Giải bài 22: Sóng điện từ

Bài viết này gồm hai phần:

• Lý thuyết
• Hướng dẫn giải bài tập sách giáo khoa.

A. Lý thuyết

I. Sóng điện từ

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

Đặc điểm:

• Lan truyền được trong các môi trường rắn, lỏng, khí và chân không. Là sóng duy nhất lan truyền được trong chân không.
• Tốc độ lan truyền sóng điện từ trong chân không là lớn nhất và bằng c = 3.10⁸ m/s.
• Sóng điện từ là sóng ngang. $\overrightarrow{E}$ và $\overrightarrow{B}$ luôn vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng $\overrightarrow{v}$.
• Ba vecto $\overrightarrow{E}$, $\overrightarrow{B}$, $\overrightarrow{v}$ luôn tạo thành một tam diện thuận tại mọi thời điểm.
• Dao động của điện trường và từ trường tại một điểm luôn luôn đồng pha với nhau.
• Sóng điện từ cũng có các tính chất của sóng cơ như: Phản xạ, khúc xạ, giao thoa, … Và cũng tuân theo các quy luật truyền thẳng, khúc xạ, phản xạ,…
• Sóng điện từ mang năng lượng.
• Phổ sóng rộng
• Sóng điện từ có bước sóng từ vài mét đến vài kilomet được dùng trong thông tin liên lạc được gọi là sóng vô tuyến. Người ta chia sóng vô tuyết ra làm 4 loại theo bước sóng: Sóng cực ngắn, sóng ngắn, sóng trung và sóng dài.

II. Đặc điểm của sóng vô tuyến

Sóng dài:

• Tần số: f = 3 – 300 KHz (Bước sóng từ 1km – 100 km).
• Có năng lượng nhỏ nên không truyền đi xa được.
• Ít bị nước hấp thụ nên được dùng trong thông tin liên lạc trên mặt đất và trong nước.

Sóng trung:

• Tần số: 0,3 – 3 MHz (Bước sóng 100 m – 1 km).
• Ban ngày sóng trung bị tầng điện li hấp thụ mạnh nên không truyền đi xa được.
• Ban đêm  bị tầng điện li phản xạ mạnh nên truyền đi xa được, được dùng trong thông tin liên lạc vào ban đêm.

Sóng ngắn:

• Tần số: 3 – 30 MHz (Bước sóng 10 m – 100 m).
•  Có năng lượng lớn
• Bị tầng điện li và mặt đất phản xạ mạnh. Vì vậy từ một đài phát trên mặt đất thì sóng ngắn có thể truyền tới mọi nơi trên mặt đất. Dùng trong thông tin liên lạc trên mặt đất.

Sóng cực ngắn:

• Tần số: 30 – 30 000 MHz (Bước sóng từ 0,01 m – 10 m).
• Có năng lượng rất lớn
• Không bị tầng điện li phản xạ hay hấp thụ
• Được dùng trong thông tin vũ trụ.

III. Truyền sóng điện từ trong khí quyển

Tầng điện li là một lớp khí quyển, trong đó các phân tử khí đã bị ion hóa rất mạnh dưới tác dụng của các tia tử ngoại trong ánh sáng Mặt Trời.

Các phân tử không khí hấp thụ mạnh sóng dài, sóng trung, sóng cực ngắn.

Không khí nói chung cũng hấp thụ mạnh sóng ngắn. Tuy  nhiên trong vùng tương đối hẹp các sóng có bước sóng ngắn hầu như không bị hấp thụ.

Các sóng ngắn phản xạ tốt trong các môi trường được coi như dẫn điện tốt như: tầng điện li, mặt đất, mặt nước biển, … Do đó, các sóng ngắn có thể truyền đi rất xa trên mặt đất.