Bạn có bao giờ tự hỏi sóng điện từ là gì không? Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về khái niệm sóng điện từ cùng với lý thuyết và bài tập liên quan đến nó. Cùng theo dõi nhé!
1. Sóng điện từ là gì?
1.1. Sóng điện từ là gì?
Để trả lời cho câu hỏi sóng điện từ là gì, chúng ta cần hiểu rằng sóng điện từ, hay còn gọi là bức xạ điện từ, là sự kết hợp giữa từ trường và dao động điện trường. Sóng điện từ mang theo thông tin, động lượng và năng lượng trong quá trình truyền tải. Điều đặc biệt là sóng điện từ có tính chất của sóng và được gọi là sóng vì chúng chứa các hạt gọi là “photon”.
1.2. Sự hình thành của sóng điện từ
Sóng điện từ được hình thành khi có điện trường tiếp xúc với từ trường. Hai trường này vuông góc với nhau và cũng vuông góc với phương lan truyền của sóng điện từ. Trường điện từ được tạo ra bởi một hạt mang điện gia tốc và hạt mang điện này dao động điều hoà về vị trí cân bằng.
1.3. Biến điệu sóng điện từ là gì?
Biến điệu sóng điện từ là cơ chế biến đổi và pha trộn các tín hiệu âm tần và cao tần với nhau để tăng hiệu quả phát sóng điện từ đi xa hơn. Cơ chế này được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực truyền hình và truyền thanh.
2. Đặc điểm của sóng điện từ
2.1. Lan truyền trong các môi trường
Sóng điện từ có thể lan truyền trong các môi trường lỏng, rắn, khí và chân không. Tuy nhiên, chỉ có thể lan truyền trong môi trường chân không.
2.2. Có các tính chất của sóng cơ
Sóng điện từ có những tính chất tương tự sóng cơ như khúc xạ, phản xạ và tuân thủ các quy luật truyền thẳng, khúc xạ, giao thoa,…
2.3. Sóng điện từ là sóng ngang
Sóng điện từ là sóng ngang, có thể hiểu là sự lan truyền của các dao động liên quan đến tính chất có hướng của các phần tử. Hướng dao động của sóng điện từ vuông góc với hướng lan truyền sóng.
2.4. Sóng điện từ mang năng lượng
Sóng điện từ có mang năng lượng và năng lượng của một hạt photon có bước sóng λ được tính bằng công thức hc/λ, trong đó h là hằng số Planck và c là vận tốc ánh sáng trong môi trường chân không. Do đó, năng lượng photon sẽ càng nhỏ khi bước sóng càng dài.
3. Nguyên tắc khi truyền sóng điện từ
Để truyền sóng điện từ thành công, chúng ta cần tuân thủ những nguyên tắc sau:
- Biến điệu sóng điện từ thành các tín hiệu âm tần để có thể truyền tải hình ảnh và âm thanh xa hơn.
- Sử dụng sóng ngang (sóng cao tần) để truyền sóng điện từ.
- Tách tín hiệu ra khỏi sóng cao tần.
- Khuếch đại tín hiệu khi sóng có cường độ nhỏ.
4. Phân loại sóng điện từ
Sóng điện từ được chia thành các loại sóng ngắn, sóng cực ngắn, sóng trung và sóng dài trong khí quyển.
- Sóng cực ngắn: Bước sóng từ 1 – 10m, không bị hấp thụ hay phản xạ bởi tầng điện ly và thường được sử dụng trong nghiên cứu vũ trụ.
- Sóng ngắn: Bước sóng từ 10 – 100m, bị phản xạ nhiều lần ở tầng điện ly và mặt đất, được sử dụng trong liên lạc dưới mặt đất và thông tin liên lạc.
- Sóng trung: Bước sóng từ 100 – 1000m, bị tầng điện ly hấp thụ mạnh vào ban ngày, được sử dụng trong thông tin liên lạc vào ban đêm.
- Sóng dài: Bước sóng lớn hơn 1000m, bị vật thể trên mặt đất hấp thụ mạnh nhưng không dễ bị hấp thụ trong môi trường nước, được sử dụng trong thông tin liên lạc giữa các tàu ngầm dưới nước hay biển.
