Sóng: Các nguyên lí của Ánh sáng, Điện và Từ học (Phần 6)

Năm 1864, James Clerk Maxwell đã ghép những mảnh hình điện học và từ học lại với nhau. Các định luật điện từ học của ông được gọi là hệ phương trình Maxwell. Phát biểu toán học của những định luật đó quá phức tạp để trình bày ở đây, nhưng những định luật của ông cho chúng ta biết những điều sau đây:

  • Lực điện và lực từ là hai mặt khác nhau của cùng một lực.
  • Mỗi điện tích có một điện trường xung quanh nó. Điện trường này hút điện tích trái dấu và đẩy điện tích cùng dấu.
  • Một điện tích đang chuyển động hay một điện trường đang biến thiên sinh ra một từ trường.
  • Một từ trường biến thiên sinh ra một điện trường.

Kể từ năm 1864, hết lần này tới lần khác, các thí nghiệm đã chứng tỏ các định luật Maxwell là đúng. Do điện và từ chỉ là hai mặt khác nhau của cùng một lực, nên các nhà khoa học thường gọi lực đó là lực điện từ. Cùng với lực hấp dẫn và lực hạt nhân trong nguyên tử, nó là một trong những lực cơ bản của vũ trụ.

 

Phổ điện từ

Phổ điện từ bao gồm những vùng cực rộng của sóng ánh sáng.

Khi Maxwell xem xét khám phá của ông, ông nhận ra một cái gì đó khác rất thú vị. Một sự biến thiên ở điện trường tạo ra một sự biến thiên ở từ trường. Nhưng sự biến thiên ở từ trường sau đó lại tạo ra sự biến thiên ở điện trường. Quá trình này có thể tiếp diễn mãi mãi. Nên một sự biến thiên của từ trường hoặc điện trường phân tán ra rất nhanh, tạo ra một hiệu ứng sóng điện từ.

Maxwell đã tính ra sóng điện từ này sẽ chuyển động trong không gian nhanh bao nhiêu. Kết quả của ông cho biết nó truyền đi ở tốc độ chừng 300.000 km/s. Nhưng đó là một tốc độ đã biết. Đó là tốc độ của ánh sáng. Vậy ánh sáng có thể là một dạng năng lượng điện từ hay không?

Vâng. Maxwell phát hiện thấy ánh sáng là một sóng điện từ. Những khám phá trong thời gian gần đó cho biết bức xạ ánh sáng thật sự được phát ra bởi sự dao động nhanh của các electron trong nguyên tử.

Maxwell còn dự đoán rằng các nhà nghiên cứu sẽ tìm thấy những loại bức xạ điện từ khác nằm ngoài vùng ánh sáng nhìn thấy. Các phương trình Maxwell cho biết phải có những sóng điện từ có năng lượng thấp hơn ánh sáng nhìn thấy, và những sóng có năng lượng cao hơn.

Hai trong số những loại sóng ánh sáng này đã được biết đến. Ánh sáng hồng ngoại và ánh sáng tử ngoại đều được phát hiện vào khoảng năm 1800. Những tính toán của Maxwell cho thấy những sóng ánh sáng này là những dạng bức xạ điện từ giống như sóng ánh sáng vậy. Và không bao lâu sau khi các phương trình Maxwell được thiết lập, những dạng bức xạ điện từ mới đã được khám phá ra.

Năm 1889, Heinrich Hertz phát hiện ra sự tồn tại của sóng vô tuyến. Đây là những sóng điện từ có bước sóng dài hơn nhiều so với ánh sáng nhìn thấy. Năm 1895, Wilhelm Roentgen phát hiện ra tia X. Đây là những sóng điện từ có bước sóng rất ngắn. Ngưỡng rộng bức xạ trên – từ sóng vô tuyến, qua sóng hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, ánh sáng tử ngoại, và tia X và tia gamma – được gọi là phổ điện từ. Tất cả những tia khác nhau này truyền đi ở tốc độ 300.000 km/s. Chúng đều hành xử giống như sóng ánh sáng. Các tiên đoán của Maxwell về năng lượng điện từ đã được chứng minh là đúng!

