Điện và từ trường là hai khái niệm quan trọng mà chắc chắn anh em đã bắt gặp trong cuộc sống thực tế nói chung và trong bộ môn vật lý nói riêng. Tuy nhiên không phải ai cũng đang hiểu đúng định nghĩa, vậy chính xác điện từ trường là gì? Có ứng dụng ra sao? Đừng vội lướt qua khi chưa đọc hết bài viết này nhé anh em:
Điện từ trường là gì?
Điện từ trường còn có hai tên gọi phổ biến khác là trường Maxwell hoặc trường điện từ. Đây là khái niệm dùng để chỉ một trong các trường của vật lý.
Điện từ trường là một dạng vật chất đặc trưng sự tương tác giữa những hạt mang điện. Hiểu đơn giản thì nó được tạo ra do những hạt mang điện. Song song đó, nó cũng là trường thống nhất của điện trường và từ trường. Đại lượng đặc trưng cho khả năng tương tác của điện từ trường gồm:
- Cường độ từ trường.
- Cường độ điện trường.
- Độ điện dịch.
- Cảm ứng điện từ.
→ Ứng dụng điện từ trường trong cuộc sống
Thực tế thì trường điện từ luôn tồn tại trong tự nhiên với giá trị rất nhỏ. Song, dưới sự tác động của con người đã làm cường độ điện từ trường có trong môi trường tăng cao. Nguyên nhân chủ yếu dẫn đến sự gia tăng trên là do sự phát triển của nguồn điện cùng với các hệ thống truyền tải điện nhằm để:
- Ứng dụng trong các thiết bị điện tử tin học, giao thông.
- Được dùng trong truyền thông cho các ngành công nghiệp.
- Sử dụng trong sinh hoạt thường ngày của gia đình.
Điện từ trường được ứng dụng vào thiết bị vật lý trị liệu phục hồi chức năng
Từ các ứng dụng trên, có thể thấy là chúng ta đang phải tiếp xúc với nguồn điện từ từ trường cả tự nhiên lẫn nhân tạo (do con người tạo ra). Do đó chúng ta rất khó có thể kiểm soát được lượng điện từ trường mà cơ thể tiếp xúc hằng ngày.
→ Thuyết Maxwell
James Clerk Maxwell là một nhà toán học, nhà vật lý học người Anh. Là người đã đánh dấu cho sự ra đời của thuyết điện từ trường bằng hai công trình nghiên cứu cực kỳ nổi tiếng: “về những đường sức từ của Fa-ra-đây” năm 1856 và “lý thuyết về động lực điện từ trường” năm 1864.
02 giả thiết Maxwell nên biết
Giả thuyết 1:
- Mọi từ trường biến thiên theo thời gian đều sản sinh ra một điện trường xoáy (mà điện trường xoáy là điện trường với các đường sức điện trường, là các đường hình cong khép kín).
- Điện trường xoáy là điện trường mà ở đó các đường sức sẽ bao quanh các đường cảm ứng từ.
Giả thuyết 2:
- Mọi điện trường biến thiên theo thời gian đều sản sinh ra một từ trường biến thiên.
- Từ trường xoáy là từ trường mà ở đó các đường cảm ứng từ sẽ bao quanh các đường sức của điện trường.
Kết luận gì về thuyết Maxwell từ 2 giả thiết?
Từ 2 giả thiết Maxwell dẫn đến kết luận là:
- Không thể có từ trường hoặc điện trường tồn tại một cách độc lập, riêng biệt với nhau.
- Bất cứ điện trường biến thiên nào cũng đều sản sinh ra từ trường biến thiên và ngược lại, bất cứ từ trường biến thiên nào cũng đều sản sinh ra điện trường biến thiên.
Điện trường và từ trường chính là hai mặt thể hiện khác nhau của một loại trường duy nhất và có tên gọi là điện từ trường.
→ Điện từ trường có gây hại không? Cách phòng chống?
Tính đến thời điểm hiện tại đã có rất nhiều những nghiên cứu đã chỉ ra rằng con người khi chịu tác động của lượng lớn điện từ trường sẽ dẫn đến các bệnh lý.
Điện từ trường có tốt không?
Đối với những người thường xuyên làm việc trong môi trường có trường điện từ với tần số cực thấp nhưng lâu năm cũng làm cho thần kinh của họ chịu bị tác động rất lớn. Đặc biệt là thần kinh trung ương của họ đều xảy ra hiện tượng suy nhược,…
Mặc dù nguy cơ mắc các bệnh lý cao nhưng đến nay vẫn chưa có bất kỳ kết luận chính thức nào về mức độ ảnh hưởng của điện từ trường đến sức khỏe của con người. Tuy nhiên việc phòng tránh và hạn chế tối đa sự tiếp xúc vẫn là điều rất cần thiết.
Cách phòng chống
Vậy có cách nào phòng tránh tác động của trường điện từ? Anh em có thể tham khảo một số phương pháp phổ biến dưới đây, để tự bảo vệ bản thân và hạn chế tiếp xúc với những tác động tiêu cực của trường điện từ:
- Chủ động giữ khoảng cách với nguồn phát sinh ra điện từ trường, vì ở càng xa nguồn thì cường độ của điện từ trường càng yếu.
