Sóng điện từ là gì? Công thức tính bước sóng điện từ

1. Sóng điện từ là gì?

Sóng điện từ hay còn gọi là bức xạ điện từ đó là một sự kết hợp giữa dao động điện trường và từ trường vuông góc với nhau. Chúng sẽ lan truyền trong không gian như một loại sóng, và vì chúng là sóng nên chúng sẽ có tính chất hạt thường gọi là hạt “photon”. Trong quá trình lan truyền của sóng điện từ, chúng sẽ mang theo các thông tin, năng lượng và động lượng. Bước sóng của sóng điện từ sẽ rơi vào khoảng từ 400nm đến 700nm và chúng có thể được quan sát bằng mắt thường thông qua ánh sáng chúng phát ra.

2. Đặc điểm của sóng điện từ

Thông thường thì sóng điện từ sẽ có chung các đặc điểm với nhau và cụ thể thì chúng sẽ có các đặc điểm như sau:

- Chúng có thể lan truyền được trong các môi trường rắn, lỏng, khí và chân không và chúng là loại sóng duy nhất lan truyền được trong chân không

- Chúng cũng có các tính chất của sóng cơ như: phản xạ, khúc xạ, giao thoa, … Và cũng tuân theo các quy luật truyền thẳng, giao thoa, khúc xạ,…

- Sóng điện từ có bước sóng từ vài mét đến vài km được dùng trong thông tin liên lạc được gọi là sóng vô tuyến

- Sóng điện từ là thuộc loại 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.

- Tốc độ lan truyền sóng điện từ trong chân không là lớn nhất và bằng c = 3.10⁸ m/s.

- Chúng luôn tạo thành một tam diện thuận

- Sóng điện từ có mang năng lượng và năng lượng của một hạt photon có bước sóng λ là hc/λ, với h là hằng số Planck và c là vận tốc ánh sáng trong chân không. Như vậy, bước sóng càng dài thì năng lượng photon càng nhỏ.

- Dao động của điện trường và từ trường tại một điểm luôn luôn đồng pha với nhau.

3. Tính chất của sóng điện từ

- Sóng điện từ và sóng cơ có bản chất khác nhau nhưng đều là quá trình nhưng đều là quá trình truyền năng lượng

- Môi trường sóng điện từ truyền trong được cả trong môi trường vật chất kể cả là môi trường chân không

- Bước sóng của sóng điện từ mà mạch phát ra hay thu được:

Và vận tốc truyền sóng phụ thuộc trong môi trường (Trong chân không truyền với vận tốc ánh sáng)

- Sóng điện từ là sóng ngang,  trong quá trình truyền sóng B và E  luôn có phương vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng nhưng biến thiên cùng pha

- Sóng điện từ có thể: 

+ Sóng điện từ tuân theo định luật phản xạ, định luật khúc xạ, giao thoa, nhiễu xạ, …của tần số.

4. Nguyên tắc khi truyền sóng điện từ

Để có thể truyền sóng điện từ đi thì ta cần tuân thủ các nguyên tắc như sau:

- Để âm thanh và hình ảnh có thể truyền đi xa thì ta cần biến điệu chúng thành các dao động điện, tức tín hiệu âm tần. Với AM là biến điệu biên độ và FM là biến điệu tần số.

- Cần phải dùng sóng ngang, tức sóng cao tần để có thể truyền đi.

- Cần phải tách sóng: tách tín hiệu ra khỏi sóng cao tần.

- Khuếch đại tín hiệu thu được khi có cường độ nhỏ.

5. Sự truyền sóng vô tuyến trong khí quyển

Các vùng sóng ngắn sẽ ít bị hấp thụ:

Thông thường thì các phân tử không khí trong khí quyển sẽ hấp thụ rất mạnh các sóng dài, dòng trung và sóng cực ngắn nên loại sóng này không thể truyền đi xa. Trong một số vùng tương đối hẹp thì sóng có bước sóng ngắn hầu như không bị hấp thụ bởi không khí.

