Hiện nay có rất nhiều công nghệ sử dụng sóng điện từ để kết nối và truyền tải dữ liệu. Chúng ta đã quá quen thuộc với những khái niệm như: sóng điện từ, sóng vô tuyến, sóng radio,… nhưng trên thực tế để hiểu rõ bản chất của các loại sóng này là một vấn đề không hề đơn giản.
Mục lục
Sóng điện từ là gì?
Sóng điện từ hay được biết đến nhiều hơn với tên gọi Bức xạ điện từ. Đây là một khái niệm vật lý chỉ sự kết hợp (tổng hợp các vector) giữa dao động điện trường và từ trường theo phương vuông góc với nhau. Kết quả của sự kết hợp này chính là sự lan truyền ra không gian như sóng bởi vậy nên khái niệm này được gọi là Sóng điện từ.
Sóng điện từ trong quá trình lan truyền sẽ có tính chất như dòng chuyển động của các hạt được gọi là photon. Chính vì vậy sóng điện từ sẽ mang theo thông tin, năng lượng và động lượng trong quá trình lan truyền.
Một bước sóng điện từ sẽ có độ dài trong khoảng 400 nm tới 700 nm. Bạn có thể nhìn được sóng điện từ bằng mắt thường dưới dạng các tia sáng.
Sóng điện từ là sóng gì?
Sóng điện từ là sóng ngang bởi sóng này có hướng dao động của các các hạt photon vuông góc với phương lan truyền của sóng. Chính vì là sóng ngang, sóng điện từ có xảy ra hiện tượng phân cực như một số loại sóng cùng tính chất khác.
Biến điệu sóng điện từ là gì?
Biến điệu sóng điện từ là cơ chế biến đổi và pha trộn các tín hiệu cao tần và âm tần với nhau để gia tăng hiệu quả phát sóng điện từ đi xa hơn. Cơ chế này được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực truyền thanh và truyền hình.
Một ví dụ ta có thể thấy rõ nhất của việc ứng dụng sóng điện từ đó chính là các máy bộ đàm. Hay đơn giản, khi bạn vào nhà đóng một khóa điện, dòng điện chạy qua một tim đèn, làm nóng sợi tim và đèn phát ra ánh sáng, ánh sáng ta thấy được chính là sóng điện từ trường. Ta có thể sử dụng sóng điện từ trường hay theo cách gọi quen thuộc là sóng điện từ để truyền đi xa các tín hiệu. Sóng điện từ chính là các dao động lặp đi lặp lại và ngày một lan ra xa.
Đặc điểm 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 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.
- Luôn tạo thành một tam diện thuận
- Dao động của điện trường và từ trường tại một điểm luôn luôn đồng pha với nhau.
- 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 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.
- Phổ sóng rộng
- 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
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
Mạch LC là mạch dao động kín: điện từ trường hầu như không bức xạ ra bên ngoài vì thế không phát sóng điện từ
Mạch dao động hở: khi bán cực của tụ bị lệch làm cho vùng không gian có điện từ trường biến thiên mở rộng khiến có sóng điện từ phát ra.
Sóng điện từ bao gồm những loại nào?
Có nhiều cách để phân chia các loại sóng điện từ, theo độ dài bước sóng và những ứng dụng trong đời sống.
Phân loại sóng điện từ dựa trên độ dài của bước sóng
| Tên sóng | Độ dài bước sóng | Năng lượng | Tính chất | Ứng dụng |
| Sóng cực ngắn | 1 – 10 m | Sở hữu lượng năng lượng rất lớn | Không bị hấp thụ hay phản xạ bởi tầng điện li | Ứng dụng trong ngành thiên văn học, phục vụ nghiên cứu vũ trụ |
| Sóng ngắn | 10 – 100 m | Sở hữu lượng năng lượng lớn | Bị phản xạ nhiều lần ở tầng điện li và mặt đất | Ứng dụng trong ngành truyền thanh, truyền hình |
| Sóng trung | 100 – 1000 m | Sở hữu lượng năng lượng trung bình | Bị tầng điện li hấp thụ mạnh vào ban ngàyKhông bị hấp thụ vào ban đêm | Ứng dụng trong ngành thông tin liên lạc vào ban đêm |
| Sóng dài | > 1000 m | Sở hữu lưỡng năng lượng tương đối thấp | Bị các vật thể trên bề mặt đất hấp thụ mạnhGần như không bị hấp thụ trong môi trường nước | Ứng dụng trong liên lạc, truyền tải thông tin dưới biển như giữa các tàu ngầm với nhau |
Phân loại các sóng điện từ dựa trên ứng dụng
Ngoài cách phân loại bằng độ dài bước sóng, ta còn có thể chia sóng điện từ thành 7 loại sóng thông dụng dựa trên ứng dụng và các đặc điểm của chúng. 7 loại sóng điện từ sẽ được liệt kê đầy đủ ở bảng dưới:
| Tên sóng | Độ dài bước sóng | Tần số | Năng lượng sóng |
| Sóng Radio | 1 mm – 100000 km | 300 MHz – 3 Hz | 12.4 feV – 1.24 meV |
| Sóng Vi Ba | 1 mm – 1 m | 300 GHz – 300 MHz | 1.7 eV – 1.24 meV |
| Tia hồng ngoại | 700 nm – 1 mm | 430 THz – 300 GHz | 1.24 meV – 1.7 eV |
| Ánh sáng | 380 nm – 700 nm | 790 THz – 430 THz | 1.7 eV – 3.3 eV |
| Tia tử ngoại | 10 nm – 380 nm | 30 PHz – 790 THz | 3.3 eV – 124 keV |
| Tia X | 0.01 nm – 10 nm | 30 EHz – 30 PHz | 124 eV – 124 keV |
| Tia gamma | ≤ 0,01 nm | 30 EHz | 124 keV – 300 GeV |
Các nguyên tắc khi truyền sóng điện từ
Khi tiến hành truyền sóng điện từ, bạn cần phải đảm bảo được những nguyên tắc dưới đây để có được một đường trường khỏe và ổn định:
- Để có thể truyền tải âm thanh và hình ảnh với khoảng cách xa hơn và chất lượng cao hơn, chúng ta cần phải biến điệu sóng điện từ thành các dao động điện hay còn được gọi là tín hiệu âm tần. Có hai loại biến điệu là biến điệu biên độ (AM) và biến điệu tần số (FM).
