Sóng điện từ là một khái niệm quen thuộc trong vật lý, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như truyền thông, y tế, quân sự, nghiên cứu khoa học… Sóng điện từ có thể lan truyền được trong nhiều môi trường khác nhau, từ rắn, lỏng, khí cho đến chân không.
Trong bài viết này, hãy cùng Huanluyenantoanlaodong tìm hiểu về sóng điện từ, Sóng Điện Từ Truyền Được Trong Môi Trường Nào, các đặc điểm và phân loại của nó, cũng như nguyên tắc truyền thông tin bằng sóng điện từ.
Sóng điện từ là gì? Sóng Điện Từ Truyền Được Trong Môi Trường Nào ?
Sóng điện từ, hay còn gọi là bức xạ điện từ, là sự kết hợp giữa dao động điện trường với từ trường vuông góc và có khả năng lan truyền trong không gian như sóng. Một định nghĩa khác về sóng điện từ là quá trình điện từ trường biến thiên tuần hoàn truyền đi trong không gian theo thời gian.
Gắn liền với khái niệm sóng điện từ là khái niệm về hạt photon: loại hạt cơ bản, là hạt lượng tử của trường điện từ và mọi dạng bức xạ điện từ, ngoài ra, photon cũng đóng vai trò là hạt tải lực của lực điện từ. Khi lan truyền trong không gian, sóng điện từ có thể mang theo năng lượng, thông tin và động lượng.
Mọi vật thể đều có thể phát ra sóng điện từ bằng cách dao động nhiệt các phân tử, nguyên tử cấu tạo nên chúng, trong đó, năng lượng bức xạ và cường độ bức xạ hụ thuộc vào nhiệt độ của vật thể. Bên cạnh đó, các vật thể cũng có thể hấp thụ bức xạ từ vật thể khác, gọi là quá trình trao đổi nhiệt.
Sóng điện từ được phân loại thành 7 loại, tùy theo bước sóng từ dài đến ngắn. Đó là: sóng radio, vi ba, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia X và tia gamma.
Tính chất của sóng điện từ
Sóng điện từ có một số tính chất đặc biệt sau:
- Vận tốc không thay đổi trong môi trường chân không
Trong môi trường chân không (không gian không chứa vật chất, có thể tích, khối lượng và áp suất bằng 0), các bức xạ điện từ có vận tốc không thay đổi là c = 299.792.458 m/s và di chuyển không phụ thuộc vào hệ quy chiếu.
- Sóng điện từ là sóng ngang
Sóng điện từ là sự lan truyền của cường độ điện trường và cường độ từ trường của phân tử theo hướng dao động vuông góc với hướng lan truyền, nghĩa là sóng điện từ là sóng ngang và có hiện tượng phân cực
- Năng lượng tùy thuộc vào bước sóng
Bước sóng càng ngắn thì năng lượng photon càng lớn. Ví dụ, tia gamma có bước sóng chỉ khoảng 10^-12 m nhưng có năng lượng lên đến 10^6 eV, trong khi ánh sáng nhìn thấy có bước sóng khoảng 10^-6 m nhưng chỉ có năng lượng khoảng 1 eV
- Trong tương tác với vật chất, tính chất sóng điện từ phụ thuộc vào bước sóng
Ví dụ, sóng radio có bước sóng là 1mm – 100000km, ít tương tác với vật chất và không bị mất năng lượng cho tương tác, do đó được sử dụng để truyền thông tin phát thanh. Hay vi sóng có bước sóng là 1mm – 1m, tần số dao động trùng với tần số cộng hưởng của phân tử hữu cơ, có khả năng làm các phân tử đó nóng lên, do đó được sử dụng để làm lò vi sóng.
- Có tính chất của sóng cơ học
Sóng điện từ là một dạng của sóng cơ học, nên cũng có tính chất của sóng như có thể phản xạ, khúc xạ hay giao thoa với nhau.
Sóng điện từ truyền được trong môi trường nào?
