Bài 11. Sóng điện từ

YÊU CẦU CẦN ĐẠT

• Nêu được trong chân không, tất cả các sóng điện từ đều truyền với cùng tốc độ.

• Liệt kê được bậc độ lớn bước sóng của các bức xạ chủ yếu trong thang sóng điện từ.

1. SÓNG ĐIỆN TỪ

Sóng điện từ là điện từ trường lan truyền trong không gian.

Sóng điện từ:

• Truyền được trong môi trường vật chất.

• Truyền được trong chân không.

Trong chân không, tất cả các sóng điện từ đều truyền với tốc độ:

$$\text{c=3,0×}{10}^8\text{\hspace{0.17em}m/s}.$$

Giữa tốc độ, bước sóng và tần số có hệ thức:

$$\text{c=λf}$$

Suy ra $\mathrm{\lambda =}\frac{c}{f}$ và $\mathrm{f=}\frac{c}{\lambda }$.

2. THANG SÓNG ĐIỆN TỪ

Theo chiều bước sóng giảm dần, các bức xạ được sắp xếp như sau:

Sóng vô tuyến$\to$ sóng vi ba $\to$ hồng ngoại $\to$ ánh sáng nhìn thấy$\to$ tử ngoại $\to$ tia X$\to$ tia gamma

Theo chiều trên:

• Bước sóng giảm dần.

• Tần số tăng dần.

Các vùng trong thang sóng điện từ không có ranh giới hoàn toàn rõ ràng và có thể chồng lấn nhau.

3. CÁC BỨC XẠ CHỦ YẾU

3.1. Ánh sáng nhìn thấy

Ánh sáng nhìn thấy có bước sóng khoảng từ $380\text{\hspace{0.17em}nm}$ đến $760\text{\hspace{0.17em}nm}$.

Theo chiều bước sóng tăng dần:

Tím $\to$ chàm $\to$ lam $\to$ lục $\to$ vàng $\to$ cam $\to$ đỏ

Ánh sáng tím có bước sóng ngắn hơn và tần số lớn hơn ánh sáng đỏ.

3.2. Tia hồng ngoại

Tia hồng ngoại có bước sóng dài hơn ánh sáng đỏ. Các vật có nhiệt độ cao hơn môi trường xung quanh đều có thể phát tia hồng ngoại.

Ứng dụng: điều khiển từ xa, camera ảnh nhiệt, đo nhiệt độ và sưởi.

3.3. Tia tử ngoại

Tia tử ngoại có bước sóng ngắn hơn ánh sáng tím.

Nguồn phát: Mặt Trời, hồ quang điện, đèn hơi thủy ngân và các vật có nhiệt độ cao.

Tia tử ngoại mạnh có thể gây hại cho mắt và da.

3.4. Sóng vô tuyến và sóng vi ba

Sóng vô tuyến được phát từ anten và được dùng để truyền âm thanh, hình ảnh và dữ liệu.

Sóng vi ba được ứng dụng trong thông tin vệ tinh, rađa, mạng điện thoại di động và lò vi sóng.

3.5. Tia X và tia gamma

Tia X được tạo ra khi electron có tốc độ lớn đập vào bia kim loại. Tia X được dùng trong y học, kiểm tra hành lí và phát hiện khuyết tật vật liệu.

Tia gamma có bước sóng rất ngắn và tần số rất lớn. Tia gamma được dùng trong y học, công nghiệp và nghiên cứu khoa học.

4. HIỂU SÂU BẢN CHẤT

1. Vì sao mọi sóng điện từ trong chân không truyền với cùng tốc độ?

Các bức xạ như sóng vô tuyến, ánh sáng nhìn thấy, tia X và tia gamma đều có cùng bản chất là sóng điện từ. Trong chân không, chúng đều truyền với tốc độ $\text{c=3×}{10}^8\text{\hspace{0.17em}m/s}$.

Chúng không được phân biệt bằng tốc độ truyền trong chân không mà chủ yếu bằng tần số và bước sóng.

2. Vì sao ánh sáng nhìn thấy chỉ là một phần nhỏ của thang sóng điện từ?

Mắt người chỉ nhạy với một khoảng bước sóng hẹp, từ khoảng $380\text{\hspace{0.17em}nm}$ đến $760\text{\hspace{0.17em}nm}$.

Ngoài khoảng này vẫn tồn tại nhiều sóng điện từ nhưng mắt người không nhìn thấy trực tiếp.

3. Vì sao tia tím có tần số lớn hơn tia đỏ?

Ánh sáng tím có bước sóng ngắn hơn ánh sáng đỏ. Vì trong chân không $\mathrm{f=}\frac{c}{\lambda }$, nên bước sóng càng ngắn thì tần số càng lớn.

Do đó:

$$f_{\mathrm{tím}}>f_{\mathrm{đỏ}}.$$

4. Vì sao không thể phân biệt các loại sóng điện từ bằng tốc độ trong chân không?

Trong chân không, mọi sóng điện từ đều truyền với cùng tốc độ. Vì vậy, cần căn cứ vào bước sóng, tần số, nguồn phát hoặc tính chất để phân biệt.

5. Vì sao các vùng trong thang sóng điện từ có thể chồng lấn?

Việc phân loại không chỉ căn cứ vào bước sóng mà còn căn cứ vào cách tạo ra bức xạ và tính chất của nó. Do đó, ranh giới giữa các vùng chỉ mang tính tương đối.