BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA VẬT LÝ
ĐỀ TÀI:
Giáo viên hướng dẫn: Lê Văn Hoàng
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Lê Thủy An
Phùng Thu Hằng
Nguyễn Thị Trung Kiên
Lớp Lý 3A
Niên khóa: 2008 - 2009
2
MỞ ĐẦU
LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Nhóm chọn đề tài “Sóng điện từ” do các lí do chính sau:
_ Việc nghiên cứu “Sóng điện từ” giúp chúng ta hiểu rõ hơn về chiếc cầu nối
giữa “điện – từ học” và “quang học”.
_ “Sóng điện từ” là một vấn đề rất quan trọng trong Vật lý học cũng như trong
đời sống.
_ “Sóng điện từ” có nhiều ứng dụng trong khoa học kỹ thuật, thông tin liên lạc,
y học, quân sự, đời sống hàng ngày…
ĐỐI TƯƠNG NGHIÊN CỨU
Học sinh và sinh viên.
3
MỤC LỤC
MỤC LỤC 3
Chương 1. LỊCH SỬ SÓNG ĐIỆN TỪ 5
1.1 Sự tiên đoán về sóng điện từ của Maxwell năm 1864 5
1.1.1 Vài nét tiêu biểu: 5
1.1.2 Sự tiên đoán về sóng điện từ của Maxwell 6
1.2 Heinrich Hertz xác nhận ý tưởng của Maxwell 7
1.2.1 Vài nét tiêu biểu 8

4.6.3 Tính chất 41
4.6.4 Ứng dụng 41
4.6.5 Tác hại 43
4.7 X rays 44
4.7.1 Định nghĩa 45
4.7.2 Tính chất 45
4
4.7.3 Ứng dụng 45
4.7.4 Tác hại 48
4.8 Gamma rays 50
4.8.1 Định nghĩa 50
4.8.2 Ứng dụng 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO 57
5
CHƯƠNG 1. LỊCH SỬ SÓNG ĐIỆN TỪ
1.1 Sự tiên đoán về sóng điện từ của Maxwell năm 1864
Hình 1.1. James Clerk Maxwell
1.1.1 Vài nét tiêu biểu:
James Clerk Maxwell, sinh ngày 13 tháng 6 năm 1831, tại Edinburgh,
Scotland), mất ngày 5 tháng 11 năm 1879. Ông là một nhà vật lý học người
Scotland. Ông đã đưa ra hệ phương trình miêu tả những định luật cơ bản về điện
trường và từ trường được biết đến với tên gọi hệ phương trình Maxwell. Đây là hệ
phương trình chứng minh rằng điện trường và từ trường là thành phần một trường
thống nhất: điện từ trường. Ông cũng đã chứng minh rằng trường điện từ có thể
truyền đi trong không gian dưới dạng sóng với tốc độ không đổi là 300000 Km/s và
đưa ra giả thuyết ánh sáng là sóng điện từ.
Có thể nói Maxwell là nhà vật lý học thế kỷ 19 có ảnh hưởng nhất tới nền vật
lý của thế kỉ 20, người đã đóng góp vào công cuộc xây dựng mô hình toán học mới
của nền khoa học hiện đại. Vào năm 1931, nhân kỉ niệm 100 năm ngày sinh của
Maxwell, Albert Einstein đã ví công trình của Maxwell là “ sâu sắc nhất và hiệu quả

thay đổi này diễn tả được tính đối xứng của các trường trong cách biểu diễn toán
học. Những công thức có tính đối xứng này là nguồn gốc hai bước nhảy lớn trong
vật lý hiện đại đó là Thuyết tương đối hẹp và Vật lý lượng tử.
Maxwell đã mở rộng các công trình của Michael Faraday và nhận thấy rằng
chính mối liên hệ khăng khít giữa điện và từ đã làm cho loại sóng điện từ trường
nên có thể tồn tại.
Thật vậy, hệ phương trình Maxwell cho phép đoán trước được sự tồn tại của
sóng điện từ , có nghĩa là khi có sự thay đổi của một trong các yếu tố như cường độ
dòng điện, mật độ điện tích…sẽ sinh ra sóng điện từ truyền đi được trong không
gian.
1.2 Heinrich Hertz xác nhận ý tưởng của Maxwell
Năm 1888, Heinrich Hertz đã làm thí nghiệm phát sóng điện từ xác nhận ý
tưởng của Maxwell.
Hình 1.2. Heinrich Hertz
8
1.2.1 Vài nét tiêu biểu
Heinrich Rudolph Hertz, nhà vật lý học người Đức, người có công tìm ra
sóng điện từ và hiệu ứng quang điện, sinh tại Hamburg ngày 22-2-1857. Đầu tiên,
ông học tại trường Đại học Tổng hợp Berlin, là học trò xuất sắc của nhà bác học
Helmholtz. Hertz nghiên cứu về tĩnh điện học và điện từ, góp phần to lớn vào việc
chế tạo ra máy vô tuyến điện.
Năm 1887, ông công bố về những bài báo về những dao động điện rất nhanh.
Hertz chế tạo một máy phát dao động điện cao tần, gọi là "bộ rung Hertz" và một
"bộ cộng hưởng" để phát hiện những dao động điện đó. Với thiết bị như trên, ông
xác lập được quá trình cảm ứng và tương tác của các mạch điện.
Năm 1888, ông đã thu được sóng điện từ đầu tiên như thuyết Maxwell tiên
đoán và đã chứng minh rằng sóng điện từ đồng nhất với sóng ánh sáng, rằng sự di
chuyển của ánh sáng và điện cùng nhanh như nhau và các tia Cathode có thể xuyên
qua những tấm ván hay những tấm nhôm mỏng.
Năm 1889, Hertz trở thành giáo sư tại trường Đại học Bonn. Năm 1891, ông

