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
Extension Thuvienvatly.com cho Chrome

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Khi dòng điện tác dụng lên nam châm
08/06/2022
Khả năng khai thác lượng điện năng có vẻ vô tận là một trong những nền tảng của thế giới hiện đại. Công nghệ ấy
Nhận thức lịch sử về nam châm
28/05/2022
Vào năm 1600, một bác sĩ người Anh cho biết ngoài trọng lực, Trái Đất còn tác dụng những lực khác khi ông chỉ ra rằng hành
Photon là gì?
25/07/2021
Là hạt sơ cấp của ánh sáng, photon vừa bình dị vừa mang đầy những bất ngờ. Cái các nhà vật lí gọi là photon, thì những
Lược sử âm thanh
28/02/2021
Sóng âm: 13,7 tỉ năm trước Âm thanh có nguồn gốc từ rất xa xưa, chẳng bao lâu sau Vụ Nổ Lớn tĩnh lặng đến chán ngắt.
Đồng hồ nước Ktesibios
03/01/2021
Khoảng năm 250 tCN. “Đồng hồ nước Ktesibios quan trọng vì nó đã làm thay đổi mãi mãi sự hiểu biết của chúng ta về một
Tic-tac-toe
05/12/2020
Khoảng 1300 tCN   Các nhà khảo cổ có thể truy nguyên nguồn gốc của “trò chơi ba điểm một hàng” đến khoảng năm 1300
Sao neutron to bao nhiêu?
18/09/2020
Các nhà thiên văn vật lí đang kết hợp nhiều phương pháp để làm hé lộ các bí mật của một số vật thể lạ lùng nhất
Giải chi tiết mã đề 219 môn Vật Lý đề thi TN THPT 2020 (đợt 2)
04/09/2020

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

Đọc nhiều trong tháng

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