra thông qua sự dao động của điện trường và từ trường. Đặc điểm của sóng điện từ bao gồm tần số (số dao động trong một đơn vị thời gian); bước sóng (khoảng cách giữa hai điểm liên tiếp trên sóng); Và vận tốc (tốc độ truyền sóng).

2.1. Tính thường xuyên

Tần số của sóng điện từ đo số lần dao động của điện trường hoặc từ trường trong một đơn vị thời gian. Đơn vị đo là Hertz (Hz). Các loại sóng điện từ có tần số khác nhau như: Sóng vô tuyến, sóng vi ba và ánh sáng có tần số từ thấp đến cao.

Hình 2: Sóng điện từ được tạo ra thông qua sự dao động của điện trường và từ trường

2.2. Bước sóng

Bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm liên tiếp trên sóng. Bước sóng và tần số có liên hệ với nhau thông qua công thức: v=fλ. Trong đó v là vận tốc sóng, f là tần số và λ là bước sóng.

2.3. Tốc độ

Tốc độ lan truyền của sóng điện từ trong không khí hoặc trong môi trường truyền dẫn khác là khoảng 300.000km/s. Trong không khí, tốc độ này được coi là tốc độ ánh sáng

2.4. Hướng lan truyền

Sóng điện từ có khả năng lan truyền trong không gian mà không cần đến vật chất trung gian. Chúng có thể di chuyển trong không khí, nước và thậm chí cả chân không.

2.5. dao động

Sóng điện từ là kết quả của sự dao động của điện trường và từ trường theo phương vuông góc.

2.6. Ánh sáng nhìn thấy được

Sóng điện từ ở tần số từ khoảng 430 THz (tím) đến 750 THz (đỏ) có thể nhìn thấy được và được gọi là ánh sáng khả kiến.

2.7. Nhiều ứng dụng của sóng điện từ

Sóng điện từ có nhiều ứng dụng khác nhau trong đời sống hằng ngày, bao gồm: Viễn thông, y học, công nghiệp, khoa học và giải trí.

3. Tính chất của sóng điện từ

Hình 3: Tính chất của sóng điện từ

Một số tính chất cơ bản của sóng điện từ:

• Sự lan truyền: Sóng điện từ truyền trong không gian không cần môi trường trung gian. Có thể truyền qua không khí, nước và chân không.
• Tính chất truyền năng lượng: Sóng điện từ có khả năng truyền năng lượng từ nguồn đến máy thu mà không cần có chất chuyển động.
• Tốc độ lan truyền và ánh sáng: Trong chân không, tốc độ của sóng điện từ được cho là bằng tốc độ ánh sáng, khoảng 300.000 km/s.
• Tán xạ: Sóng điện từ có thể bị tán xạ khi gặp vật thể có kích thước nhỏ so với bước sóng của chúng. Dẫn đến hiện tượng như tán xạ ánh sáng trên bầu trời xanh.
• Chia sẻ năng lượng và không gian 3D: Sóng điện từ có thể chia sẻ năng lượng giữa nhiều điểm và đi qua không gian 3 chiều.
• Ưu điểm của sóng vô tuyến: Sóng vô tuyến truyền tải thông tin từ điểm này đến điểm khác mà không cần dây dẫn và không gian trung gian.
• Tính chất hạt: Ánh sáng, một dạng sóng điện từ, thể hiện tính chất của hạt gọi là photon trong các thí nghiệm lượng tử.

4. Phân loại sóng điện từ

Sóng điện từ trong không khí thường được chia thành 4 loại chính dựa trên bước sóng. Những loại sóng này, từ ngắn đến dài, là:

4.1. Tần số rất cao (VHF)

• Bước sóng: Từ 10 cm đến 1 m.
• Tần số: Từ 30 MHz đến 300 MHz.
• Ứng dụng: Truyền hình VHF, đài FM, dịch vụ di động không dây.

4.2. Sóng ngắn (HF – Tần số cao)

• Bước sóng: Từ 1 m đến 100 m.
• Tần số: Từ 3 MHz đến 30 MHz.
• Ứng dụng: Phát sóng sóng ngắn, liên lạc đường dài, radar, dịch vụ di động không dây.

Hình 4: Sóng điện từ trong không khí thường được chia làm 4 loại chính

4.3. Tần số trung bình (MF) và tần số cao (HF)

• Bước sóng: Từ 100m đến 1km (MF) và từ 10m đến 100m (HF).
• Tần số: Từ 300 kHz đến 3 MHz (MF) và từ 3 MHz đến 30 MHz (HF).
• Ứng dụng: Phát sóng vô tuyến sóng trung, định vị tàu, liên lạc đường dài.

4.4. Sóng dài (LF – Tần số thấp) và Sóng rất dài (VLF – Tần số rất thấp)

• Bước sóng: Từ 1 km đến 100 km (LF) và trên 100 km (VLF).
• Tần số: Dưới 300 kHz (LF) và dưới 30 kHz (VLF).
• Ứng dụng: Thông tin liên lạc dưới nước, định vị tàu ngầm, nghiên cứu điện cực mặt đất.

Mỗi loại sóng điện từ đều có những đặc điểm và ứng dụng riêng. Phụ thuộc vào mục đích sử dụng, khoảng cách truyền dẫn và khả năng xâm nhập vào môi trường xung quanh.

Vietchem vừa chia sẻ đến các bạn những thông tin về sóng điện từ, đặc điểm, tính chất và phân loại qua bài viết trên. Hy vọng bài viết này đã mang lại những thông tin hữu ích cho bạn.