Năm 1897, J. J. Thomson phát hiện ra sự tồn tại của một hạt tích điện âm nhỏ hơn nguyên tử. Hạt này được gọi là electron. Các nhà khoa học nhận thấy chuyển động của các electron là cái mang năng lượng điện.

Khi cọ xát một quả bóng trên vải len, một số electron truyền từ những sợi len sang quả bóng cao su. Sự truyền electron đó đã tạo ra điện tích. Khi chúng ta nối một sợi dây với hai cực của pin, chính dòng chảy của các electron mang dòng điện. Và khi chúng ta bật công tắc bóng đèn, chính chuyển động của các electron trong dây tóc của bóng đèn tạo ra sóng điện từ mà chúng ta gọi là ánh sáng.

Thật khó tưởng tượng cuộc sống hiện đại sẽ trông ra sao nếu không có điện năng. Việc tìm hiểu lực điện từ đã mang đến nhiều dụng cụ hấp dẫn. Chúng ta sử dụng năng lượng này để chạy các thiết bị trong nhà, đun sưởi và thắp sáng nhà cửa, và tính toán các khoản ngân quỹ gia đình. Máy vi tính, ti vi, máy hát đĩa, radar, và cả nghìn dụng cụ tuyệt diệu khác đều phụ thuộc vào kiến thức của chúng ta về điện từ học.

Sóng: Các nguyên lí của Ánh sáng, Điện và Từ học
Paul Fleisher
Trần Nghiêm dịch

<< Phần trước | Phần tiếp theo >>

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Downlaod video thí nghiệm

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Cẩm nang thám hiểm vũ trụ (Phần 26)
17/06/2019
SỰ RA ĐỜI CỦA CÁC SAO Các sao từ đâu mà có? Câu chuyện cơ bản là giống nhau với đa số sao, kể cả câu chuyện mà chúng ta
Cẩm nang thám hiểm vũ trụ (Phần 25)
17/06/2019
Chương 5 SỰ RA ĐỜI VÀ CUỘC ĐỜI CỦA CÁC SAO Rất, rất nhiều ngôi sao khác… vô số không thể tin nổi luôn. - Galileo
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 26)
15/06/2019
Đồng hồ cát 1336 Ambrogio Lorenzetti (1290-1348) Tác giả người Pháp Jules Renard (1864-1910) từng viết rằng, “Tình yêu tựa như
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 25)
15/06/2019
Giải thích cầu vồng 1304 Abu Ali al-Hasan ibn al-Haytham (965–1039), Kamal al-Din al-Farisi (1267–khoảng 1320), Theodoric xứ Freiberg
Stephen Hawking đúng: Nghiên cứu mới cho thấy lỗ đen có thể bốc hơi
14/06/2019
Vào năm 1974, Stephen Hawking đã đưa ra một trong những dự đoán nổi tiếng nhất của ông: các lỗ đen cuối cùng sẽ bốc hơi
Vật lí học và chiến tranh - Từ mũi tên đồng đến bom nguyên tử (Phần 40)
13/06/2019
TÀU NGẦM Những tàu ngầm đầu tiên cũng đi vào hoạt động trong thời Nội Chiến. Thật ra, chiếc tàu ngầm đầu tiên đã
Vật lí học và chiến tranh - Từ mũi tên đồng đến bom nguyên tử (Phần 39)
13/06/2019
CƠ SỞ VẬT LÍ CỦA CHÂN VỊT Các chân vịt thời ấy có hai hoặc ba cánh quạt gắn với một trục quay. Khi chân vịt quay, nó
Cẩm nang thám hiểm vũ trụ (Phần 24)
12/06/2019
MỘC TINH: 43,3 PHÚT ÁNH SÁNG Mộc tinh là hành tinh lớn nhất trong Hệ Mặt Trời và là hành tinh thứ năm tính từ Mặt Trời ra.

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com