Bài 19. Điện từ trường. Mô hình sóng điện từ

1. Điện từ trường

Ta đã biết:

• Điện tích đứng yên tạo ra điện trường.
• Dòng điện, tức các điện tích chuyển động có hướng, tạo ra từ trường.

Tuy nhiên, điện trường và từ trường còn có quan hệ mật thiết với nhau. Khi từ trường biến thiên theo thời gian thì nó sinh ra điện trường xoáy (điện trường có đường sức là những đường cong kín); khi điện trường biến thiên theo thời gian thì nó sinh ra từ trường. Nhờ quan hệ hai chiều đó, điện từ trường có thể tồn tại trong không gian ngay cả khi tại đó không có điện tích hay dòng điện. Nói cách khác, điện từ trường là một dạng vật chất có khả năng lan truyền.

2. Mô hình sóng điện từ

Trong đó: $v$ (hoặc $c$) là tốc độ lan truyền sóng điện từ, đơn vị SI là $\mathrm{m/s}$; $\lambda$ là bước sóng, đơn vị SI là $\mathrm{m}$ (thường dùng $\mathrm{nm}$ hoặc $\mu\mathrm{m}$); $f$ là tần số, đơn vị SI là $\mathrm{Hz}$.

3. Đặc điểm của sóng điện từ

• Sóng điện từ có thể lan truyền được trong chân không.
• Tốc độ lan truyền phụ thuộc vào môi trường: trong chân không bằng $c$, trong môi trường vật chất thì nhỏ hơn $c$.

4. Thang sóng điện từ

Dựa vào bước sóng hoặc tần số, người ta sắp xếp sóng điện từ thành một thang thứ tự. Theo bước sóng giảm dần, tức tần số tăng dần, ta có:

• Sóng vô tuyến;
• Vi sóng;
• Tia hồng ngoại;
• Ánh sáng nhìn thấy;
• Tia tử ngoại;
• Tia X;
• Tia gamma.

5. Ví dụ minh hoạ

6. Liên hệ thực tế

Maxwell đã chỉ ra ánh sáng là sóng điện từ trước khi các thực nghiệm trực tiếp kiểm chứng sự tồn tại của sóng điện từ được tiến hành. Đây là một trong những thành tựu vĩ đại của vật lí lý thuyết.

Thang sóng điện từ có ứng dụng rất rộng. Sóng vô tuyến và vi sóng dùng trong viễn thông, rada, lò vi sóng. Tia hồng ngoại dùng trong điều khiển từ xa, chụp ảnh trong điều kiện thiếu sáng. Tia X dùng trong y học để chụp phim. Tia gamma dùng trong xạ trị điều trị bệnh. Những ứng dụng đó cho thấy điện từ trường là một dạng vật chất gần gũi và quan trọng trong đời sống.