Sóng điện từ là gì?

1. Sóng điện từ là gì?

Định nghĩa: Sóng điện từ là điện từ trường lan truyền trong không gian.

Sóng điện từ hay còn gọi là bức xạ điện từ đó là một sự kết hợp giữa dao động điện trường và từ trường vuông góc với nhau. Chúng sẽ lan truyền trong không gian như một loại sóng, và vì chúng là sóng nên chúng sẽ có tính chất hạt thường gọi là hạt “photon”.

Trong quá trình lan truyền của sóng điện từ, chúng sẽ mang theo các thông tin, năng lượng và động lượng. Bước sóng của sóng điện từ sẽ rơi vào khoảng từ 400nm đến 700nm và chúng có thể được quan sát bằng mắt thường thông qua ánh sáng chúng phát ra.

2. Đặc điểm của sóng điện từ

• Sóng điện từ có thể lan truyền được trong các môi trường rắn, lỏng, khí và chân không và chúng là loại sóng duy nhất lan truyền được trong chân không.
• Sóng điện từ cũng có các tính chất của sóng cơ như: phản xạ, khúc xạ, giao thoa,… và cũng tuân theo các quy luật truyền thẳng, giao thoa, khúc xạ,…
• Sóng điện từ có bước sóng từ vài mét đến vài km được dùng trong thông tin liên lạc được gọi là sóng vô tuyến.
• Sóng điện từ là thuộc loại sóng ngang nghĩa là nó là sự lan truyền của các dao động liên quan đến tính chất có hướng (cụ thể là cường độ điện trường và cường độ từ trường) của các phần tử mà hướng dao động vuông góc với hướng lan truyền sóng.
• Tốc độ lan truyền sóng điện từ trong chân không là lớn nhất và bằng c = 3.108 m/s.
  Sóng điện từ có mang năng lượng và năng lượng của một hạt photon có bước sóng λ là hc/λ, với h là hằng số Planck và c là vận tốc ánh sáng trong chân không. Như vậy, bước sóng càng dài thì năng lượng photon càng nhỏ.
• Dao động của điện trường và từ trường tại một điểm luôn luôn đồng pha với nhau.

3. Các loại sóng điện từ

Sóng điện từ có 7 loại: sóng vô tuyến, hồng ngoại, vi sóng, ánh sáng nhìn thấy, tia cực tím, tia X và tia gamma.

• Sóng vô tuyến: sóng radio được phát ra bởi các đài phát thanh, đài truyền hình.
• Lò vi sóng: sóng viba được sử dụng để hâm nóng thức ăn.
• Bức xạ hồng ngoại là bức xạ nhiệt, chúng được sử dụng trong các thiết bị hồng ngoại và viễn thám trong điều kiện thời tiết.
• Ánh sáng nhìn thấy được: ánh sáng là phần duy nhất của phổ điện từ có thể nhìn thấy bằng mắt. Mắt cảm nhận được ánh sáng là sự kết hợp của một số màu có bước sóng khác nhau. Ánh sáng được tạo thành từ 7 màu: tím, chàm, xanh dương, xanh lá cây, vàng, cam và đỏ.
• Tia cực tím: được phát ra từ mặt trời và gây cháy nắng cho da. Chúng được sử dụng trong các đèn màu đen của Pháp, làm cho các vật thể phát sáng.
• Tia X-quang: được sử dụng trong y tế, chúng có thể xuyên qua da để nhìn thấy được cấu trúc xương bên trong cơ thể người.
• Tia Gamma: chúng được sản xuất trong các phòng thí nghiệm bằng cách bắn phá các hạt nguyên tử bằng proton và nơtron, hay trong các vụ nổ hạt nhân.

Các loại sóng vô tuyến và ứng dụng

Loại sóng	Bước sóng	Đặc điểm	Ứng dụng
Sóng dài	≥1000m	+ Có năng lượng thấp + Bị các vật trên mặt đất hấp thụ mạnh nhưng nước lại hấp thụ ít	Dùng trong thông tin liên lạc dưới nước
Sóng trung	100-1000m	+ Ban ngày bị tầng điện li hấp thụ mạnh nên không truyền đi xa được + Ban đêm bị tầng điện li phản xạ nên truyền đi xa được	Dùng trong thông tin liên lạc vào ban đêm
Sóng ngắn	10-100m	+ Có năng lượng lớn + Bị phản xạ nhiêu lần giữa tầng điện li và mặt đất	Dùng trong thông tin liên lạc trên mặt đất
Sóng cực ngắn	1-10m	+ Có năng lượng rất lớn + Không bị tâng điện li hấp thụ hay phản xạ + Xuyên qua tầng điện li vào vũ trụ	Dùng trong thông  tin vũ trụ

* Tầng điện li là một lớp khí quyển, trong đó các phần tử khí đã bị ion hóa rất mạnh dưới tác dụng của các tia tử ngoại trong ánh sáng Mặt Trời. Tầng điện ly kéo dài từ độ cao 80÷800 km.