Sự phản xạ của sóng ngắn trên tầng điện li:

Dành cho những bạn nào quên hoặc chưa biết thì tầng điện ly 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 ánh sáng mặt trời. Chúng thường nằm ở độ cao 80÷800km. Các loại sóng ngắn vô tuyến sẽ phản xạ rất tốt trên tầng điện li cũng như trên mặt đất và cả bề mặt nước biển. Nhờ tính chất đệm sóng giữa các bề mặt vừa kể mà sóng có thể truyền đi rất xa.

6. Phân chia bức xạ của sóng điện từ

Các bạn có thể tham khảo bảng phân chia bức xạ của sóng điện từ dưới đây nhé.

7. Vận tốc truyền của sóng điện từ

Trong quá trình truyền sóng đi trong không gian, thông thường sẽ bị cản bởi các vật chất có trong bầu khí quyển. Chính vì thế nếu ta muốn biết chính xác vận tốc sóng thì phải xét chúng trong môi trường chân không. Trong môi trường chân không, các nhà khoa học đã chứng minh được rằng vận tốc của bức xạ điện từ hay sóng điện từ là không đổi. Và chúng sẽ có giá trị là c = 299.792.458 m.s, tương đương với vận tốc ánh sáng vì chúng về bản chất là một mà đúng không nào.

8. Ứng dụng của sóng điện từ trong đo lường

Trong các lĩnh vực đo lường công nghiệp sóng điện từ được dùng khá rộng rãi. Chúng được tích hợp trong các thiết bị các cảm biến đo mức dạng cao cấp nhất hiện nay. Có thể kể đến như cảm biến đo mức siêu âm hay cảm biến đo mức dạng radar. Đây là các dòng cảm biến có thể đo lường ở khoảng cách xa thông qua việc thu phát sóng. Hiện tai bên mình có cung cấp 2 dòng cảm biến này, các bạn có thể tham khảo các thông số như sau:

Cảm biến đo mức radar

- Nguyên lý hoạt động:

Cảm biến này sẽ hoạt động dựa trên nguyên lý và và thu sóng điện từ trong không gian thùng chứa. Cụ thể là trong quá trình cảm biến làm việc, sóng điện từ từ cảm biến sẽ liên tục phát ra trong môi trường chất cần đo như bể chứa, silo, thùng chứa,…Lúc này sóng điện từ được phát sẽ truyền đến bề mặt vật liệu hay xi măng có trong silo chứa. Sau đó chúng sẽ phản xạ ngược lại cảm biến. Lúc này cảm biến có nhiệm vụ phân tích vận tốc và thời gian sóng truyền về để cho ra khoảng cách đường đi của sóng điện từ và cho ra mức nguyên liệu còn lại trong silo chứa. Khá hiện đại đúng không nào.

- Phạm vi đo lường:

+ Đo lường các loại chất lỏng như nước, nước thải, nước giải khác,…

+ Đo lường các loại chất rắn như hạt nhựa, phân bón, thức ăn gia súc, than đá, cà phê,…

+ Đo lường các loại chất nguy hiểm như hóa chất, axit, chất độc hại

+ Đo lường tốt trong các loại bột nhiều bụi như xi măng, bột mì, bột gạo, cám,…

Cảm biến đo mức siêu âm

- Dùng để đo mức các bể chứa nước ngầm và bể chứa nước trên cao.

- Dùng trong các bể chứa nước trong các trạm cung cấp nước như nhà máy nước.

- Dùng để đo mức trong bồn chứa dầu và xăng.

- Dùng để đo mức trong các bể chứa hóa chất như axit, bazơ, nước muối….

- Nguyên lý hoạt động:

Cảm biến đo mức siêu âm có nguyên lý hoạt động hiện đại nhất trong các dòng cảm biến đo mức hiện nay. Cụ thể là trong quá trình hoạt động thì cảm biến sẽ phát ra sóng điện từ lan truyền trong không gian bể chứa hay bồn chứa. Lúc này sống phát ra sẽ chạm vào bề mặt chất lỏng và phản xạ ngược lại cảm biến đo mức. Cảm biến sẽ được trang bị bộ phận xử lý tín hiệu thu về và bắt đầu tính toán. Dựa vào thời gian cũng như vận tốc thu phát sóng mà có thể tính toán ra được khoảng cách từ cảm biến cho tới mực nước một cách nhanh chóng và chính xác.