Sóng điện từ Vật lý 12
1. Sóng điện từ là gì?
Sóng điện từ là một điện từ trường biến thiên (hay một dao động điện từ) lan truyền trong không gian.
Sóng điện từ là một trường điện từ biến thiên.
2. Tóm tắt lí thuyết về sóng điện từ, ta cần chú ý trọng tâm sau
+ Sóng điện từ truyền trong mọi môi trường vật chất và truyền trong cả chân không.
+ Hai thành phần của sóng điện từ là vectơ E→ (điện trường biến thiên) và vectơ B → (từ trường biến thiên) luôn biến thiên cùng tần số, cùng pha và ở trong hai mặt phẳng vuông góc với nhau.
+ Sóng điện từ là sóng ngang,
+ Sóng điện từ tuân theo định luật truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ như ánh sáng.
+ Sóng điện từ mang năng lượng: tần số càng lớn (bước sóng càng nhỏ) năng lượng càng lớn; năng lượng của sóng điện từ tỉ lệ với lũy thừa bậc 4 của tần số.
+ Khi truyền từ môi trường này vào môi trường khác thì tần số f của sóng điện từ không đổi, còn v và λ biến thiên tỉ lệ thuận. Trong chân không sóng điện từ truyền đi với tốc độ bằng tốc độ ánh sáng: c = 3.108m/s => có bước sóng: λ = c/f.
3. Thu và phát sóng điện từ
* Dụng cụ thu phát: Dùng Anten (là một mạch dao động LC hở)
* Nguyên tắc thu phát: Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và cộng hưởng điện.
* Một mạch dao động hở LC chỉ thu và phát được sóng điện từ có chu kì và tần số bằng chu kì và tần số riêng của mạch.
4. Sóng vô tuyến và sự truyền sóng vô tuyến
Ta đã biết sóng điện từ có bước sóng thay đổi trong phạm vi rất lớn, còn sóng vô tuyến là một dải sóng trong sóng điện từ mà thôi.
Định nghĩa sóng vô tuyến thế nào?
Sóng vô tuyến (tiếng Anh: radio wave, gọi tắt là radio) là sóng điện từ có bước sóng từ vài cm tới vài chục km dùng trong thông tin liên lạc.
Sóng vô tuyến xuất hiện tự nhiên do sét, hoặc bởi các đối tượng thiên văn. Sóng vô tuyến do con người tạo nên dùng cho radar, phát thanh, liên lạc vô tuyến di động và cố định, thông tin vệ tinh, các mạng máy tính, các hệ thống dẫn đường và nhiều ứng dụng khác.
Sóng vô tuyến lần đầu được đề cập tới bởi James Clerk Maxwell và đến năm 1887, Heinrich Hertz đã chứng minh bằng cách thử nghiệm tạo ra sóng vô tuyến trong phòng thí nghiệm của mình.
Trong môi trường chân không thì vận tốc của sóng vô tuyến là không đổi c = 299.792.458 m/s (tính toán trong vật lí phổ thông lấy là c= 10^8 m/s), tần số của sóng là 1 Hz. Tạo ra tín hiệu f = 1 MHz (1 Megahertz = 10^6 Hertz) thì có bước sóng λ (lam-đa) cỡ 299m.
Phân loại sóng vô tuyến thế nào?
Sóng vô tuyến được phân thành 4 loại: Sóng dài, Sóng trung, Sóng ngắn và Sóng cực ngắn.
5. Nguyên tắc truyền sóng
Để truyền sóng vô tuyến, ta cần gửi sóng cần truyền vào sóng mang có tần số cao (là các sóng điện từ cao tần) rồi phát đi trong không gian bằng một anten phát. Sau đó ta dùng một Anten thu để thu sóng phát (gồm cả sóng âm tần và cao tần đã được trộn trước khi phát), rồi tách sóng, lấy được sóng âm tần cần thu ta khuếch đại và phát ra ở loa.
Các bộ phận cơ bản của máy phát thanh vô tuyến đơn giản gồm :
-
Micro tạo dao động điện âm tần
-
Mạch phát sóng dao động cao tần: phát ra dao động điện từ với tần số cao cỡ MHz
-
Mạch biến điệu: trộn dao động điện từ cao tần với dao động điện từ âm tần
-
Mạch khuếch đại: tăng cường tín hiệu
-
Anten phát: phát sóng ra không gian
Các bộ phận cơ bản của máy thu thanh vô tuyến đơn giản gồm :
-
Anten thu: thu sóng điện từ từ không gian
-
Mạch chọn sóng: chọn sóng cần thu
-
Mạch tách sóng: tách sóng âm tần từ sóng mang
-
Mạch khuếch đại âm tần: tăng cường tín hiệu âm tần
-
Loa: phát ra âm thanh
, trong mạch LC cũng có các đại lượng biến đổi nhưng độc lập với thời gian:
