Sóng điện từ là dạng sóng hình thành từ điện từ trường lan truyền trong chân không. Trong môi trường chân không vận tốc lan truyền của sóng điện từ bằng vận tốc ánh sáng (c ≈ 3.108m/s). Sóng điện từ lan truyền trong các điện môi với tốc độ nhỏ hơn trong chân không và phụ thuộc vào hằng số điện môi. Cùng VietChem tìm hiểu thêm thông tin đặc điểm, tính chất, phân loại sóng điện từ qua bài viết sau đây.

1. Khái niệm sóng điện từ

Sóng điện từ là dạng sóng truyền tự do trong không gian, không cần trung gian của chất chuyển động. Năng lượng của sóng có thể truyền đi qua không khí, nước, hoặc trong chân không mà không yêu cầu một vật chất để truyền tải.

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

Sóng điện từ là elektromagnet, bao gồm cả các dạng sóng từ có tần số và bước sóng khác nhau. Phổ elektromagnet bao gồm sóng radio, sóng microwaves, 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 radio, radar; Hình ảnh y tế (tia X), điều trị ung thư (tia gamma); Và nhiều lĩnh vực khác trong cuộc sống cũng như công nghiệp sản xuất.

2. Đặc điểm của sóng điện từ

Sóng điện từ được tạo ra thông qua dao động của trường điện và trường từ. Các đặc điểm của sóng điện từ bao gồm tần số (số lần 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 của sóng).

2.1. Tần số (Frequency)

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

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

2.2. Bước sóng (Wavelength)

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

2.3. Vận tốc (Speed)

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

2.4. Hướng lan truyền (Propagation)

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

2.5. Khả năng dao động (Oscillation)

Sóng điện từ là kết quả dao động của trường điện và trường từ theo hướng vuông góc với nhau.

2.6. Ánh sáng nhìn thấy (Visible Light)

Sóng điện từ ở khoảng tần số từ khoảng 430 THz (violet) đến 750 THz (red) được nhìn thấy và gọi là ánh sáng nhìn thấy.

2.7. Ứng dụng đa của sóng điện từ

Sóng điện từ có nhiều ứng dụng khác nhau trong cuộc sống hàng 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 chính của sóng điện từ:

• Phương truyền: Sóng điện từ truyền đi qua không gian mà không cần môi trường trung gian. Có thể truyền qua không khí, nước, trong chân không.
• Tính chất truyền năng lượng: Sóng điện từ có khả năng truyền năng lượng từ nguồn phát đến nguồn thu mà không cần sự truyền dẫn chất chuyển động.
• Tốc độ truyền và ánh sáng: Trong chân không, tốc độ của sóng điện từ được giả định bằng vận tốc ánh sáng, khoảng 300.000 km/s.
• Tán xạ: Sóng điện từ có thể bị tán xạ khi gặp phải các đối tượng 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 trải qua không gian 3 chiều.
• Ưu điểm của sóng vô tuyến: Sóng vô tuyến truyền tải thông tin từ một điểm đến một điểm khác mà không cần dây truyền và không gian trung gian.
• Tính chất hạt tử (Quantum): Ánh sáng, một dạng sóng điện từ, thể hiện tính chất của hạt tử được gọi là photon trong các thí nghiệm lượng tử.

4. Phân loại sóng điện từ

Sóng điện từ trong không khí thường được phân chia thành bốn loại chính dựa trên bước sóng (wavelength). Các loại sóng này từ ngắn đến dài là:

4.1. Sóng cực ngắn (VHF - Very High Frequency)

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

4.2. Sóng ngắn (HF - High Frequency)

• Bước sóng: Từ 1 m đến 100 m.
• Tần số: Từ 3 MHz đến 30 MHz.
• Ứng dụng: Truyền thanh sóng ngắn, liên lạc xa, rada, các dịch vụ di động không dây.

Hình 4: Sóng điện từ trong không khí thường được phân chia thành bốn loại chính

4.3. Sóng trung (MF - Medium Frequency) và Sóng trung cao (HF - High Frequency)

• 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: Truyền thanh sóng trung, định vị tàu biển, liên lạc xa.

4.4. Sóng dài (LF - Low Frequency) và Sóng rất dài (VLF - Very Low Frequency)

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

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

Vietchem vừa chia sẻ thông tin về sóng điện từ, đặc điểm, tính chất, phân loại đến các bạn thông qua nội dung bài viết trên đây. Hy vọng bài viết đã mang đến thông tin hữu ích đến các bạn.