Tìm hiểu thêm về bức xạ điện từ (hay sóng điện từ)

Bình luận: 0 Ngày đăng: 06/06/2019

Tìm hiểu thêm về bức xạ điện từ (hay sóng điện từ)

Tổng quát về bức xạ điện từ (hay sóng điện từ)

Bức xạ điện từ (hay sóng điện từ) là sự kết hợp (nhân vector) của dao động điện trường và từ trường vuông góc với nhau, lan truyền trong không gian như sóng. Sóng điện từ cũng bị lượng tử hoá thành những “đợt sóng” có tính chất như các hạt chuyển động gọi là photon.

Khi lan truyền, sóng điện từ mang theo năng lượng, động lượng và thông tin. Sóng điện từ với bước sóng nằm trong khoảng 400 nm và 700 nm có thể được quan sát bằng mắt người và gọi là ánh sáng. Môn vật lý nghiên cứu sóng điện từ là điện động lực học, một chuyên ngành của điện từ học.

Nhà toán học người Scotland là James Clerk Maxwell (1831-1879) đã mở rộng các công trình của Michael Faraday và nhận thấy rằng chính mối liên hệ khăng khít giữa điện và từ đã làm cho loại sóng này trở nên có thể.

Những tính toán của ông chứng tỏ rằng sóng điện từ có thể truyền với vận tốc ánh sáng và điều này khiến cho ông ngờ rằng chính ánh sáng cũng là một loại sóng điện từ.

Năm 1888, Heinrich Hertz đã dùng điện phát ra các sóng có tính chất giống như ánh sáng và do đó đã xác nhận những ý tưởng của Faraday và Maxwell.

Mọi vật thể đều phát ra bức xạ điện từ, do dao động nhiệt của các phân tử hay nguyên tử hoặc các hạt cấu tạo nên chúng, với năng lượng bức xạ và phân bố cường độ bức xạ theo tần số phụ thuộc vào ở nhiệt độ của vật thể, gần giống bức xạ vật đen.

Sự bức xạ này lấy đi nhiệt năng của vật thể. Các vật thể cũng có thể hấp thụ bức xạ phát ra từ vật thể khác; và quá trình phát ra và hấp thụ bức xạ là một trong các quá trình trao đổi nhiệt.

 

Bảng phân chia các bức xạ sóng điện từ/ánh sáng
Tên Bước sóng Tần số (Hz) Năng lượng photon (eV)
Radio 1 mm – 100000 km 300 MHz – 3 Hz 12.4 feV – 1.24 meV
Vi ba 1 mm – 1 met 300 GHz – 300 MHz 1.7 eV – 1.24 meV
Tia hồng ngoại 700 nm – 1 mm 430 THz – 300 GHz 1.24 meV – 1.7 eV
Ánh sáng nhìn thấy 380 nm-700 nm 790 THz – 430 THz 1.7 eV – 3.3 eV
Tia tử ngoại 10 nm – 380 nm 30 PHz – 790 THz 3.3 eV – 124 eV
Tia X 0,01 nm – 10 nm 30 EHz – 30 PHz 124 eV – 124 keV
Tia gamma ≤ 0,01 nm ≥ 30 EHz 124 keV – 300+ GeV

Tính chất sóng điện từ

  • Trong sóng điện từ thì dao động của điện trường và của từ trường tại một điểm luôn luôn đồng pha với nhau.
  • Sóng điện từ tuân theo các quy luật truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ.
  • Sóng điện từ tuân theo các qui luật giao thoa, nhiễu xạ.
  • Trong quá trình lan truyền sóng điện từ mang theo năng lượng.

Vận tốc trong chân không

Trong chân không, các thí nghiệm đã chứng tỏ các bức xạ điện từ đi với vận tốc không thay đổi, thường được ký hiệu là c=299.792.458 m/s, thậm chí không phụ thuộc vào hệ quy chiếu. Hiện tượng này đã thay đổi nhiều quan điểm về cơ học cổ điển của Isaac Newton và thúc đẩy Albert Einstein tìm ra lý thuyết tương đối.

Sóng ngang

Sóng điện từ là sóng ngang, nghĩa là nó là sự lan truyền của các dao động liên quan đến tính chất có hướng (cụ thể là cường độ điện trường và cường độ từ trường) của các phần tử mà hướng dao động vuông góc với hướng lan truyền sóng

Như nhiều sóng ngang, sóng điện từ có hiện tượng phân cực.

