Sóng điện từ là điện trường và từ trường biến thiên lan truyền trong không gian, không cần môi trường vật chất, với tốc độ trong chân không khoảng 300.000 km/s. Wifi, sóng điện thoại, sóng trong lò vi sóng, ánh sáng mặt trời và tia X đều là sóng điện từ, chỉ khác nhau ở tần số và bước sóng.
Bài này giúp bạn đặt những thứ quen thuộc trong nhà lên cùng một thang sóng, tính bước sóng của wifi cho đúng, hiểu lò vi sóng làm nóng thức ăn ra sao, và phân biệt loại bức xạ có năng lượng đủ để gây ion hoá với loại không đủ. Cuối bài là cách dùng AI để kiểm hiểu và những chỗ AI hay nói nhầm.
Sóng điện từ khác sóng cơ ở đâu
Sóng cơ cần môi trường: không khí, nước, sợi dây. Sóng điện từ thì không. Nó được tạo ra khi các điện tích dao động, ví dụ dòng điện đổi chiều liên tục trong ăng-ten. Điện trường biến thiên sinh ra từ trường biến thiên, từ trường biến thiên lại sinh ra điện trường biến thiên, và cặp đôi này tự lan truyền ra xa, kể cả trong chân không. Đó là lý do ánh sáng mặt trời tới được Trái Đất qua khoảng không gần như trống rỗng.
Sóng điện từ là sóng ngang: điện trường và từ trường dao động vuông góc với nhau và cùng vuông góc với phương truyền. Trong chân không, mọi sóng điện từ đều đi với cùng một tốc độ, ký hiệu c, khoảng 3 nhân 10 mũ 8 mét mỗi giây. Trong không khí, tốc độ này gần như không đổi; trong nước, thuỷ tinh thì chậm hơn.
Vì tốc độ như nhau, hệ thức quen thuộc vẫn đúng: bước sóng bằng tốc độ chia tần số. Tần số càng cao thì bước sóng càng ngắn. Toàn bộ sự khác nhau giữa sóng wifi và ánh sáng nhìn thấy, về mặt vật lý, nằm ở con số tần số này.
Thang sóng điện từ: từ sóng vô tuyến tới tia gamma
Bảng dưới xếp các loại sóng điện từ theo tần số tăng dần, tức bước sóng giảm dần. Ranh giới giữa các vùng chỉ là quy ước, không có vạch cắt tuyệt đối.
| Vùng sóng | Bước sóng (cỡ) | Ví dụ quen thuộc | Gây ion hoá? |
|---|---|---|---|
| Sóng vô tuyến | từ vài xentimét tới hàng trăm mét trở lên | Phát thanh, truyền hình, điện thoại di động, wifi | Không |
| Vi ba (một phần của vô tuyến) | từ khoảng milimét tới vài chục xentimét | Lò vi sóng, radar, một số dải wifi | Không |
| Hồng ngoại | từ dưới milimét tới khoảng micrômét | Điều khiển từ xa, hơi ấm từ bếp than, camera nhiệt | Không |
| Ánh sáng nhìn thấy | khoảng 380 tới 760 nanômét | Ánh sáng mặt trời, đèn | Không |
| Tử ngoại | ngắn hơn ánh sáng tím | Thành phần của nắng gây cháy da | Phần tần số cao có thể |
| Tia X và tia gamma | rất ngắn | Chụp X-quang, phóng xạ | Có |
Điểm cần hiểu là năng lượng mà mỗi "hạt" bức xạ mang theo tỉ lệ với tần số. Sóng vô tuyến có tần số thấp nên mỗi hạt mang năng lượng rất nhỏ, không đủ để bứt electron khỏi nguyên tử. Từ vùng tử ngoại tần số cao trở lên, năng lượng đủ lớn để gây ion hoá, và đó là lý do tia X cần được dùng có kiểm soát. Phần lượng tử ánh sáng được bàn kỹ ở danh mục vật lý hiện đại của trang.
Tính bước sóng của những thứ trong nhà
Đài FM. Một đài phát ở tần số 100 MHz, tức 10 mũ 8 Hz. Bước sóng bằng 3 nhân 10 mũ 8 chia 10 mũ 8, ra 3 m. Đây là ví dụ giả định với tần số tròn để dễ tính.
Wifi dải 2,4 GHz. Bước sóng bằng 3 nhân 10 mũ 8 chia 2,4 nhân 10 mũ 9, ra 0,125 m, tức 12,5 cm.
Wifi dải 5 GHz. Bước sóng bằng 3 nhân 10 mũ 8 chia 5 nhân 10 mũ 9, ra 0,06 m, tức 6 cm.