trình truyền đó tạo thành sóng điện từ.
Sóng điện từ là trường điện từ biến đổi truyền đi trong không gian.
11
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG TRÌNH SÓNG ĐIỆN TỪ
2.1 Khái niệm sóng điện từ
Trường điện từ tồn tại khi không có điện tích được gọi là sóng điện từ.
2.2 Hệ phương trình Maxwell mô tả trường điện từ tự do
Để thấy được thực chất của trường điện từ, ta phải khảo sát đầy đủ hai tương
quan:
• Từ trường biến thiên tạo ra điện trường xoáy (hiện tượng cảm ứng điện từ).
• Điện trường biến thiên tạo ra từ trường xoáy (hiện tượng dòng điện dịch).
Điện trường lan truyền trong không gian theo thời gian tạo thành sóng điện từ.
Hệ phương trình Maxwell:
(2.1)
Qua hệ phương trình Maxwell, ta thấy sự có mặt của trường điện từ bao giờ
cũng phải gắn với điện tích, dòng điện. Mặt khác, qua hệ phương trình Maxwell, dù
ρ = 0, = 0 thì vẫn có thể có ≠0, ≠ 0. Khi đó, hệ phương trình Maxwell mô tả điện
từ ở nơi không có mặt điện tích, đó là trường điện từ tự do, tồn tại dạng sóng, nên
gọi là sóng điện tự do. Hệ phương trình Maxwell lúc đó trở thành:
(2.2)
2.3 Phương trình sóng điện từ
Xem môi trường là đồng nhất, ta có:
rot=-
⇒ rot rot= - rot
⇔ grad div - ∆= -µ
o
ε
o

Vì div= 0 nên ta lập được phương trình cho vectơ cường độ điện trường:

ε
o
= 0 (2.4)
(1) và (2) có dạng giống nhau, được gọi là phương trình sóng không có vế phải, hay
là phương trình d’Alembert. Gọi ϕ là trường vô hướng đại diện cho một trong các
thành phần của điện trường hoặc từ trường, thì ϕ thỏa phương trình sóng vô hướng:
∆ϕ - µ
o
ε
o
= 0 (2.5)
13
CHƯƠNG 3. PHÂN LOẠI SÓNG ĐIỆN TỪ
Hình 3.1. Phân loại sóng điện từ theo tần số và bước sóng
Tần số Bước sóng Ký hiệu Thông tin
0 300 000 km
V.L.F.
Hạ âm
10Hz 30 000km
Âm nhạc - Âm nghe được
30kHz 10km
300 kHz 1km L.F. Siêu âm - Radio - Sóng dài
3000 kHz 100 m M.F. Radio - Sóng trung
30 MHz 10 m H.F. Radio - Sóng ngắn
300 MHz 1 m V.H.F Radio - Sóng cực ngắn - TV Radar
3000MHz 1 dm U.H.F. Lò vi ba
30 GHz 1 cm
300 GHz 1 mm
3000 GHz 0,1 mm Ánh sáng Tia hồng ngoại
14

0
Tia gamma
3.10
22
Hz 10
-1
A
0
3.10
23
Hz 10
-5
A
0
3.10
24
Hz 10
-6
A
0
Tia vũ trụ
Bảng 3.1. Phân loại sóng điện từ theo bước sóng và tần số.
15
CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG SÓNG ĐIỆN TỪ
4.1 Radio waves:
4.1.1 Định nghĩa
Sóng radio có tần số trong khoảng từ 30 KHz (dải tần LF) đến 300MHz (dải
tần VHF), bước sóng từ 1m đến 10
3
m. Sóng radio bao gồm: sóng dài (LF), sóng