Năng lượng

Năng lượng của một hạt photon có bước sóng λ là hc/λ, với h là hằng số Planck và cvận tốc ánh sáng trong chân không. Như vậy, bước sóng càng dài thì năng lượng photon càng nhỏ.

Tương tác với vật chất trong bức xạ điện từ

Trong tương tác với các nguyên tử, phân tử và các hạt cơ bản, các tính chất sóng điện từ phụ thuộc ít nhiều vào bước sóng (hay năng lượng của các photon). Dưới đây là một vài ví dụ. Xin xem chi tiết thêm ở các trang dành cho các loại sóng điện từ riêng.

Radio

Radio có ít tương tác với vật chất vì năng lượng của photon nhỏ. Nó có thể đi vượt qua khoảng cách dài mà không mất năng lượng cho tương tác, do vậy được sử dụng để truyền thông tin, như trong kỹ thuật truyền thanh.

Khi thu nạp radio bằng ăng-ten, người ta tận dụng tương tác giữa điện trường của sóng với các vật dẫn điện. Các dòng điện sẽ dao động qua lại trong vật dẫn điện dưới ảnh hưởng của dao động điện trong sóng radio.

Vi sóng

Tần số dao động của vi sóng trùng với tần số cộng hưởng của nhiều phân tử hữu cơ có trong sinh vật và trong thức ăn. Do vậy vi sóng bị hấp thụ mạnh bởi các phân tử hữu cơ và làm chúng nóng lên khi năng lượng sóng được chuyển sang năng lượng nhiệt của các phân tử. Tính chất này được sử dụng để làm lò vi sóng.

Điều này cũng nói lên rằng sử dụng thiết bị hay lò vi sóng thì cần đứng xa vùng có tác động của sóng lúc phát sóng, cỡ 1 m trở lên, vì các màn chắn không chắn hết được sóng. Vi sóng dư tác động lên mô của ta theo hai mức độ:

  • Mức nhẹ là làm biến tính một số phân tử protein trong tế bào, tức là gây sai lệch một chút cấu trúc phân tử, nó không “chết” và vẫn tham gia được vào hoạt động sống của tế bào. Nếu sai lệch này xảy ra trong phân tử ADN là nơi chứa mã di truyền, thì gọi là biến dị, và quá trình phân bào sau đó sẽ cho ra loạt các tế bào lỗi di truyền. Khi đó nếu hệ bạch huyết không đủ mạnh để loại bỏ được những tế bào lỗi này thì chúng phát triển thành ung thư.
  • Mức nặng là biến tính mạnh, phân tử không còn tham dự được vào hoạt động sống. Nếu lượng phân tử bị biến tính lớn thì tế bào chết.

Khi có nhiều tế bào chết thì được gọi là “bỏng vi sóng”. Số tế bào chết nằm xen với tế bào sống, và giảm dần từ mặt da vào đến bề dày skin, của sóng 2450 MHz là đến 17 mm.

Hiện tượng này có thể xảy ra khi đặt laptop làm việc lên đùi, do quá gần vi sóng dư do laptop phát ra. Tổn thương vi sóng không hiện ra thành vùng rõ như bỏng nhiệt truyền thống, và nhiều người không nhận ra.

Thông thường thì bạch cầu dọn được các tế bào chết, nhưng việc dọn các tế bào lỗi di truyền thì tùy thuộc vào khả năng của hệ thống bạch huyết của từng cá thể, để lại nguy cơ phát sinh ung thư.

Ánh sáng

Các dao động của điện trường trong ánh sáng tác động mạnh đến các tế bào cảm thụ ánh sáng trong mắt người. Có ba loại tế bào cảm thụ ánh sáng trong mắt người, cảm nhận 3 vùng quang phổ khác nhau (tức ba màu sắc khác nhau).

Sự kết hợp cùng lúc 3 tín hiệu từ ba loại tế bào này tạo nên những phổ màu sắc phong phú. Để tạo ra hình ảnh màu trên màn hình, người ta cũng sử dụng ba loại đèn phát sáng ở 3 vùng quang phổ nhạy cảm của người.

Xem thêm: Tốc độ ánh sáng – Định nghĩa, ký hiệu và đơn vị tính

 

Nguồn: Wikepedia