Sóng điện từ là gì, đặc điểm Sóng điện từ, Sự truyền sóng vô tuyến trong khí quyển - Vật lý 12 bài 22

Vậy Sóng điện từ là gì? Sóng điện từ có những đặc điểm gì? Sóng vô tuyến được truyền trong khí quyển như thế nào? chúng ta hãy cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

I. Sóng điện từ

1. Sóng điện từ là gì

- Định nghĩa: Sóng điện từ là điện từ trường lan truyền trong không gian.

2. Những đặc điểm của sóng điện từ

- Sóng điện từ lan truyền được trong chân không và trong các điện môi. Tốc độ của sóng điện từ trong chân không bằng tốc độ ánh sáng c = 3.10⁸ (m/s).

- Sóng điện từ là sóng ngang, luôn vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng

- Trong sóng điện từ thì dao động của điện trường và của từ trường tại một điểm luôn luôn đồng pha với nhau.

- Khi sóng điện từ gặp mặt phân cách giữa hai môi trường thì nó cũng bị phản xạ và khúc xạ như ánh sáng.

- Sóng điện từ mang năng lượng, khi sóng điện từ truyền tới anten làm các electron tự do trong anten dao động.

- Những sóng điện từ có bước sóng từ vài mét đến vài kilômét được dùng trong thông tin liên lạc vô tuyến nên gọi là các sóng vô tuyến. Người ta chia ra thành: sóng cực ngắn, sóng ngắn, sóng trung và sóng dài.

II. Sự truyền sóng vô tuyến trong khí quyển

1. Các vùng sóng ngắn ít bị hấp thụ

- Các phân tử không khí trong khí quyển hấp thụ rất mạnh các sóng dài, sóng trung và sóng cực ngắn nên các sóng này không thể truyền đi xa.

- Trong một số vùng tương đối hẹp, các sóng có bước sóng ngắn hầu như không bị không khí hấp thụ.

2. Sự phản xạ của các sóng ngắn trên tầng điện li

- 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. Tầng điện ly kéo dài từ độ cao khoảng 80 - 800km.

- Các sóng ngắn vô tuyến phản xạ rất tốt trên tầng điện li cũng như trên mặt đất và mặt nước biển.

- Nhờ có sự phản xạ liên tiếp trên tầng điện li và trên mặt đất mà các sóng ngắn có thể truyền đi rất xa trên mặt đất.

III. Bài tập về Sóng điện từ

* Bài 1 trang 115 SGK Vật Lý 12: Sóng điện từ là gì? Nêu những đặc điểm của sóng điện từ.

° Lời giải bài 1 trang 115 SGK Vật Lý 12:

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

♦ Đặc điểm của sóng điện từ:

- Sóng điện từ lan truyền được trong chân không với tốc độ bằng tốc độ ánh sáng trong chân không.

- Sóng điện từ lan truyền được trong các điện môi với tốc độ nhỏ hơn trong chân không và phụ thuộc vào hằng số điện môi.

- Sóng điện từ là sóng ngang: Vectơ cường độ điện trường và vectơ cảm ứng từ luôn vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng, ba vectơ  tạo thành một tam diện thuận.

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

- Khi sóng điện từ gặp mặt phân cách giữa hai môi trường thì nó cũng bị phản xạ và khúc xạ như ánh sáng.

- Sóng điện từ mang năng lượng.

- Những sóng điện từ có bước sóng từ vài mét đến vài kilômét được dùng trong thông tin liên lạc vô tuyến nên được gọi là sóng vô tuyến (được chia ra thành: sóng cực ngắn, sóng ngắn, sóng trung và sóng dài).

* Bài 2 trang 115 SGK Vật Lý 12: Nêu những đặc điểm của sự truyền sóng vô tuyến trong khí quyển.

° Lời giải bài 2 trang 115 SGK Vật Lý 12:

♦ Đặc điểm của sóng vô truyến: sóng cực ngắn, sóng ngắn, sóng trung và sóng dài trong khí quyển

+ Sóng cực ngắn: Có bước sóng từ 1 - 10m, có năng lượng rất lớn, không bị tâng điện li hấp thụ hay phản xạ, xuyên qua tầng điện li vào vũ trụ và được ứng dụng trong thông tin vũ trụ.

+ Sóng ngắn: Có bước sóng từ 10 - 100m, có năng lượng lớn, bị phản xạ nhiêu lần giữa tầng điện li và mặt đất và được dùng trong thông tin liên lạc trên mặt đất.

+ Sóng trung: Có bước sóng từ 100 - 1000m, ban ngày bị tầng điện li hấp thụ mạnh nên không truyền đi xa được tuy nhiên ban đêm bị tầng điện li phản xạ nên truyền đi xa được, được dùng trong thông tin liên lạc vào ban đêm.

+ Sóng dài: Có bước sóng lớn hơn 1000m, có năng lượng thấp, bị các vật trên mặt đất hấp thụ mạnh nhưng ít bị nước hấp thụ nên được dùng trong thông tin liên lạc dưới nước.

* Bài 3 trang 115 SGK Vật Lý 12: Hãy chọn câu đúng. Nhiều khi ngồi trong nhà không thể dùng được điện thoại di động vì không có sóng. Nhà đó chắc chắn phải là:

A. nhà sàn     B. nhà lá      C. nhà gạch     D. nhà bê tông

° Lời giải bài 3 trang 115 SGK Vật Lý 12:

♦ Chọn đáp án: D. nhà bê tông

- Vì nhà bê tông kín phản xạ sóng điện từ

* Bài 4 trang 115 SGK Vật Lý 12: Sóng điện từ có tần số 12 MHz thuộc loại sóng nào dưới đây?

A. Sóng dài    B. Sóng trung

C. Sóng ngắn    D. Sóng cực ngắn

° Lời giải bài 4 trang 115 SGK Vật Lý 12:

♦ Chọn đáp án: C. Sóng ngắn

- Vì ta có: 

- Lưu ý: c - tốc độ ánh sáng trong chân không, c = 3.10⁸ (m/s), 1MHz = 10⁶Hz.

* Bài 5 trang 115 SGK Vật Lý 12: Trong các hình sau, hình nào diễn tả đúng phương và chiều của cường độ điện trường E, cảm ứng từ B và tốc độ truyền sóng V của một sóng điện từ?

 A. Hình a       B. Hình b

 C. Hình c       D. Hình d

° Lời giải bài 5 trang 115 SGK Vật Lý 12:

♦ Chọn đáp án: C. Hình c

- Vì Vectơ cường độ điện trường và vectơ cảm ứng từ luôn vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng, ba vectơ  tạo thành một tam diện thuận.

* Bài 6 trang 115 SGK Vật Lý 12: Tính tần số của các sóng ngắn có bước sóng 25m, 31m và 41m. Biết tốc độ truyền sóng điện tử là 3.108 m/s.

° Lời giải bài 6 trang 115 SGK Vật Lý 12:

¤ Áp dụng công thức: 

- Với λ = 25m thì: 

- Với λ = 31m thì: 

- Với λ = 41m thì: