Điện và từ trường là hai khái niệm quan trọng mà chắc chắn bạn đã gặp trong đời sống thực tế nói chung và vật lý nói riêng. Tuy nhiên, không phải ai cũng hiểu đúng định nghĩa, vậy cụ thể điện từ trường từ là gì? Nhu cầu là gì? Đừng vội bỏ cuộc khi chưa đọc hết bài viết này nhé các bạn.
Điện từ trường từ là gì?
Điện từ trường từ còn có hai tên gọi chung khác là trường Maxwell hay điện từ trường từ. Đó là một khái niệm được sử dụng để chỉ một trong những lĩnh vực vật lý.
điện từ trường từ là một dạng vật chất được đặc trưng bởi sự tương tác giữa các hạt mang điện. Nói một cách đơn giản, nó được tạo ra bởi các hạt tích điện. Đồng thời, nó còn là một trường thống nhất của điện trường và từ trường. Các đại lượng đặc trưng cho khả năng tương tác của điện từ trường từ bao gồm:
- Cường độ từ trường.
- Cường độ điện trường.
- Mức độ điện giải.
- Cảm ứng điện từ.
Ứng dụng của điện từ trường trong đời sống
Trên thực tế, điện từ trường từ vẫn tồn tại trong tự nhiên với giá trị rất thấp. Tuy nhiên, tác động của con người đã làm tăng cường độ điện từ trường từ trong môi trường. Nguyên nhân chính của sự gia tăng này là do sự phát triển của các nguồn năng lượng cũng như hệ thống vận chuyển năng lượng phục vụ:
- Ứng dụng trong công nghệ thông tin điện tử và thiết bị giao thông.
- Được sử dụng trong truyền thông cho các ngành công nghiệp.
- Sử dụng trong sinh hoạt hàng ngày của gia đình.
Điện từ trường ứng dụng vào thiết bị vật lý trị liệu, phục hồi chức năng
Các ứng dụng trên cho thấy chúng ta đang tiếp xúc với các điện từ trường từ tự nhiên và nhân tạo (nhân tạo). Do đó, chúng ta rất khó kiểm soát được lượng điện từ trường từ mà cơ thể tiếp xúc hàng ngày.
Thuyết Maxwell
James Clerk Maxwell là một nhà toán học và vật lý học người Anh. Chính ông là người đã đánh dấu sự ra đời của lý thuyết điện từ trường từ bằng hai công trình nghiên cứu vô cùng nổi tiếng: “Về các đường sức từ của Faraday” năm 1856 và “Lý thuyết động lực học của điện từ trường từ” năm 1864.
Giả thuyết 1:
- Mỗi từ trường biến đổi theo thời gian sẽ sinh ra một điện trường xoáy (điện trường xoáy là điện trường có các đường sức điện trường là những đường cong khép kín).
- Điện trường xoáy là điện trường trong đó các đường sức bao quanh các đường sức cảm ứng từ.
Giả thuyết 2:
- Bất kỳ điện trường nào thay đổi theo thời gian đều tạo ra từ trường thay đổi.
- Từ trường xoáy là từ trường trong đó các đường cảm ứng từ bao quanh các đường sức điện.
Chúng ta có thể kết luận gì về lý thuyết của Maxwell từ hai giả thuyết này?
Từ hai giả thuyết của Maxwell, kết luận như sau:
- Từ trường hoặc điện trường không thể tồn tại độc lập hoặc tách biệt với nhau.
- Mọi điện trường biến thiên đều tạo ra từ trường biến thiên và ngược lại, mọi từ trường biến thiên đều tạo ra điện trường biến thiên.
Điện trường và từ trường là hai biểu hiện khác nhau của cùng một loại trường gọi là điện từ.
Điện từ trường có gây hại không? Cách phòng chống?
Cho đến nay, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi con người bị tác động bởi lượng lớn điện từ trường sẽ dẫn đến bệnh tật.
Điện từ trường có hại không?
Với những người thường xuyên làm việc lâu dài trong môi trường có điện từ trường tần số cực thấp thì thần kinh cũng bị ảnh hưởng rất nhiều. Đặc biệt, hệ thần kinh trung ương của họ đang gặp phải tình trạng suy yếu,…
Mặc dù nguy cơ mắc bệnh cao nhưng cho đến nay vẫn chưa có kết luận chính thức nào về tác động của điện từ trường đối với sức khỏe con người. Tuy nhiên, việc ngăn ngừa và giảm thiểu tiếp xúc vẫn là điều cần thiết.
Phòng ngừa
Vậy có cách nào để ngăn chặn tác động của điện từ trường? Bạn có thể tham khảo một số phương pháp phổ biến dưới đây để bảo vệ bản thân và hạn chế tiếp xúc với tác động tiêu cực của điện từ trường:
- Tích cực giữ khoảng cách với nguồn tạo ra điện từ trường từ, vì bạn càng ở xa nguồn thì cường độ của điện từ trường từ càng thấp.
- Không để các thiết bị điện, đặc biệt là những thiết bị có động cơ, bên cạnh cơ thể khi ngủ.
- Luôn giữ khoảng cách khi xem các chương trình trên tivi.
- Hạn chế tối đa việc sử dụng máy sấy tóc.
Có bao nhiêu loại điện từ trường?
Điện từ trường từ hiện tại, tùy thuộc vào tần số của chúng, bao gồm 5 loại chính. Mỗi loại điện từ trường từ (ở một tần số) sẽ có ứng dụng riêng, bao gồm:
- điện từ trường từ tần số cực thấp (ELF): được sử dụng trong các thiết bị gia dụng cũng như đường dây điện.
- Điện từ tần số rất thấp (VLF): được sử dụng trong truyền hình và video.
- điện từ trường từ tần số thấp (LF) và tần số cao (HF): dùng làm sóng vô tuyến AM.
- Điện từ tần số rất cao (VHF): được sử dụng trong sóng TV và đài FM.
- Siêu tần (SHF): dùng trong lò vi sóng. Vì SHF có tác động lớn đến các phân tử nên khi sóng vi ba truyền qua các vật chứa nước, các phân tử nước sẽ rung động và sinh ra nhiệt.
Hệ phương trình của điện từ trường nên biết
Để biểu diễn điện từ trường từ một cách rõ ràng nhất có thể, nhà vật lý Maxwell đã đề xuất các phương trình cơ bản và tạo ra một hệ phương trình điện từ trường từ, gọi tắt là phương trình Maxwell. Hệ phương trình điện từ trường từ cụ thể như sau:
Phương trình Maxwell -Faraday
Phương trình đầu tiên được gọi là Maxwell – Faraday và mô tả mối quan hệ giữa điện trường xoáy và từ trường biến thiên.
Maxwell – Phương trình Faraday ở dạng vi phân:
Dạng phương trình Maxwell – Faraday khi ở dạng tích phân:
Phương trình Maxwell – Ampere
Đối với phương trình Maxwell – Ampe, một điện trường biến thiên cũng sẽ sinh ra một từ trường giống như dòng điện dẫn điện.
Phương trình Maxwell – Ampère ở dạng vi phân:
Phương trình Maxwell – Ampère ở dạng tích phân:
Định lý Ostrogradski – Gauss với điện trường
Định lý mô tả bản chất không kín của đường sức điện tĩnh. Chúng luôn đến từ các điện tích âm và phát ra từ các điện tích dương.
Ostrogradski – Định lý Gauss với điện trường ở dạng vi phân:
Ostrogradski – Định lý Gauss với điện trường ở dạng tích phân:
Định lý Ostrogradski – Gauss với từ trường
Định lý này là định lý mô tả tính chất đóng của các đường sức từ. Từ trường là trường không có nguồn.
Ostrogradski – Định lý Gauss với từ trường ở dạng vi phân:
Ostrogradski – Định lý Gauss với từ trường ở dạng tích phân:
Bài tập trắc nghiệm vật lý điện từ trường
Hệ thống hóa các thông tin nêu trên thông qua 3 câu hỏi trắc nghiệm sau:
Câu 1: Phát biểu nào sau đây đúng khi nói về điện từ trường?
- Điện trường và từ trường là hai biểu hiện khác nhau của cùng một loại trường gọi là điện từ.
- Tốc độ lan truyền của điện từ trường từ trong chất rắn lớn nhất, nhỏ nhất trong chất khí và không thể lan truyền trong chân không.
- Điện trường và từ trường tồn tại riêng biệt và 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 thuần không điện trở?
- Khi năng lượng của điện trường giảm thì năng lượng của từ trường tăng.
- Mạch dao động có năng lượng điện từ bằng tổng năng lượng điện trường tập trung trong tụ điện và năng lượng từ trường tập trung trong cuộn cảm.
- Năng lượng cực đại của từ trường bằng năng lượng điện từ của mạch dao động.
- Điện trường và từ trường biến đổi điều hòa có năng lượng có tần số bằng một nửa tần số dòng điện trong mạch.
Câu 3: Đặt một hộp sắt kín trong điện trường. Trong hộp kín sẽ có:
- Có một điện trường
- từ tính
- Điện trường
- Không có trường nào được liệt kê ở trên
Hy vọng những thông tin tổng hợp ở trên sẽ giúp các bạn hiểu chi tiết về điện từ, phân loại, hệ phương trình và ứng dụng của nó trong đời sống hàng ngày. Việc trang bị cho mình những kiến thức về điện từ trường sẽ giúp bạn áp dụng thành công chúng vào những dự án hoặc trường hợp cần thiết nào đó. Hoặc biết trước những nguy hiểm, rủi ro để phòng ngừa và đảm bảo an toàn.