- Không để các thiết bị điện, nhất là những thiết bị có motor cạnh người khi ngủ.
- Luôn giữ khoảng cách khi xem các chương trình trên tivi.
- Hạn chế sử dụng máy sấy tóc tối đa.
Có bao nhiêu loại điện từ trường?
Điện từ trường hiện nay dựa vào tần số của nó mà gồm có 5 loại chính. Mỗi loại trường điện từ (ở một tần số) sẽ có ứng dụng riêng, cụ thể như sau:
- Trường điện từ với tần số cực thấp (ELF): được ứng dụng trong những thiết bị điện gia dụng cũng như đường dây dẫn điện.
- Điện từ với tần số rất thấp (VLF): được ứng dụng vào tivi và video.
- Trường điện từ có tần số thấp (LF) và tần số cao (HF): được ứng dụng làm sóng radio AM.
- Điện từ có tần số rất cao (VHF): được ứng dụng trong Sóng tivi và radio FM.
- Siêu tần số (SHF): được ứng dụng trong lò vi sóng. Vì SHF có tác động rất lớn lên các phân tử, nên khi vi sóng đi ngang qua những vật thể có mang nước, nó sẽ làm cho các phân tử nước bị rung động và sản sinh ra nhiệt.
Hệ phương trình của trường điện từ nên biết
Để biểu diễn trường điện từ một cách rõ ràng nhất, nhà vật lý Maxwell đã đưa ra những phương trình cơ bản và tạo thành một hệ phương trình trường điện từ, được gọi tắt là phương trình Maxwell. Hệ phương trình điện từ trường cụ thể như sau:
→ Phương trình Maxwell -Faraday
Đầu tiên phương trình có tên là Maxwell – Faraday, diễn tả về mối liên hệ của điện trường xoáy và từ trường biến thiên.
Phương trình Maxwell – Faraday khi ở dạng vi phân:
Dạng phương trình Maxwell – Faraday khi ở dạng tích phân:
→ Phương trình Maxwell – Ampere
Đối với phương trình Maxwell – Ampere thì điện trường biến thiên cũng sẽ sinh ra từ trường giống như dòng điện dẫn.
Phương trình Maxwell – Ampere khi ở dạng vi phân:
Phương trình Maxwell – Ampere khi ở dạng tích phân:
→ Định lý Ostrogradski – Gauss với điện trường
Định lý mô tả tính chất không khép kín của những đường sức điện trường tĩnh. Chúng luôn đi vào từ các điện tích âm và đi ra từ các điện tích dương.
Định lý Ostrogradski – Gauss với điện trường ở dạng vi phân:
Định lý Ostrogradski – Gauss với điện trường ở dạng tích phân:
→ Định lý Ostrogradski – Gauss với từ trường
Định lý này chính là định lý diễn tả tính chất khép kín của các đường sức từ. Từ trường chính là trường không có nguồn.
Định lý Ostrogradski – Gauss với từ trường ở dạng vi phân:
Định lý Ostrogradski – Gauss với từ trường ở dạng tích phân:
Bài tập trắc nghiệm vật lý điện từ trường
Hệ thống lại các thông tin được đề cập ở trên thông qua 3 câu trắc nghiệm sau:
Câu 1: Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về điện từ trường?
- Điện trường và từ trường là hai mặt thể hiện khác nhau của một loại trường duy nhất gọi là điện từ trường.
- Vận tốc lan truyền của điện từ trường trong chất rắn lớn nhất, trong chất khí bé nhất và không lan truyền được trong chân không.
- Điện trường và từ trường tồn tại riêng biệt, độc lập với nhau.
Câu 2: Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về năng lượng dao động điện từ tự do trong mạch dao động điện từ LC không điện trở thuần?
- Khi năng lượng điện trường giảm thì năng lượng từ trường tăng.
- Mạch dao động có năng lượng điện từ bằng tổng năng lượng điện trường tập trung ở tụ điện và năng lượng từ trường tập trung ở cuộn cảm.
- Năng lượng từ trường cực đại bằng năng lượng điện từ của mạch dao động.
- Điện trường và từ trường biến thiên điều hòa có năng lượng với tần số bằng một nửa tần số của cường độ dòng điện trong mạch.
Câu 3: Đặt 1 hộp kín bằng sắt trong điện trường. Trong hộp kín sẽ:
- Có điện trường
- Từ trường
- Điện từ trường
- Không có các trường nói trên
⏭️ Mời anh em xem thêm:
- ? Quy tắc nắm tay phải: Ứng dụng & Quy tắc sử dụng
- ? Cảm biến tiệm cận là gì? Đặc điểm & Nguyên lý hoạt động
- ? Tiêu chuẩn hàn nối thép trong xây dựng
Hy vọng với những thông tin được tổng hợp ở trên sẽ giúp anh em hiểu chi tiết về điện từ trường, phân loại và hệ phương trình cũng như các ứng dụng của nó trong cuộc sống thường ngày. Việc trang bị kiến thức về điện từ trường sẽ giúp anh em ứng dụng thành công trong một số công trình, hoặc trong những trường hợp cần thiết. Hoặc biết trước những nguy hiểm, rủi ro để phòng tránh, bảo đảm an toàn. Cám ơn anh em đã theo dõi.
Mecsu Blog
