Chương 2: Dao động điện từ - Sóng điện từ

Vật lí – Dao động điện từ Chương 2 Bỉm Sơn 8/2/2009 Dao động điện từ. Sóng điện từ I. Mạch dao động. Dao động điện từ. 1. Mạch dao động. - Mạch dao động là mạch điện khép kín gồm 1 tụ điện C và một cuộn cảm L với điện trở không đáng kể. - Mạch dao động hay còn được gọi là khung dao động. 2. Sự biến thiên của điện tích trong mạch dao động - Xét mạch điện hình vẽ ống dây có độ tự cảm L, điện trở thuần không đáng kể. - Nối K với A, nguồn tích điện cho tụ điện, điện tích q của tụ tăng từ 0 đến giá trị cực đại Q0, tụ điện ngừng tích điện. - Chuyển K sang nối B tạo thành mạch k kín giữa L và C gọi là mạch dao động, tụ điện phóng điện và có dòng điện qua cuộn cảm. - Xét khoảng thời gian Δt vô cùng nhỏ i = q’ Trong cuộn dây có từ thông biến thiên làm phát sinh suất điện động tự cảm. e = -Li` = -Lq" (1) Cuộn cảm đóng vai trò như một máy thu, theo định luật Ôm đối với đoạn mạch chứa máy thu. i = u-e R  u-e = Ri maø R=0  e=u  e = u= q (2) Từ (1) và (2) suy ra -Lq" = q  q" = - LCq . Đặt ω2 = LC ta có : q" = - ω2q (3) là phương trình vi phân cấp 2 có nghiệm là q = Q0 sin(ωt+) với ω2 = LC Kết luận: Điện tích q biến thiên điều hòa với phương trình có dạng: Tài liệu ôn thi môn vật lý Lê Đức Hạnh – ĐT: 0373761405 1 Vật lí – Dao động điện từ Bỉm Sơn 8/2/2009 q = Q0 sin(ωt+) tần số góc ω = LC ; f = 2 1LC ; ; T = 2π LC 3. Dao động điện từ trong mạch dao động ● Ta có:q = Q0 sin(ωt+) ● Hiệu điện thế tức thời giữa hai bản u = q = Q0 sin( ) 0 ( ); 0 Q0 C ● Dòng điện tức thời chạy trong cuộn cảm: i = q` = 0 ( ) 0 ( ); 0 0 ● Năng lượng tức thời của tụ điện (Năng lượng điện trường) WC = 1Cu2= 2 2 2C = 2Csin ) ● Năng lượng tức thời chạy trong cuộn cảm (Năng lượng từ trường) WL = 1Li2= 1L 2 2 0 2 ( ) Q2 2C 2 ( ) ● Năng lượng của mạch dao động W = WC + WL = = 2 2 2 C sin2(ωt+) + 2 C cos2(ωt+) 2 2 C [sin2(ωt+)+cos2(ωt+)] 1 Q2 = 2 C = const Kết luận a. Năng lượng của mạch dao động gồm có năng lượng điện trường tập trung ở tụ điện và năng lượng từ trường tập trung ở cuộn cảm. Tài liệu ôn thi môn vật lý Lê Đức Hạnh – ĐT: 0373761405 2 Vật lí – Dao động điện từ Bỉm Sơn 8/2/2009 b. Năng lượng điện trường và năng lượng từ trường cùng biến thiên tuần hoàn theo tần số chung (bằng 2 lần tần số của mạch dao động). c. Tại mọi thời điểm tổng của năng lượng điện trường và năng lượng từ trường không đổi, năng lượng của mạch dao động được bảo toàn. - Dao động của mạch dao động có những tính chất trên gọi là dao động điện từ. - Tần số dao động ω= 1 LC chỉ phụ thuộc vào đặc tính của mạch dao động do đó dao động điện từ của mạch dao động là một dao động tự do, ω tần số riêng của mạch dao động. 4. Dao động trong mạch dao động có tính tắt dần. a. Nguyên nhân. - Nghuyên nhân chủ yếu là trong mạch có một điện trở R ≠ 0. Dòng điện chạy qua quận cảm có điện trở sẽ tỏa nhiệt và sau mỗi chu kỳ dao động năng lượng dao động của mạch dao động sẽ bị giảm đi và dao động bị tắt dần. - Ngoài ra có thể có nguyên nhân thứ hai là mạch dao động bức xạ sóng điện từ ra không gian xung quanh, Sóng truyền đi mang theo năng lượng, vì vậy sau mỗi chu kỳ dao động năng lượng của mạch cũng giảm đi và dao động bị tắt dần. b. Khắc phục. - Dùng nguồn điện để cung cấp năng lượng cho mạch. Dòng điện do nguồn điện phát ra phải biến thiên tuần hoàn với cùng tần số dao động trong mạch và phù hợp về pha. Việc đó được thực hiện nhờ trandito. 