Lò vi sóng gia dụng. Phần lớn lò vi sóng gia dụng hoạt động ở tần số khoảng 2,45 GHz, bước sóng khoảng 12,2 cm, khá gần dải wifi 2,4 GHz. Đó là lý do một số người thấy wifi chập chờn khi lò vi sóng đang chạy ở gần router.
Kiểm đơn vị khi tính. Giga là 10 mũ 9, mega là 10 mũ 6. Quên một bậc là bước sóng sai gấp nghìn lần. Một bước kiểm nhanh: sóng wifi có bước sóng cỡ một gang tay hoặc nhỏ hơn; nếu bạn tính ra vài trăm mét hay vài milimét, có chỗ đổi đơn vị sai.
Wifi và điện thoại truyền tin bằng sóng như thế nào
Thiết bị phát tạo ra một sóng điện từ có tần số ổn định gọi là sóng mang, rồi thay đổi một đặc tính của nó như biên độ, tần số hay pha theo dữ liệu cần gửi. Quá trình này gọi là điều chế. Thiết bị nhận bắt sóng bằng ăng-ten, tách lấy phần biến đổi để khôi phục dữ liệu. Ở mức phổ thông, bạn chỉ cần hình dung sóng mang như con đường và phần điều chế như hàng hoá chở trên đường.
Dải 5 GHz thường cho tốc độ truyền dữ liệu cao hơn dải 2,4 GHz vì có nhiều kênh rộng hơn, nhưng sóng tần số cao hơn bị tường và đồ đạc làm suy giảm nhiều hơn, nên vùng phủ hẹp hơn. Đó là lý do ở phòng xa router, máy hay tự chuyển sang dải 2,4 GHz. Đặt router ở vị trí cao, thoáng, gần giữa nhà và tránh để sau tủ kim loại thường giúp sóng phủ đều hơn, vì kim loại phản xạ sóng điện từ rất mạnh.
Sóng điện thoại di động hoạt động theo cùng nguyên lý, với các trạm phát chia vùng phủ thành từng ô. Khi bạn di chuyển, điện thoại chuyển kết nối từ trạm này sang trạm khác. Tên các thế hệ mạng như 4G, 5G là thế hệ công nghệ, không phải tần số; đây là chỗ hay bị hiểu nhầm với wifi dải 5 GHz.
Lò vi sóng làm nóng thức ăn ra sao
Bên trong lò vi sóng có bộ phận tạo ra sóng vi ba. Điện trường của sóng đổi chiều hàng tỉ lần mỗi giây, làm các phân tử nước trong thức ăn, vốn có một đầu hơi dương và một đầu hơi âm, liên tục xoay theo. Chuyển động xoay và va chạm với các phân tử xung quanh biến năng lượng sóng thành nhiệt. Vì vậy thức ăn nhiều nước nóng nhanh, còn đĩa sứ khô thì nóng chủ yếu do tiếp xúc với thức ăn.
Vỏ lò bằng kim loại và tấm lưới trên cửa kính giữ sóng ở bên trong. Lỗ trên lưới nhỏ hơn rất nhiều so với bước sóng khoảng 12 cm, nên sóng vi ba không lọt qua được, trong khi ánh sáng nhìn thấy có bước sóng nhỏ hơn rất nhiều vẫn đi qua để bạn nhìn vào trong. Đây là một ví dụ đẹp cho thấy bước sóng quyết định sóng có đi qua một khe hay không.
Trong khoang lò, sóng phản xạ qua lại giữa các thành kim loại và tạo ra sóng dừng, nghĩa là có chỗ nóng mạnh, chỗ nóng yếu. Đĩa xoay giúp thức ăn đi qua nhiều vùng khác nhau để nóng đều hơn. Về an toàn, bạn làm theo hướng dẫn của nhà sản xuất: không cho vật kim loại vào lò, không chạy lò rỗng, không hâm nóng hộp kín vì hơi nước có thể làm hộp bật nắp.
Có đáng lo về sóng wifi và sóng điện thoại không
Phân biệt ion hoá và không ion hoá. Bức xạ ion hoá như tia X, tia gamma có đủ năng lượng để bứt electron khỏi nguyên tử, có thể làm hỏng cấu trúc phân tử trong tế bào. Sóng vô tuyến và vi ba không có đủ năng lượng đó, dù cường độ lớn tới đâu.
Tác dụng đã được biết rõ là làm nóng. Ở cường độ rất lớn, sóng vô tuyến làm nóng mô, như cách lò vi sóng làm nóng thức ăn. Các giới hạn phơi nhiễm cho thiết bị dân dụng được cơ quan quản lý đặt ra thấp hơn nhiều so với mức gây nóng đáng kể.
