VẬT LÝ 12
LÝ THUYẾT - SÁCH HÌNH ĐỘNG
LỚP 12·10 / 2026

CU · 0730 phút

Điện từ trường và sóng điện từ

E ⊥ B ⊥ v, λ = c/f, thang sóng

Cần học trướcCU · 03 · Suất điện động cảm ứng, định luật Faraday

Mục tiêu

  • Giải thích được vì sao điện trường biến thiên và từ trường biến thiên "sinh ra nhau" và lan truyền thành sóng điện từ.
  • Nêu được mô hình sóng điện từ (ngang, E⃗⊥B⃗⊥v⃗\vec E\perp\vec B\perp\vec v, E⃗\vec E và B⃗\vec B cùng pha), tốc độ cc, và các tính chất.
  • Sắp xếp được thang sóng điện từ theo bước sóng, tần số; dùng λ=cf\lambda=\dfrac cf và s=cts=ct.

Khởi động

Ánh sáng Mặt Trời đến Trái Đất xuyên qua khoảng chân không mà không cần không khí hay bất cứ môi trường nào. Sóng wifi, sóng điện thoại cũng truyền qua không gian trống. Còn âm thanh thì biến mất khi hút hết không khí. Vậy cái gì "dao động" trong sóng điện từ, và nó khác sóng cơ ở chỗ nào?

01Kiến thức cần nhớ

1. Điện từ trường: hai trường sinh ra nhau

Ở bài 3 ta biết từ thông biến thiên gây suất điện động cảm ứng, kể cả khi vòng dây đứng yên. Vậy điều gì đẩy các electron chạy vòng? Maxwell giải thích bằng hai ý.

  1. Từ trường biến thiên theo thời gian sinh ra điện trường xoáy. Đường sức của điện trường này khép kín, khác với điện trường tĩnh có đường sức xuất phát từ điện tích dương. Không cần có vòng dây: điện trường xoáy tồn tại trong không gian, vòng dây chỉ làm bộc lộ nó.
  2. Điện trường biến thiên theo thời gian sinh ra từ trường (có đường sức khép kín quanh đường sức điện trường). Đây là ý đối xứng mà Maxwell bổ sung, được thí nghiệm sau đó xác nhận.

Hai trường biến thiên có thể tồn tại và sinh ra nhau, tạo thành một thực thể thống nhất gọi là điện từ trường.

2. Sóng điện từ

Một điện tích dao động (hay dòng điện biến thiên nhanh, như trong dây anten) tạo điện trường biến thiên. Điện trường này sinh từ trường biến thiên, từ trường lại sinh điện trường biến thiên mới ở xa hơn... Dao động của điện từ trường cứ thế lan truyền ra không gian: đó là sóng điện từ.

Các tính chất khác: mang năng lượng; phản xạ, khúc xạ, giao thoa, nhiễu xạ như mọi sóng; bước sóng λ=cf\lambda=\dfrac{c}{f} (trong chân không); bị phản xạ mạnh ở mặt kim loại (nên anten, gương dùng kim loại); sóng điện từ có tần số cao thì mang năng lượng lớn hơn.

Tần số của sóng không đổi khi sóng đi từ môi trường này sang môi trường khác; tốc độ và bước sóng thay đổi (cùng tỉ lệ nn).

Tương tácSóng điện từ: E ⊥ B ⊥ v, cùng pha
v →E (đứng)B (ngang, chếch)P
Tại P: — cùng dấu, cùng lúc cực đại hoặc bằng 0; cùng chiều .

Sóng chạy sang phải. Kéo điểm P dọc trục để đọc E và B tại đó; đổi tần số để thấy bước sóng λ = c/f đổi. Chọn “E–x và B–x” để thấy hai đồ thị trùng đỉnh, “Từ phía sau” để thấy E và B vuông góc nhau.

