Tổng hợp lý thuyết về chương sóng điện từ và bài tập minh họa

Sóng điện từ có rất nhiều ứng dụng thiết thực trong cuộc sống. Hiện nay có rất nhiều công nghệ sử dụng sóng điện từ để kết nối và truyền tải dữ liệu. Qua bài viết này chúng ta sẽ tìm hiểu về sóng điện từ.

Sóng điện từ là gì?

Sóng điện từ (hay bức xạ điện từ) là sóng được tạo ra do kết quả của dao động giữa điện trường và từ trường. Nói cách khác, sóng điện từ bao gồm các từ trường và điện dao động. Sóng điện từ là sóng ngang và truyền với vận tốc không đổi 3×10⁸m/s trong chân không.

sóng điện từ

Nguồn phát của sóng điện từ

  • Những vật phát ra trường điện hoặc trường từ.
  • Tia lửa điện, chấn tử
  • Dây dẫn điện xoay chiều
  • Cầu dao đóng ngắt mạch …

Đặc điểm của sóng điện từ

  • Lan truyền được trong các môi trường rắn, lỏng, khí và chân không. Là sóng duy nhất lan truyền được trong chân không.
  • Sóng điện từ là sóng ngang.
  • Tốc độ lan truyền sóng điện từ trong chân không là lớn nhất và bằng c = 3×10⁸m/s.
  • Các vectơ từ trường B, vectơ điện trường E, vận tốc truyền đôi một vuông góc nhau.

Tính chất của sóng điện từ

  • Dao động của điện trường và từ trường tại một điểm luôn luôn đồng pha với nhau.
  • Sóng điện từ mang năng lượng.
  • 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,…

Năng lượng sóng điện từ

Sóng điện từ mang năng lượng. 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.

Bước sóng của sóng điện từ

Dựa vào bước sóng của sóng điện từ, sóng điện từ được phân loại thành thang sóng điện từ trong vật lý học như sau:

·         Bức xạ gamma có bước sóng dưới 10-12m

·         Bức xạ tia X có bước sóng 10-11m  đến 10-8m

·         Tia cực tím có bước sóng 10-8m đến 3,8.10-7m

·         Ánh sáng thấy được có bước sóng 3,8.10-7m đến 7,6.10-7m

·         Bức xạ hồng ngoại có bước sóng 7,6.10-7m đến 10-3m

·         Bức xạ vi sóng – Sóng vi ba

·         Sóng radio có bước sóng 10-3trở lên

Các dải sóng điện từ này đi theo thứ tự tăng dần của bước sóng, đặc trưng của loại bức xạ.

năng lượng sóng điện từ

Công thức bước sóng của sóng điện từ:

   với c = 3×10⁸m/s.

Công thức tính bước sóng trong môi trường chiết suất n:

Truyền thông bằng sóng điện từ

   Sóng điện từ có bước sóng từ vài mét đến vài kilomet được dùng trong thông tin liên lạc được gọi là sóng vô tuyến.

Sóng vô tuyến bao phủ một dải tần số khổng lồ và bước sóng của chúng thay đổi từ hàng chục cm đối với sóng tần số cao đến hàng trăm mét (chiều dài của đường chạy điền kinh) đối với tần số thấp hơn. Người ta chia thành sóng cực ngắn, sóng ngắn, sóng trung và sóng dài.

·        Sóng cực ngắn: Có bước sóng từ 1 – 10 m, có năng lượng rất lớn, không bị tăng điện li hấp thụ hay phản xạ, xuyên qua tầng điện li vào vũ trụ và được ứng dụng trong thông tin vũ trụ.

·        Sóng ngắn: có bước sóng từ 10-100 m, có năng lượng lớn, bị phản xạ nhiều lần giữa tầng diện li và mặt đất, được dùng trong thông tin liên lạc trên mặt đất.

·        Sóng trung: có bước sóng từ 100-1000 m, ban ngày bị tầng điện li hâp thụ mạnh nên không truyền đi xa được. Tuy nhiên ban đêm bị tầng điện li phản xạ nên truyền đi xa được, được dùng trong thông tin liên lạc vào ban đêm.

·        Sóng dài: có bước sóng lớn hơn 1000m, có năng lượng thấp, bị các vật trên mặt đất hấp thụ mạnh nhưng ít bị nước hấp thụ nên được dùng trong thông tin liên lạc dưới nước.

Nguyên tắc truyền thông tin bằng sóng điện từ:

·        Biến điệu âm thanh hay hình ảnh muốn truyền đi thành dao động điện (tín hiệu âm tần).

AM: Biến điệu biên độ

FM: Biến điệu tần số

·        Dùng sóng ngang (sóng cao tần)

·        Tách sóng: tách tín hiệu ra khỏi sóng cao tần

·        Khuếch đại tín hiệu khi tín hiệu được thu có cường độ nhỏ

Câu hỏi và bài tập

Câu 1: Sóng điện từ có tần số 21 MHz thuộc loại sóng nào dưới đây?

A.   Sóng dài

B.    Sóng trung

C.    Sóng ngắn

D.   Sóng cực ngắn

Câu 2: Hãy chọn câu đúng. Nhiều khi ngồi trong nhà không thể dùng được điện thoại di động vì không có sóng. Nhà đó chắc chắn phải là :

A.   Nhà sàn

B.    Nhà lá

C.    Nhà gạch

D.   Nhà bê tông

Câu 3: Trong các hình sau, hình nào diễn tả đúng phương và chiều của cường độ điện trường E, cảm ứng từ B và tốc độ truyền sóng V của 1 sóng điện từ?

tính chất sóng điện từ

A.   Hình a

B.    Hình c

C.    Hình d

D.   Hình b

Câu 4: Tính tần số của sóng ngắn có bước sóng là 25m. Biết tốc độ truyền sóng điện từ là 3×10⁸m/s ?

A.   21 MHz

B.        12 Hz

C.        21 Hz

D.   12 MHz

Xem thêm:

Sóng vô tuyến. Truyền thông tin bằng sóng vô tuyến

Mạch dao động điện từ LC