Sóng điện từ có thể lan truyền được trong nhiều môi trường như rắn, lỏng, khí và cả chân không. Trong đó, vận tốc truyền sóng điện từ trong môi trường chân không là lớn nhất và không đổi, bằng với vận tốc ánh sáng. Khi truyền qua các môi trường khác, vận tốc của sóng điện từ sẽ giảm xuống và phụ thuộc vào chỉ số khúc xạ của môi trường đó.
Chỉ số khúc xạ của một môi trường là tỷ số giữa vận tốc ánh sáng trong chân không và vận tốc ánh sáng trong môi trường đó. Chỉ số khúc xạ càng cao thì vận tốc ánh sáng càng chậm và ngược lại. Ví dụ, chỉ số khúc xạ của không khí là 1.0003, của nước là 1.33 và của thủy tinh là 1.5.
Khi sóng điện từ chuyển từ một môi trường sang một môi trường khác có chỉ số khúc xạ khác nhau, ngoài việc thay đổi vận tốc, sóng điện từ còn bị thay đổi hướng theo nguyên lý Snell. Nguyên lý này cho biết rằng góc giao nhau giữa hướng lan truyền của sóng điện từ và pháp tuyến của hai mặt phân cách hai môi trường tỉ lệ thuận với chỉ số khúc xạ của môi trường đó.
Ngoài ra, khi sóng điện từ gặp biên giới hai môi trường, cũng có thể xảy ra hiện tượng phản xạ (sóng điện từ bật lại theo góc bằng góc chiếu) hoặc hiện tượng giao thoa (sóng điện từ kết hợp với nhau theo nguyên lý siêu hợp).
Nguyên tắc truyền thông tin bằng sóng điện từ
Truyền thông tin bằng sóng điện từ là quá trình biến đổi thông tin thành các dao động điện từ và lan truyền trong không gian bằng sóng điện từ. Truyền thông tin bằng sóng điện từ có nhiều ưu điểm như tốc độ cao, khả năng vượt qua các chướng ngại vật, khả năng truyền thông tin đa chiều và đa phương tiện…
Để truyền thông tin bằng sóng điện từ, cần có ba thành phần cơ bản: nguồn phát sóng, kênh truyền và thiết bị nhận sóng. Nguồn phát sóng là thiết bị biến đổi thông tin thành các dao động điện từ và phát ra không gian.
Kênh truyền là môi trường mà sóng điện từ lan truyền, có thể là chân không, không khí, cáp quang… Thiết bị nhận sóng là thiết bị nhận được các dao động điện từ và biến đổi lại thành thông tin ban đầu.
Trong quá trình truyền thông tin bằng sóng điện từ, cần có một quy ước về cách mã hóa thông tin thành các dao động điện từ. Có hai phương pháp mã hóa chính là mã hóa tương tự và mã hóa số.
Mã hóa tương tự là cách biến đổi thông tin thành các dao động điện từ có biên độ, tần số hoặc pha thay đổi liên tục theo thông tin. Mã hóa số là cách biến đổi thông tin thành các dao động điện từ có biên độ, tần số hoặc pha chỉ nhận một số giá trị rời rạc.
Một vấn đề quan trọng trong truyền thông tin bằng sóng điện từ là nhiễu. Nhiễu là sự can thiệp của các yếu tố khác vào kênh truyền, làm sai lệch hoặc mất mát thông tin.
Có nhiều nguồn gây nhiễu như nhiễu tự nhiên (sấm sét, núi lửa…), nhiễu do con người (máy móc, thiết bị điện tử…), nhiễu do kênh truyền (sự thay đổi của môi trường, sự phản xạ hay khúc xạ của sóng điện từ…). Để giảm thiểu nhiễu, có thể sử dụng các biện pháp như lọc tín hiệu, mã hóa kênh, sử dụng các kênh truyền có chất lượng cao.
Trên đây là những thông tin giải đáp Sóng Điện Từ Truyền Được Trong Môi Trường Nào? Huanluyenantoanlaodong hi vọng bài viết này hữu ích với bạn!