- Sử dụng sóng cao tần hay sóng ngang để truyền đi
- Cần phải tách tín hiệu ra khỏi sóng cao tần để việc lan truyền có được hiệu quả cao hơn
- Đối với những tín hiệu có cường độ nhỏ, cần phải khuếch đại tín hiệu.
Ứng dụng của sóng điện từ
Sóng điện từ được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống, đặc biệt là lĩnh vực đo lường. Bức xạ điện từ thường được tích hợp trong các thiết bị hay cảm biến đo lường có độ nhạy cao nhất trên thị trường.
Ta có thể liệt kê các thiết bị như cảm biến đo mức siêu âm hay cảm biến đo mức dạng radar được sử dụng để đo lường ở khoảng cách xa thông qua việc thu và phát các sóng điện từ.
Ngoài ra các loại sóng điện từ khác nhau cũng có những ứng dụng trong cách lĩnh vực khác nhau như:
Sóng Vi Ba
Sóng vi ba hay còn gọi là vi sóng để sử dụng để làm nóng các loại thức ăn trong lò vi sóng. Ngoài ra, nhờ tính chất không dễ bị gây nhiễu, sóng Vi Ba còn được ứng dụng rất nhiều trong lĩnh vực liên lạc vũ trụ. Các hoạt động truyền tin không dây phổ biến như mạng không dây (wireless LAN), bluetooth hay truyền hình cáp cũng ứng dụng sóng Vi Ba.
Tia hồng ngoại
Tia hồng ngoại được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực y học. Tia này được sử dụng để chẩn đoán một số loại bệnh và loại bỏ các mô tế bào bị thương. Một số bệnh có thể chữa bằng tia hồng ngoại có thể kể tới như các bệnh liên quan tới cơ, xương khớp. Ngoài ra tia hồng ngoại còn có khả năng giảm đau, tan máu bầm khi được chiếu vào miệng vết thương.
Ngoài ra tia hồng ngoại còn được sử dụng để phát hiện chuyển động trong chuông báo cháy và các loại máy ảnh điện tử.
Sóng radio
Đây là loại sóng điện từ phổ biến nhất và được ứng dụng chủ yếu trong lực vực thông tin truyền thông, truyền tín hiệu và thu phát internet không dây (wifi).
Ngoài ra, sóng radio còn được ứng dụng trong lĩnh vực sấy khô giúp tiêu diệt các loại sâu bọ, tăng cường khả năng bảo quản của loại hạt khô. Trong y học, sóng radio còn sử dụng để điều trị các loại bệnh như điều trị hen, viêm amidan, tiêu diệt các tế bào ung thư gan, viễn thị, …
Tia tử ngoại
Ứng dụng lớn nhất của tia tử ngoại chính là khả năng tiêu diệt vi khuẩn một cách sạch sẽ. Chính vì vậy, tia này được ứng dụng vào việc tiêu diệt các tế bào ung thư một cách triệt để. Ngoài ra, tia tử ngoại còn được sử dụng để tiệt trùng và diệt khuẩn trong những môi trường cần độ sạch sẽ cao như y học hay công nghiệp thực phẩm.
Suất điện động cảm ứng là gì? Định nghĩa và các công thức tính
Tia X
Tia X có khả năng xuyên qua nhiều vật chất đem lại cho con người có thể kiểm tra vật phẩm mà không cần mở ra hay kiểm tra cơ thể mà không cần phải lên bàn mổ. Chính vì vậy, tia X được sử dụng nhiều trong y học để kiểm tra thương tổn của xương hay kiểm tra hành lý tại cổng kiểm tra an ninh ở các khu vực quan trọng.
Tia gamma
Tia gamma được sử dụng thay cho dao trong những ca phẫu thuật có độ khó và yêu cầu tính chính xác cao như phẫu thuật não. Ngoài ra tia này còn được sử dụng để chế tạo kính viễn vọng gamma để theo dõi sự hoạt động của các hố đen hay vụ nổ lớn trong vũ trụ.
Tác hại của sóng điện từ
Mặc dù được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống, sóng điện từ vẫn có thể gây ra những tác hại nhất định lên sức khỏe con người. Theo nhiều nghiên cứu của các nhà khoa học, sóng điện từ có thể gây nên những tổn thương di truyền như dị tật, ung thư hay các bệnh lý và rối loạn hệ thần kinh.
Đặc biệt, trẻ em sẽ dễ bị ảnh hưởng bởi sóng điện từ vì khả năng hấp thụ bức xạ nhiều hơn so với người trưởng thành. Chính vì vậy bạn cần phải lưu ý hạn chế tiếp xúc với các loại sóng điện từ để đảm bảo một cơ thể khỏe mạnh.
Trên đây là bài viết của chúng tôi giới thiệu về Sóng điện từ, đặc điểm, tác dụng và cả tác hại của loại sóng này. Hy vọng bài viết của chúng tôi đã cung cấp đầy đủ những kiến thức thông tin, bổ ích mà bạn cần