4. Ứng dụng của sóng điện từ là gì?

Sóng điện từ có mặt khắp nơi trong tự nhiên. Bức xạ điện từ là một trong nhiều cách mà năng lượng truyền qua không gian. Nhiệt từ lửa cháy, ánh sáng từ mặt trời, tia X được bác sĩ sử dụng, cũng như năng lượng dùng để nấu thức ăn trong lò vi sóng đều là các dạng của sóng điện từ hay bức xạ điện từ.

• Truyền thông tin, tín hiệu. Có thể nói đây cũng chính là ứng dụng quan trọng nhất của sóng radio.
  Sóng dài (30 KHz – 300 KHz): sóng dài phản xạ tốt các tầng điện li, có thể phản xạ nhiều lần nên bị tầng điện li hấp thụ mạnh vì vậy công suất truyền tải phải lớn. Sóng dài không bị ảnh hưởng bởi hiện tượng giao thoa, điều kiện truyền ổn định nên thường được dùng liên lạc trong các thành phố.
  Sóng trung (300 KHz – 3000 KHz): sóng này bị ảnh hưởng mạnh bởi hiện tượng giao thoa, thường dùng trong liên lạc ở thành phố lớn.
  Sóng ngắn (3000 KHz – 30 MHz): sóng ngắn bị mặt đất và các vật cản hấp thụ mạnh do có tần số cao, sóng ngắn có thể liên lạc đi rất xa.
  Sóng cực ngắn: sóng này không bị phản xạ ở tầng điện li mà sẽ đi xuyên qua nó để vào không gian vũ trụ. Sóng này thường dùng trong phát thanh FM, phát truyền hình, liên lạc vũ trụ.
• Wifi. Sóng Wifi chính là sóng radio cường độ thấp, có bước sóng tương tự bước sóng radio sử dụng trong các lò vi sóng nhưng cường độ thấp hơn khoảng 100000 lần. Sóng radio được tạo ra từ các thiết bị phát sóng Wifi, ánh sáng trắng, lò vi sóng, điện thoại di động có thể khiến bề mặt của vật thể nóng lên nhưng không gây tác động xấu nào.
• Ứng dụng trong chế biến sản phẩm nông nghiệp. Sóng radio có thể được dùng để tiêu diệt sâu bọ trong các hạt sấy khô. Ứng dụng này được các nhà khoa học người Mỹ nghiên cứu và thử nghiệm với các quả óc chó, hồ trăn và một số loại quả khác.
• Sử dụng rộng rãi trong y học. Sóng radio được sử dụng để trị hen. Các nhà khoa học Mỹ đã chế tạo được thiết bị sử dụng sóng radio để giúp bệnh nhân bị hen dễ thở hơn. Sóng radio phát ra từ thiết bị này đi vào phổi, đốt nóng và làm mềm các khối cơ, từ đó làm các đường dẫn khí lưu thông. Sóng radio cũng được dùng để điều trị amidan. Sóng radio cao tầng được sử dụng trong máy Coblator giúp bác sĩ có thể thực hiện nhanh thủ thuật và hạn chế tối đa thương tổn. Không những vậy sóng này còn được dùng trong việc điều trị rối loạn nhịp tim và phá hủy ung thư gan. Bệnh viêm gan, chứng viễn thị, đau lưng đều có thể sử dụng sóng radio để hỗ trợ cho quá trình chữa trị.
• Công nghệ Radar. Radar phát hiện vật ở một khoảng cách bằng sự phản hồi các sóng radio. Khoảng thời gian của sự phản hồi được dùng để xác định khoảng cách.
  Radar định vị quét một vùng không gian rộng từ 2 tới 4 lần trong 1 phút. Dùng sóng ngắn phản hồi từ đất, đá được sử dụng phổ biến trên tàu hay máy bay thương mại. Radar dò tìm mục tiêu quét một vùng không gian nhỏ với xung tia radio ngắn, thường vài lần một giây. Radar thời tiết sử dụng tia radio với phân cực tròn và có bước sóng phản hồi từ các giọt nước, vài radar sử dụng Doppler để đo tốc độ gió. Ngoài ra còn có rất nhiều các loại radar sử dụng sóng radio với các mục đích chuyên dụng.
• Tia hồng ngoại được sử dụng trong y học nhằm phá hủy các tế bào mô bị tổn thương, đồng thời giúp chẩn đoán bệnh chính xác hơn.
• Ánh sáng hồng ngoại được sử dụng bởi bếp hồng ngoại để nấu thức ăn, lò sưởi điện, liên lạc tầm ngắn như camera chụp ảnh nhiệt phát hiện người trong bóng tối, hệ thống an ninh, sợi quang, điều khiển từ xa,…