5. Ứng dụng của sóng điện từ
Sóng điện từ đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong việc đo lường. Chúng được sử dụng trong lò vi sóng, y học, truyền thông và nhiều lĩnh vực khác như mạng không dây, truyền tín hiệu và trị liệu các bệnh như hen suyễn và viễn thị.
6. Sự truyền sóng vô tuyến trong khí quyển
6.1. Vùng sóng ngắn ít bị hấp thụ
Các sóng dài, sóng cực ngắn và sóng trung bị phân tử không khí trong khí quyển hấp thụ cực mạnh, do đó không thể truyền xa. Tuy nhiên, trong một số vùng rất hẹp, sóng ngắn không bị không khí hấp thụ.
6.2. Sự phản xạ của sóng ngắn trên tầng điện ly
Tầng điện ly, là lớp khí quyển mà các phân tử đã bị ion hóa dưới tác động của tia tử ngoại từ Mặt Trời, là nơi sóng ngắn phản xạ tốt, cũng như trên mặt nước biển và mặt đất. Nhờ phản xạ liên tục trên tầng điện ly và mặt đất mà sóng ngắn có thể truyền xa trên mặt đất.
7. Bài tập trắc nghiệm sóng điện từ
Câu 1: Bước sóng điện từ có công thức là gì?
A.
B.
C.
D.
Đáp án: A
Câu 2: Một sóng điện từ có tần số 90MHz được truyền trong không khí với vận tốc 3.108 m/s. Tính bước sóng?
A. 3,333m
B. 3,333km
C. 33,33km
D. 33,33m
Đáp án: D
Câu 3: Tính bước sóng khi sóng điện từ có tần số 10 MHz truyền trong chân không?
A. 60m
B. 6m
C. 30m
D. 2m
Đáp án: C
Câu 4: Trong chân không, một sóng điện từ có tần số 30MHz được truyền với vận tốc là 3.108 m/s. Tính bước sóng.
A. 16m
B. 9m
C. 10m
D. 6m
Đáp án: C
Câu 5: Một máy thu thanh để thu sóng trung trong mạch dao động anten, chúng ta cần:
A. Giảm C, giảm L
B. Giữ nguyên C, giảm L
C. Tăng cả C và L
D. Giữ nguyên L, giảm C
Đáp án: C
Câu 6: Có vận tốc truyền sóng điện từ là 3.108 m/s và bước sóng là 31m. Tính tần số của sóng.
A. 9,86kHz
B. 60,8MHz
C. 9,86MHz
D. 60,8kHz
Đáp án: C
Câu 7: Một máy thu vô tuyến có mạch chọn sóng gồm một tụ điện có điện dung biến đổi được và một cuộn cảm thuần cảm. Khi tụ điện có điện dung là 20pF thì bắt được sóng với bước sóng là 30m. Hỏi khi điện dung là 180pF thì bắt được sóng có bước sóng bao nhiêu?
A. 150m
B. 270m
C. 90m
D. 10m
Đáp án: C
Câu 8: Cho cuộn cảm có hệ số tự cảm là 4µH và một tụ điện có điện dung là 10pF được đặt trong một mạch dao động LC lý tưởng để thu sóng điện từ. Tính bước sóng mạch thu được.
A. 6m
B. 12m
C. 120m
D. 60m
Đáp án: B
Câu 9: Điện dung $C=frac{1}{4000pi}$ (F) và độ tự cảm $L=frac{1,6}{pi}$ (H) lần lượt là điện dung và độ tự cảm của cuộn dây trong mạch thu sóng vô tuyến. Cho $pi^2=10$. Hỏi tần số mà sóng thu được là bao nhiêu?
A. 50Hz
B. 25Hz
C. 100Hz
D. 200Hz
Đáp án: B
Câu 10: Cho một máy thu vô tuyến có mạch chọn sóng gồm một tụ điện có điện dung là 0,1nF và một cuộn cảm có độ tự cảm là 30µH. Mạch này có thể bắt được loại sóng nào sau đây?
A. Sóng trung
B. Sóng dài
C. Sóng ngắn
D. Sóng cực ngắn
Đáp án: A
Hy vọng qua bài viết này, các bạn đã hiểu thêm về sóng điện từ và cách giải bài tập liên quan đến nó. Nếu muốn nắm rõ hơn về môn Vật Lý, hãy truy cập Trường trực tuyến để tìm hiểu thêm nhiều kiến thức hữu ích.