(Trang 44)
| Chỉ với một chiếc điện thoại thông minh hay chiếc máy tính được kết nối với internet, ta có thể trao đổi thông tin với nhau trên khắp toàn cầu. Vậy tại sao thông tin lại có thể lan truyền được trong không gian? |
I. SÓNG ĐIỆN TỪ
| Các thiết bị như ti vi, điện thoại di động, lò vi sóng đều sử dụng sóng điện từ. Vậy sóng điện từ là gì? Dựa vào các thí nghiệm nghiên cứu về mối liên hệ giữa dòng điện và từ trường, nhà bác học Faraday đã xây dựng lí thuyết điện từ. Lí thuyết này đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi cho tới ngày nay. Maxwell đã mở rộng lí thuyết này và dựa vào đó tiên đoán điện từ trường biến thiên sẽ lan truyền khắp không gian dưới dạng sóng. Sóng này gọi là sóng điện từ. Qua rất nhiều nghiên cứu ông đã đi tới kết luận: Sóng điện từ là điện từ trường lan truyền trong không gian. Sóng điện từ là sóng ngang. Hơn nữa, bằng tính toán, Maxwell đã chỉ ra được tốc độ của tất cả các sóng điện từ truyền trong chân không có giá trị bằng |
Hình 11.1. Michael Faraday, (Mai-con Pha-ra-đây, 1791-1867), nhà vật lí người Anh
Hình 11.2. James Clerk Maxwell, (Giêm-clơ Mác-xoen, 1831-1879), nhà vật lí người Anh |
, đúng bằng tốc độ ánh sáng trong chân không. Đây là cơ sở để ông khẳng định rằng ánh sáng chính là sóng điện từ.
Một vệ tinh thông tin (vệ tinh địa tĩnh) chuyển động trên quỹ đạo tròn ngay phía trên xích đạo của Trái Đất, quay cùng hướng và cùng chu kì tự quay của Trái Đất ở độ cao 36 600 km so với đài phát trên mặt đất. Đài phát nằm trên đường thẳng nối vệ tinh và tâm Trái Đất. Coi Trái Đất là một hình cầu có bán kính R = 6 400 km. Vệ tinh nhận sóng truyền hình từ đài phát rồi phát lại tức thời tín hiệu đó về Trái Đất. Biết tốc độ truyền sóng 
. Tính khoảng thời gian lớn nhất mà sóng truyền hình đi từ đài phát đến một điểm trên mặt Trái Đất, vẽ hình minh hoạ.
(Trang 45)
II. THANG SÓNG ĐIỆN TỪ
Sự khác nhau về bước sóng (hay tần số) của các loại sóng điện từ đã dẫn đến sự khác nhau về tính chất và công dụng của chúng.
Toàn bộ sóng điện từ, từ sóng rất dài (hàng chục km) đến sóng rất ngắn (cỡ 
đến 
) đã được trình bày dưới dạng một thang sóng điện từ (Hình 11.3).
Hình 11.3. Thang sóng điện từ
Tia λ
Tia X
Tử ngoại
Hồng ngoại
Vi ba
Sóng vô tuyến
Tần số cao
Tần số thấp
Ánh sáng nhìn thấy
Không có sự phân chia rõ ràng giữa các dải sóng trong phổ của sóng điện từ.
1. Ánh sáng nhìn thấy
– Dải bước sóng của ánh sáng nhìn thấy là một phần của thang sóng điện từ (Hình 11.3). Quang phổ của ánh sáng nhìn thấy là một dải màu biến thiên liên tục từ tím đến đỏ. Bước sóng của ánh sáng nhìn thấy nằm trong khoảng từ 0,38 μm đến 0,76 μm, trong đó ánh sáng đỏ có bước sóng dài nhất khoảng 0,76 μm, ánh sáng tím có bước sóng ngắn nhất khoảng 0,38 μm.
| – Nguồn phát ra ánh sáng nhìn thấy như: Mặt Trời, loại đèn, tia chớp, ngọn lửa,... | So sánh tần số của ánh sáng đỏ và ánh sáng tím. |
2. Tia hồng ngoại (IR)
– Tia hồng ngoại là sóng điện từ không nhìn thấy được, có bước sóng nằm trong khoảng từ 0,76 μm đến 1mm.
– Nguồn phát tia hồng ngoại: Vật có nhiệt độ cao hơn môi trường xung quanh thì phát được tia hồng ngoại ra môi trường. Nguồn thông dụng là bóng đèn dây tóc, bếp gas, bếp than, diode hồng ngoại...
– Tia hồng ngoại có tính chất tuân theo các định luật truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ và gây được hiện tượng nhiễu xạ, giao thoa như ánh sáng thông thường. Đặc trưng nổi bật của tia hồng ngoại là tác dụng nhiệt. Ứng dụng phổ biến nhất của tia hồng ngoại là sử dụng trong các điều khiển từ xa; bếp điện, lò nướng,...
3. Tia tử ngoại (UV)
– Tia tử ngoại là sóng điện từ không nhìn thấy được có bước sóng nằm trong khoảng từ 1 nm đến 380 nm.
