Điện từ trường là gì? Những điều cần biết về điện từ trường

Điện từ trường và từ trường là những nội dung quan trọng của bộ môn vật lý nói riêng và thực tế đời sống con người nói chung. Song rất ít người hiểu và định nghĩa đúng về điện từ trường. Chính vì vậy, trong bài viết này chúng tôi sẽ chia sẻ những thông tin để các bạn có thể hiểu rõ điện từ trường là gì cũng như những ứng dụng thực tế của nó.

Điện từ trường là gì?

Điện từ trường hay còn được gọi là trường điện từ hoặc trường Maxwell. Đây là khái niệm được dùng để chỉ một trong các trường của vật lý. Nó là một dạng vật chất đặc trưng sự tương tác giữa những hạt mang điện. 

Trường điện từ (điện từ trường) được tạo ra do những hạt mang điện. Đồng thời nó là trường thống nhất của điện trường và từ trường. Những đại lượng đặc trưng cho khả năng tương tác của điện từ trường là: Cường độ từ trường, cường độ điện trường, độ điện dịch, cảm ứng điện từ.

Thuyết điện từ trường của Maxwell (Măcxoen)

James Clerk Maxwell là toán học, vật lý người Anh. Ông đã đánh dấu sự ra đời của thuyết điện từ trường bằng hai công trình nghiên cứu vô cùng nổi tiếng đó là: “về những đường sức từ của Fa-ra-đây” năm 1856 và “lý thuyết về động lực điện từ trường” vào năm 1864.

Các giả thiết của Maxwell 

Giả thuyết 1:

• Mọi từ trường biến thiên theo thời gian đều sẽ sản sinh ra một điện trường xoáy. (điện trường xoáy là gì? 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 điện từ trường

Những nghiên cứu của Maxwell đã dẫn đến kết luận là không thể có từ trường hoạc điện trường tồn tại một cách độc lập và riêng biệt với nhau. Điện trường biến thiên nào cũng sẽ sản sinh ra từ trường biến thiên và ngược lại từ trường biến thiên nào cũng sẽ 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 mang tên điện từ trường.

Hệ thống phương trình trường điện từ

Để biểu diễn trường điện từ nhà vật lý Maxwell đã  đưa ra những phương trình cơ bản và tạo thành một hệ phương trình trường điện từ. Những phương trình này vẫn thường được gọi tắt là phương trình Maxwell. Hệ thống các phương trình điện từ trường cụ thể như sau:

1. Phương trình Maxwell -Faraday

Phương trình đầu tiên của hệ thống này mang tên là Maxwell – Faraday. Nó diễn tả về mối liên hệ của điện trường xoáy và từ trường biến thiên.

• Phương trình Maxwell -Faraday khi ở dạng vi phân:  

• Phương trình Maxwell -Faraday khi ở dạng tích phân  

2. Phương trình Maxwell – Ampere

Đây là phương trình thứ hai và có tên là Maxwell – Ampere. Theo như phương trình này 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:

3. Định lý Ostrogradski – Gauss với điện trường

Định lý này thể hiện và 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 đi. 

• Phương trình ở dạng vi phân:

• Phương trình ở dạng tích phân:

4.Định lý Ostrogradski – Gauss với từ trường

Định lý Ostrogradski – Gauss với từ trường chính là định lý diễn tả tính chất khép kín của các đường sức từ. Theo đó thì từ trường chính là trường không có nguồn.

• Phương trình ở dạng vi phân:

• Phương trình ở dạng tích phân:

Các loại trường điện từ và ứng dụng

Điện từ trường (trường điện từ) hiện nay được phần chia là 5 loại dựa vào tần số của nó. 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): Khi có tần số cực thấp điện từ trường được ứng dụng trong những thiết bị điện gia dụng cũng như đường dây dẫn điện.
• Trường điện từ với tần số rất thấp (VLF): Khi có tần số rất thấp điện từ trường được ứng dụng vào Tivi và video
• Trường điện từ có tần số thấp (LF) và tần số cao (HF): Khi có tần số thấp trường điện từ được ứng dụng làm sóng radio AM
• Trường điện từ có tần số rất cao (VHF): Khi có tần số rất cao điện từ trường được ứng dụng trong Sóng tivi và radio FM
• Siêu tần số (SHF): Khi điện từ trường có siêu tần số được ứng dụng trong lò vi sóng. SHF có tác động rất lớn lên các phân tử. Khi vi sóng đi nga qua những vật thể có mang nước, nó sẽ làm cho các phân tử nước bị rung động đồng thời sản sinh ra nhiệt.