Cường độ giảm nhanh theo khoảng cách. Giống âm thanh từ một nguồn nhỏ, cường độ sóng từ một ăng-ten nhỏ giảm nhanh khi ra xa. Router đặt trên kệ cao cách chỗ ngồi vài mét cho cường độ tại người rất nhỏ.
Câu hỏi sức khoẻ cụ thể. Những thắc mắc về sức khoẻ cụ thể nên đối chiếu với thông tin từ cơ quan y tế chính thống. Trang này chỉ giải thích phần vật lý, không đưa kết luận y khoa.
Tử ngoại thì khác. Ánh nắng có tia tử ngoại, phần tần số cao có thể gây hại cho da và mắt khi tiếp xúc lâu. Che nắng khi ra ngoài trưa là lời khuyên phổ biến có cơ sở vật lý rõ ràng.
Dùng AI để hỏi về sóng điện từ mà không bị dẫn sai
Chủ đề sóng điện từ có nhiều thông tin trôi nổi, AI có thể lặp lại cả thông tin sai nếu bạn hỏi theo kiểu dẫn dắt. Một số câu lệnh mẫu trung tính:
- "Xếp các loại sau theo bước sóng tăng dần: wifi, ánh sáng đỏ, tia X, sóng FM, tia tử ngoại. Chưa cho đáp án, để em xếp trước rồi nhận xét."
- "Em tính bước sóng wifi 2,4 GHz ra 1,25 m. Đừng cho đáp án, hỏi em đã đổi giga ra héc thế nào."
- "Giải thích vì sao tấm lưới trên cửa lò vi sóng chặn được vi ba mà vẫn cho ánh sáng đi qua, dùng khái niệm bước sóng, cho học sinh lớp 11."
- "Phân biệt bức xạ ion hoá và không ion hoá. Nói rõ phần nào là kiến thức vật lý chắc chắn, phần nào cần hỏi chuyên gia y tế."
Khi AI đưa con số tần số của một thiết bị cụ thể, bạn coi đó là thông tin cần kiểm, vì các dải tần thay đổi theo chuẩn và theo quy định từng nước. Khi chụp ảnh router hay thiết bị để hỏi, tránh chụp mặt dưới có tên mạng, mật khẩu in sẵn hay số sê-ri.
Câu hỏi thường gặp
Sóng wifi có phải sóng âm không?
Không. Wifi là sóng điện từ vùng vô tuyến, truyền được cả trong chân không và đi với tốc độ khoảng 300.000 km/s. Sóng âm là sóng cơ, cần môi trường và đi chậm hơn rất nhiều, khoảng 340 m/s trong không khí.
Bước sóng wifi 2,4 GHz là bao nhiêu?
Khoảng 12,5 cm, tính bằng tốc độ ánh sáng 3 nhân 10 mũ 8 m/s chia cho 2,4 nhân 10 mũ 9 Hz. Dải 5 GHz có bước sóng khoảng 6 cm. Kiểm kỹ bước đổi giga ra héc để không sai bậc.
Vì sao wifi 5 GHz nhanh nhưng yếu ở phòng xa?
Dải 5 GHz có nhiều băng thông hơn nên truyền dữ liệu nhanh hơn, nhưng sóng tần số cao bị tường và đồ đạc làm suy giảm nhiều hơn. Ở xa router hoặc qua nhiều tường, tín hiệu dải 5 GHz yếu đi nhanh hơn dải 2,4 GHz.
Mạng 5G có phải là wifi 5 GHz không?
Không. 5G là tên thế hệ thứ năm của công nghệ mạng di động, dùng nhiều dải tần khác nhau. Wifi 5 GHz là một dải tần của mạng không dây trong nhà. Hai cái tên giống nhau chữ số nhưng không liên quan trực tiếp.
Vì sao không được cho kim loại vào lò vi sóng?
Kim loại phản xạ mạnh vi ba và có thể làm điện tích dồn ở các mép nhọn, gây tia lửa điện, làm hỏng lò hoặc gây cháy. Nhà sản xuất đều khuyến cáo không cho vật kim loại vào lò, trừ khi hướng dẫn của lò cho phép rõ ràng.
Sóng điện thoại có gây ion hoá không?
Không. Sóng điện thoại thuộc vùng vô tuyến, năng lượng mỗi hạt bức xạ quá nhỏ để bứt electron khỏi nguyên tử. Tác dụng vật lý đã biết ở cường độ rất lớn là làm nóng. Câu hỏi sức khoẻ cụ thể nên hỏi cơ quan y tế chính thống.