• Sóng cực ngắn: Các sóng này không bị phản xạ ở tầng điện li mà đi xuyên qua
nó để vào không gian vũ trụ Thường dùng trong phát truyền hình và phát thanh FM,
liên lạc ra vũ trụ.
4.1.3.2 Wifi
Sóng Wi-Fi là sóng radio cường độ thấp có bước sóng tương tự như bước
sóng radio sử dụng trong các lò vi sóng. Nhưng cường độ sóng Wi-Fi thấp hơn
100.000 so với cường độ sóng trong lò vi sóng.
Sóng radio sản sinh ra từ các thiết bị phát sóng Wi-Fi, ánh sáng trắng, lò vi
sóng hoặc điện thoại di động có thể khiến nhiệt độ bề mặt của vật thể tăng lên
nhưng chúng không thể gây ra bất kỳ tác động xấu nào.
4.1.3.3 Sử dụng sóng radio để tiêu diệt sâu bọ trong hạt sấy khô
Một nhóm nhà khoa học Mỹ đã thử nghiệm cho sóng radio làm cho các phân
tử rung và nóng lên để diệt mối mọt và sâu bọ trong hoa quả và hạt sấy khô. Nhóm
nghiên cứu đã ngâm một số mẻ quả óc chó, hồ trăn và những hạt khác vào một dung
dịch hơi mặn. Sau đó đưa chúng vào chiếc máy sử dụng tần số radio. Thiết bị sẽ tiêu
diệt sâu bọ mà không làm hạt bị nóng quá. Các nhà khoa học hi vọng phương pháp
17
này sẽ ít gây hại hơn là phương pháp dùng các chất hóa học. Tuy nhiên phương
pháp này chi phí tốn kém hơn.
4.1.3.4 Dùng sóng radio để trị hen
Các nhà khoa học Mỹ đã chế tạo được thiết bị sử dụng sóng radio giúp bệnh
nhân bị hen dễ thở hơn. Sóng radio phát ra từ thiết bị này sẽ đi vào phổi, đốt nóng
và làm mềm các khối cơ, từ đó tạo ra các đường dẫn không khí lưu thông.
Thử nghiệm trên 112 bệnh nhân hen từ mức vừa phải tới nặng, một nửa được
điều trị bằng thiết bị này và nửa còn lại sử dụng thuốc. Sau một năm, các nhà khoa
học nhận thấy khả năng thở của bệnh nhân dùng thiết bị sóng radio tốt hơn hẳn, 39
lít khí thở/phút so với 8,5 lít khí thở/phút của các bệnh nhân dùng thuốc. Ngoài ra,
nhóm được điều trị bằng máy có 40 ngày không bị các triệu chứng hen, so với 17
ngày ở nhóm điều trị bằng thuốc. Đây là phương pháp điều trị đầu tiên không dùng
thuốc cho các bệnh nhân hen.

máu (tĩnh mạch hoặc động mạch đùi) vào vị trí tổn thương trong buồng tim. Từ đó,
dựa trên các tín hiệu hoạt động điện thu được để lập bản đồ hoạt động điện của các
buồng tim. Sau đó, bác sĩ sẽ sử dụng một số biện pháp thăm dò đặc biệt xác định vị
trí ổ ngoại vi cũng như cơ chế gây rối loạn nhịp thất. Cuối cùng là sử dụng năng
lượng sóng radio ở nhiệt độ 65
o
C để triệt bỏ các ổ gây rối loạn nhịp tim và các
đường dẫn truyền bất thường trong cơ tim. Thủ thuật được đánh giá thành công khi
kiểm tra lại bằng thăm dò điện sinh lý không còn rối loạn nhịp thất.
4.1.3.8 Chữa viêm gân bằng sóng radio
Việc điều trị khá đơn giản. Bệnh nhân được chụp cộng hưởng từ hoặc siêu
âm xác định vị trí tổn thương rồi gây tê tại chỗ. Bác sĩ rạch một đường khoảng 2-3
cm trên đường gân bị tổn thương rồi đưa các dụng cụ vào. Một luồng radio cao tần
sẽ cắt các sợi dính vi thể trong gân, thủ phạm gây đau và viêm gân. Sóng radio
cũng làm tăng sinh hệ thống mạch máu đến gân, giúp gân dần bình phục.
19
Ưu điểm của phương pháp này là người bệnh không bị đau, ít biến chứng, có
thể xuất viện ngay trong ngày.
4.1.3.9 Điều trị chứng viễn thị bằng sóng radio
Một kỹ thuật mới mang tên CK (conductive keratoplasty) vừa được Cơ quan
Quản lý Thuốc và Thực phẩm Mỹ chấp thuận. Trong phương pháp này, người ta sử
dụng năng lượng dạng sóng radio để làm teo một số vùng nhỏ của giác mạc. Vì
không phải rạch hoặc cắt bỏ mô, CK ít gây tổn thương hơn so với các kỹ thuật laser
hiện hành.
Theo bác sĩ Peter Hersh, chuyên gia mắt tại Đại học Hackensack University
(Mỹ), kỹ thuật CK có thể sẽ được những người có tuổi ưa chuộng vì tính thuận
tiện, đơn giản và ít gây tổn thương. Phương pháp này sẽ rất hữu ích cho những
người già không thể áp dụng LASIK, như bị chứng khô mắt hoặc có lớp biểu mô bị
kích thích. CK cũng có thể an toàn hơn với bệnh nhân bị bệnh tăng nhãn áp
(glaucoma), vì nó không đòi hỏi việc tăng tạm thời áp lực trong mắt, xuất hiện khi