Sự tác động của điện từ trường tới con người

Điện từ trường tồn tại trong đời sống như thế nào?

Trong thực tế đời sống, trường điện từ luôn tồn tại trong tự nhiên với giá trị thường rất nhỏ. Song, dưới sự tác động của con người đã làm cho cường độ điện từ trường có trong môi trường tăng cao. Nguyên nhân chủ yếu dẫn đến sự gia tăng của điện từ trường là do sự phát triển của nguồn điện cùng với các hệ thống truyền tải điện phục vụ các thiết bị điện tử tin học, giao thông, truyền thông cho các ngành công nghiệp và cho các sinh hoạt của con người. 

Như vậy một điều dễ thấy đó là con người đang phải tiếp xúc với nguồn điện từ từ trường cả từ tự nhiên lẫn nhân tạo (do con người tạo ra). Do đó chúng ta rất khó để có thể kiểm soát được lượng điện từ trường mà cơ thể tiếp xúc hằng ngày. 

Hiện nay có những loại điện từ trường cụ thể như sau:

• Điện từ trường tồn tại trong tự nhiên. Loại điện từ trường này được sinh ra bởi từ trường của trái đất và sấm chớp
• Trường điện từ có sẵn trong cơ thể con người. Điện từ trường này giữ vai trò vận chuyển những thông tin trong hệ thần kinh.
• Điện từ trường nhân tạo được sản sinh ra từ quá trình sản xuất, truyền tải và trong quá trình sử dụng dụng điện năng của con người.

Điện từ trường thường có nhiều ở những nơi như: 

• Tại những nơi lân cận những đường dây điện cao thế
• Tại các hệ thống thu lôi hoặc các dây tiếp đất từ các thiết bị điện
• Tại vị trí dây tiếp đất của hệ thống thu lôi
• Tại những khu vực có các thiết bị điện đang hoạt động như: Màn hình máy tính, lò sưởi điện, bếp điện, máy sấy tóc, đồng hồ điện, điện thoại di động… 

Những tác hại của điện từ trường đến sức khỏe của con người

Tính tới thời điểm hiện tai, đã có rất nhiều những công trình khoa học nghiên cứu cũng như thực tế lâm sàng chỉ ra rằng con người khi chịu tác động của lượng lớn điện từ trường sẽ dẫn đến các bệnh lý. 

Những nghiên cứu về các đối tượng thường xuyên làm việc với môi trường có trường điện từ với tần số cực thấp nhưng lâu năm đã cho thấy rằng:Thần kinh của họ đã bị tác động rất lớn; đặc biệt là thần kinh trung ương của họ đều xảy ra hiện tượng suy nhược… Tuy nhiên thì 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.  

Mặc dù chưa có kết luận chính thức nhưng chúng ta có thể thấy trường điện từ có ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe của con người. Do đó việc phòng tránh và hạn chế tối đa sự tiếp xúc với điện từ trường là điều rất cần thiết. Trong phần tiếp theo chúng tôi sẽ chia xẻ với các bạn những phương pháp để tránh sự ảnh hưởng của điện từ trường tới cơ thể.

Cách phòng tránh tác động của trường điện từ

Chúng ta có thể tự bảo vệ bạn khỏi những tác động tiêu cực của trường điện từ bằng những phương pháp dưới đây. 

• Chủ động trong việc giữ khoảng cách với nguồn phát sinh ra điện từ trường. Bởi khi ở càng xa nguồn thì cường độ của điện từ trường càng yếu. 
• Không để các thiết bị điện, đặc biệt là những thiết bị có motor cạnh người khi ngủ. 
• Thực hiện giữ khoảng cách khi xem các chương trình tivi 
• Hạn chế sử dụng máy sấy tóc

Trên đây là những thông tin về điện từ trường mà chúng tôi đã tổng hợp lại để chia sẻ với các bạn. Hy vọng thông qua bài viết các bạn đã biết được điện từ trường là gì, có những loại điện từ trường nào và tác động của chúng với sức khỏe của con người.

Xem thêm:

• Điện trở suất là gì? Định nghĩa điện trở suất
• Cuộn cảm là gì? Cấu tạo và ứng dụng của cuộn cảm
• Ứng suất là gì? Nguyên nhân tạo ra ứng suất
• Công suất tiêu thụ – công suất hao phí là gì?
• Công suất phản kháng là gì? Khái niệm công suất phản kháng Q