– Nguồn phát tia tử ngoại: Vật có nhiệt độ trên 2 000 °C thì phát được tia tử ngoại, nhiệt độ của vật càng cao thì bước sóng tử ngoại càng nhỏ. Hồ quang điện, đèn hơi thuỷ ngân là những nguồn phát tia tử ngoại mạnh.
(Trang 46)
– Tia tử ngoại có tính chất tác dụng lên phim ảnh, kích thích sự phát quang của nhiều chất, làm ion hoá không khí, có tác dụng sinh học,... Tia tử ngoại được ứng dụng vào công nghệ diệt khuẩn, tiệt trùng thực phẩm trước khi đóng gói, khử trùng dụng cụ y tế, tìm vết nứt trên bề mặt của các vật kim loại...
4. Sóng vô tuyến
Sóng vô tuyến có bước sóng nằm trong khoảng từ 1 mm đến 100 km. Chúng được phát ra từ anten và được sử dụng để "mang" các thông tin như âm thanh, hình ảnh đi rất xa. Sóng này bị phản xạ bởi tầng điện li trước khi tới máy thu (Hình 11.4). Trong đó, sóng VHF (Very High Frequency) (bước sóng rất ngắn) từ 1 m đến 10 m và sóng UHF (Ultra High Frequency) (bước sóng cực ngắn) từ 10 cm đến 1 m có thể truyền thẳng đến máy thu, không bị phản xạ bởi tầng điện li. Chúng được sử dụng trong các đài phát thanh và truyền hình địa phương. Sóng vi ba (bước sóng khoảng vài cm) được sử dụng trong viễn thông quốc tế và chuyển tiếp truyền hình qua vệ tinh thông tin và cho mạng điện thoại di động qua tháp vi ba.
Hình 11.4. Truyền sóng vô tuyến trong khí quyển
300 kHz - 30 MHz
Sóng truyền lên tầng điện li
Tầng điện li
Máy phát sóng vô tuyến
Máy thu sóng vô tuyến
| 1. Giải thích tại sao mỗi khi hàn điện người thợ hàn cần che mặt bằng mặt nạ (Hình 11.5). 2. Giải thích tại sao Mặt Trời là một nguồn năng lượng khổng lồ phát ra tia tử ngoại mà con người và các sinh vật trên Trái Đất vẫn có thể sinh sống dưới ánh nắng mặt trời được. |
Hình 11.5. Hàn điện |
5. Tia X (tia Rơn ghen)
Tia X có bước sóng ngắn hơn tia tử ngoại (khoảng từ 30 pm đến 3 nm).
Nguồn phát tia X: Tia X được tạo ra khi các electron chuyển động với tốc độ cao tới đập vào tấm kim loại có nguyên tử lượng lớn trong ống tia X (Hình 18.2).
(Trang 47)
Ngoài các công dụng về chẩn đoán và chữa trị một số bệnh trong y học, tia X còn được sử dụng trong công nghiệp để tìm khuyết tật trong các vật đúc bằng kim loại và trong nghiên cứu cấu trúc các tinh thể; sử dụng trong giao thông để kiểm tra hành lí của hành khách khi đi máy bay,...
6. Tia gamma (γ)
Tia gamma có bước sóng ngắn nhất trong thang sóng điện từ, khoảng từ 
nm đến 0,1 nm.
Trong y học, tia gamma được dùng trong phẫu thuật, điều trị các căn bệnh liên quan đến khối u, dị dạng mạch máu, các bệnh chức năng của não. Bên cạnh lĩnh vực y tế, tia gamma còn được ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp. Tia gamma giúp phát hiện các khuyết tật của sản phẩm bằng hình ảnh rõ ràng với độ chính xác cao.
Bảng 11.1 cho biết phạm vi của bước sóng trong chân không của các dải chính tạo nên thang sóng điện từ.
1. Hãy xác định phạm vi của tần số tương ứng với các dải bước sóng đó.
Bảng 11.1. Bước sóng trong chân không của thang sóng điện từ
| Loại bức xạ | Phạm vi bước sóng | Phạm vi tần số (Hz) |
| Sóng vô tuyến | Từ 1 mm đến 100 km | ? |
| Sóng vi ba | Từ 1 mm đến 1 m | ? |
| Tia hồng ngoại | Từ 0,76 μm đến 1 mm | ? |
| Ánh sáng nhìn thấy | Từ 0,38 μm đến 0,76 μm | ? |
| Tia tử ngoại | Từ 1 nm đến 380 nm | ? |
| Tia X | Từ 30 pm đến 3 nm | ? |
2. Nêu loại sóng điện từ trong chân không ứng với mỗi bước sóng.
a) 1 km;
b) 3 cm;
c) 5 μm;
d) 500 nm;
e) 50 nm;
3. Nêu loại sóng điện từ ứng với mỗi tần số sau:
a) 200 kHz;
b) 100 MHz;
| EM ĐÃ HỌC • Sóng điện từ là điện từ trường lan truyền trong không gian. • Sóng điện từ truyền trong chân không với tốc độ bằng tốc độ ánh sáng • Than sóng điện từ. | EM CÓ THỂ • Nhận biết được các loại bức xạ trong thang sóng điện từ dựa vào bước sóng hoặc tần số của nó. |