vùng không gian nhỏ hơn nhiều, thường là vài lần 1 giây hay hơn nữa.
• Radar thời tiết tương tự radar dò tìm, nhưng sử dụng tia radio với sự phân cực
tròn và có bước sóng phản hồi từ các giọt nước. Vài radar sử dụng Doppler để đo
tốc độ gió.
4.2 Micro waves
4.2.1 Định nghĩa
Sóng viba là có tần số từ 300MHz đến 3000MHz , có bước sóng từ 10
-1
m
đến 1m (UHF)
4.2.2 Tính chất
Microwaves thực chất là một dạng năng lượng điện từ. Nó giống như sóng
ánh sáng hay sóng radio và nó cũng chiếm một phần phổ điện từ. Microwaves
thường được sử dụng để tiếp âm các tín hiệu điện thoại có khoảng cách truyền xa,
các chương trình truyền hình hay các thông tin máy tính được truyền từ trái đất tới
21
một trạm vệ tinh trong vũ trụ. Ngoài ra, chúng ta cũng có thể dùng microwaves để
nhận biết được tốc độ của xe ôtô và các phương tiện giao thông. Và gần gũi hơn,
microwaves còn có thể được sử dụng như là một nguồn năng lượng trong các thiết
bị nấu ăn hàng ngày. Microwaves thực sự đã thâm nhập vào đời sống con người.
Theo nguyên lý hoạt động của sóng viba, tất cả năng lượng sóng thay đổi từ cực
dương sang cực âm trong mỗi chu kỳ sóng. Tốc độ của sự thay đổi khá lớn, hàng
triệu lần/giây. Các phân tử thức ăn, đặc biệt là các phân tử nước, có một cực dương
và một cực âm giống như một thanh nam châm có một cực bắc và một cực nam.
Khi các sóng viba bắn phá thức ăn, chúng tại ra các phân tử có cực quay cùng tần số
với tần số của sóng viba, hàng triệu lần/ giây. Chính sự rung động các phần tử này
đã tạo nên ma sát làm nóng thức ăn. Do sóng viba không tương tác với các phân tử
thuỷ tinh, nhựa hay giấy nên chỉ có thức ăn được đốt nóng.
4.2.3 Ứng dụng: Lò vi ba
Hình 4.1. Lò vi ba

