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

1. Kiến thức trọng tâm

Điện từ trường là trường thống nhất gồm điện trường và từ trường biến thiên, trong đó điện trường biến thiên sinh ra từ trường và từ trường biến thiên sinh ra điện trường. Điện trường xoáy là điện trường mà các đường sức là những đường cong kín, xuất hiện khi từ trường biến thiên theo thời gian.

Sóng điện từ là điện từ trường lan truyền trong không gian. Trong sóng điện từ, vectơ cường độ điện trường $\vec{E}$ và vectơ cảm ứng từ $\vec{B}$ luôn dao động vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng, nên sóng điện từ là sóng ngang. Sóng điện từ lan truyền được trong chân không với tốc độ $c = 3 \times 10^8,\text{m/s}$, bằng tốc độ ánh sáng. Trong môi trường vật chất, tốc độ sóng điện từ nhỏ hơn và bằng $v = \dfrac{c}{n}$, với $n$ là chiết suất của môi trường.

Sóng điện từ mang năng lượng và mang thông tin. Thang sóng điện từ gồm sóng vô tuyến, hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tử ngoại, tia $X$ và tia gamma, xếp theo bước sóng giảm dần và tần số tăng dần. Sóng vô tuyến được dùng trong phát thanh, truyền hình và thông tin di động; ánh sáng nhìn thấy giúp con người quan sát thế giới xung quanh.

2. Ví dụ minh họa

Một sóng điện từ trong chân không có tần số $f = 100,\text{MHz}$, tương ứng với sóng FM dùng trong phát thanh. Bước sóng của nó là $\lambda = \dfrac{c}{f} = \dfrac{3 \times 10^8}{10^8} = 3,\text{m}$. Nếu sóng này truyền trong môi trường có chiết suất $n = 1{,}5$ thì tốc độ giảm còn $v = \dfrac{3 \times 10^8}{1{,}5} = 2 \times 10^8,\text{m/s}$ và bước sóng giảm còn $\lambda' = \dfrac{v}{f} = 2,\text{m}$, trong khi tần số không đổi. Ví dụ này cho thấy tần số của sóng điện từ không phụ thuộc vào môi trường truyền sóng.

3. Ghi nhớ

• Điện từ trường: điện trường biến thiên sinh ra từ trường và ngược lại.
• Sóng điện từ là sóng ngang: $\vec{E}$, $\vec{B}$ vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng.
• Tốc độ sóng điện từ trong chân không $c = 3 \times 10^8,\text{m/s}$; trong môi trường $v = \dfrac{c}{n}$.
• Thang sóng điện từ: sóng vô tuyến, hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tử ngoại, tia $X$, tia gamma.
• Sóng điện từ mang năng lượng và truyền được thông tin.