B tăng (vào trang)điện trường xoáyđường sức khép kínE tăngtừ trường xoáyđường sức khép kín
Hai trường biến thiên sinh ra nhau. Trên: từ trường tăng sinh điện trường xoáy, êlectron trong vòng dây chạy theo vòng điện trường. Dưới: điện trường tăng sinh từ trường xoáy

3. Thang sóng điện từ

Mọi sóng điện từ chỉ khác nhau về tần số (hay bước sóng) và nhờ đó khác nhau cả về tính chất, cách tạo ra, cách phát hiện, ứng dụng. Sắp xếp theo bước sóng giảm dần (tần số tăng dần, năng lượng tăng dần):

VùngBước sóng (gần đúng)Ứng dụng tiêu biểu
Sóng vô tuyếntừ khoảng 1 mm1\,\text{mm} đến hàng kmphát thanh, truyền hình, thông tin di động, radar, wifi
Vi sóng (sóng cực ngắn)từ 1 mm1\,\text{mm} đến ∼1 m\sim1\,\text{m}lò vi sóng, radar, truyền thông
Hồng ngoại∼760 nm\sim760\,\text{nm} đến 1 mm1\,\text{mm}điều khiển từ xa, camera nhiệt, sưởi ấm
Ánh sáng nhìn thấy∼380\sim380 đến 760 nm760\,\text{nm}chiếu sáng, quang hợp, truyền tin bằng cáp quang
Tử ngoại∼10\sim10 đến 380 nm380\,\text{nm}diệt khuẩn, nhận biết tiền giả
Tia X∼10−11\sim10^{-11} đến 10−8 m10^{-8}\,\text{m}chụp X-quang, kiểm tra vật liệu
Tia gammadưới ∼10−11 m\sim10^{-11}\,\text{m}xạ trị, tiệt trùng, nghiên cứu hạt nhân

Trong ánh sáng nhìn thấy: đỏ có bước sóng dài nhất (∼760\sim760 nm), tím ngắn nhất (∼380\sim380 nm).

Tương tácThang sóng điện từ
10⁻¹²10⁻⁹10⁻⁶10⁻³10⁰10³λ (m), bước sóng giảm dần sang trái
Vùng: Ánh sáng nhìn thấy. Ứng dụng: chiếu sáng, cáp quang. Cỡ gần bằng vi khuẩn.
màu của ánh sáng này.

Kéo thanh trượt dọc theo trục lôgarit của bước sóng hoặc bấm một mốc có sẵn: bước sóng càng ngắn thì tần số càng cao. Vùng nhìn thấy chỉ là một dải rất hẹp.

02Tóm tắt

  • Từ trường biến thiên ⇒\Rightarrow điện trường xoáy; điện trường biến thiên ⇒\Rightarrow từ trường xoáy. Hai trường sinh ra nhau: điện từ trường.
  • Sóng điện từ: sóng ngang, E⃗⊥B⃗⊥v⃗\vec E\perp\vec B\perp\vec v, E⃗\vec E cùng pha B⃗\vec B, tốc độ c=3⋅108c=3\cdot10^8 m/s trong chân không, truyền được trong chân không.
  • λ=cf\lambda=\dfrac cf; ff không đổi khi đổi môi trường; v=cnv=\dfrac cn.
  • Thang sóng (bước sóng giảm dần): vô tuyến, vi sóng, hồng ngoại, nhìn thấy, tử ngoại, tia X, tia gamma.

03Mở rộng

Năng lượng và quang phổ. Tần số càng cao, mỗi lượng tử năng lượng (E=hfE=hf, h=6,63⋅10−34 J⋅sh=6{,}63\cdot10^{-34}\,\text{J·s}) càng lớn, nên tia X và gamma ion hoá được vật chất, còn sóng vô tuyến thì không. Điều này giải thích vì sao ta cần che chắn khi chụp X-quang nhưng không cần khi dùng điện thoại. Phần này sẽ học kĩ hơn ở phần Vật lí hạt nhân.

Tỉ số E/B=cE/B=c. Trong sóng điện từ phẳng ở chân không, độ lớn EE và BB liên hệ E=cBE=cB tại mọi điểm, mọi thời điểm. Đây là lí do E⃗\vec E và B⃗\vec B luôn cùng pha và tỉ lệ.

Tiếp theoPhương pháp →