đến như là bức xạ viễn- hồng ngoại, bức xạ terahertz, sóng terahertz, ánh sáng
terahertz, T-light, T-lux và THz nằm trong vùng phạm vi điện từ 300 gigahertz
(3x10¹¹ Hz) và 3 terahertz (3x10¹² Hz), nằm trong dải sóng 1 millimeter và 100
micrometer. Bức xạ terahertz là loại bức xạ phổ biến nhất trong vũ trụ.
4.3.2 Lịch sử
Nếu bạn chưa từng nghe nói về tia T, thì đó là bởi các nhà khoa học đã gặp
khó khăn trong việc khai thác chúng và đây được nhìn nhận là một lĩnh vực khó
23
khăn của Vật Lý. Mặc dù bài báo khoa học đầu tiên về vấn đề này được ấn bản từ
năm 1890, nhưng đến tận bây giờ, người ta vẫn phải đối mặt với những thách thức
trong việc nghiên cứu và phát triển những công nghệ giúp tạo ra, phát hiện và điều
khiển tia T. Tia T được phát hiện cách đây một thế kỷ, nhưng mới được phát triển
thành một kỹ thuật có thể sử dụng được trong vài năm gần đây. Các nhà khoa học
từ Úc, Mỹ, Âu châu và Á châu đã chia sẻ những tiến bộ mới trong kỹ thuật này tại
hội nghị, được Tổ chức Kỹ thuật và Khoa học Phòng vệ (DSTO) của chính quyền
Úc tài trợ, tại Đại học Adelaide. Một trong những thuyết trình viên chính sẽ là cha
đẻ của tia T, giáo sư Xi-Cheng Zhang thuộc Viện Kỹ thuật Rensselaer ở New York,
người đã bỏ ra hơn 20 năm để phát triển tia này. Tia T ban đầu được giới nghiên
cứu thiên văn học khám phá và sử dụng để quan sát các vì sao và thiên hà và phải
đến năm 1995 thì tia T mới được tạo ra trong phòng thí nghiệm. Với nhiều nguồn
và các máy dò bức xạ terahertz hiệu quả hơn, các nhà nghiên cứu từ thập kỷ trước
đã bắt đầu phát triển những bộ lọc và các máy tạo tia để điều khiển tia T. "Ở thời
điểm này công nghệ nói trên còn rất non trẻ. Terahertz hiện mới chỉ như tia X vào
năm 1905", kỹ sư điện Daniel Mittleman, từ phòng thí nghiệm tia T ở Đại học Rice
nhận xét.
4.3.3 Ứng dụng
4.3.3.1 Công nghệ nhìn xuyên vật thể
Các nhà khoa học thuộc Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia (Mỹ) nghiên cứu
phát triển một công nghệ mới cho phép nhìn xuyên vật thể để có thể phát hiện ra
các chất nguy hiểm trong các bưu kiện hoặc được che giấu bên dưới lớp vải bọc.

Mặt khác, với tính năng đâm xuyên qua cả các lớp bê tông rất dày, tia T cũng
cho phép “quay phim” thường xuyên hoạt động của các nhóm khủng bố đang cầm
giữ con tin trong các khu nhà biệt lập, điều mà chưa có một công nghệ nào từ trước
đến nay thực hiện được.
Vấn đề là cần phải có một thiết bị để “đọc” hình ảnh sau khi cho tia T xuyên
qua. “Để thu được thông tin về một loại vật liệu sau khi chiếu tia T qua, chúng tôi
sử dụng các thiết bị thu đặc biệt, có cấu tạo tương tự như thiết bị phát bức xạ”- Ông
25
Patrick Mounaix, Giám đốc phụ trách nghiên cứu tại Trung tâm Vật lý Phân tử
Quang học thuộc Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia Pháp (CNRS), giải
thích. Sau khi đối chiếu tính chất của bức xạ ban đầu với bức xạ thu được về sau,
các chuyên gia sẽ xác định được cấu tạo của vật liệu phân tích. Chẳng hạn, sau khi
quét một vật liệu bằng một chùm tia T và vật liệu này hấp thụ một bức xạ có tần số
nào đó, trên quang phổ thu được sẽ xuất hiện một “lỗ hổng”. Đối chiếu với dữ liệu
lưu trữ (gọi là dấu hiệu hoá học nhận biết), người ta sẽ suy ra bản chất của loại vật
liệu đó. Nguyên tắc này hoàn toàn khác với việc sử dụng tia X, do hình ảnh chụp
bằng X quang hiện rõ trên phim âm bản. Tuy nhiên, với thiết bị thu đặc biệt, người
ta cũng tái hiện được hình dạng của các vật thể có chứa nước, chẳng hạn như cơ thể
con người.
Tia T có khả năng trở thành một lọai vũ khí mới rất mạnh trong cuộc chiến
chống tội ác và cũng có thể chiếu xuyên qua thời tiết xấu, bụi bặm hoặc khói tốt
hơn tia hồng ngọai hoặc các hệ thống dò tìm khác.
4.3.3.2 Trong y học
Tia T có năng lượng thấp, cho nên có thể được dùng an tòan đối với người,
không giống như tia X. Các nhà khoa học tin rằng do khả năng thâm nhập nông cạn
vào cơ thể con người, tia T sẽ có thể đựơc dùng để scan lớp biểu bì hoặc, nhờ ống
thông, scan ruột và các cơ phận khác để dò tìm những dấu hiệu của ung thư. Giáo
sư Đại học Adelaide Derek Abbott nói:”Một trong những khám phá quan trọng gần
đây là tia T cũng có khả năng dò tìm ung thư. Úc đang tham gia cuộc chạy đua khoa
học to lớn trong việc nghiên cứu vấn đề này”. Vì vậy, tia T đang được sử dụng tại