5. Sự tương dao giữa dao động điện từ và dao động cơ. Dao động cơ x v m k F μ Tài liệu ôn thi môn vật lý Dao động điện p i L Q2 2C u R Lê Đức Hạnh – ĐT: 0373761405 3 Vật lí – Dao động điện từ Bỉm Sơn 8/2/2009 Wt WC Wđ WL ω = k ω = m 1 LC x = Asin( ) q = Q0 sin(ωt+) v = x` = - ( ) i = q` = - 0 ( ) W = W + W = 2kx2 + 2mv2 = 2kA2 = 2mω2A2 W = W + W = 2kx2 + 2mv2 = 2kA2 = 2mω2A2 II. Điện từ trường. 1. Hai giả thuyết của Macxoen: Giả thuyết 1: - Mọi từ trường biến thiên theo thời gian đều sinh ra một điện trường xoáy. Điện trường xoáy là điện trường mà các đường sức bao quanh các đường cảm ứng từ . Giả thuyết 2: - Mọi điện trường biến thiên theo thời gian đều sinh ra một từ trường xoáy. Từ trường xoáy là từ trường mà các đường cảm ứng từ bao quanh các đướng sức của điện trường. Dòng điện dẫn và dòng điện dịch Sự biến thiên của điện trường cũng sinh ra một từ trường như dòng điện nên điện trường biến thiên cũng có thể xem như là dòng điện. Nó được gọi là dòng điện dịch, dòng điện trong dây dẫn gọi là dòng điện dẫn. 2. Điện từ trường - Phát minh của Măcxoen dẫn đến kết luận không thể có điện trường hoặc từ trường tồn tại riêng biệt, đôc lập với nhau. Điện trường biến thiên nào cũng sinh ra từ trường biến thiên và ngược lại từ trường biến thiên nào cũng sinh ra điện trường biến thiên. Tài liệu ôn thi môn vật lý Lê Đức Hạnh – ĐT: 0373761405 4 Vật lí – Dao động điện từ Bỉm Sơn 8/2/2009 - Điện trường và từ trường là hai mặt thể hiện khác nhau của một loại trường duy nhất gọi là điện từ trường. 3. Sự lan truyền tương tác điện từ - Giả sử tại 1 điểm O trong không gian có một điện trường biến thiên E1 không tắt dần. Nó sinh ra ở các điểm lân cận một từ trường xoáy B1; từ trường biến thiên B1 lại gây ra ở các điểm lân cận nó một điện trường biến thiên E2 và cứ thế lan rộng dần ra. Điện từ trường lan truyền trong không gian ngày càng xa điểm O. - Vậy : Tương tác điện từ thực hiện thông qua điện từ trường phải tốn một khoảng thời gian để truyền được từ điểm nọ đến điểm kia III. Sóng điện từ. 1. Sóng điện từ. a) Sự hình thành sóng điện từ khi một điện tích điểm dao độngđiều hòa: - Khi tại một điểm O có một điện tích điểm dao động điều hòa với tần số f theo phương thẳng đứng Nó tạo ra tại O một điện trường biến thiên điều hòa với tần số f. Điện trường này phát sinh một từ trường biến thiên điều hòa với tần số f. - Vậy tại O hình thành một điện từ trường biến thiên điều hòa. Điện từ trường này lan truyền trong không gian dưới dạng sóng. Sóng đó gọi là sóng điện từ. b) Sóng điện từ: - Sóng điện từ là quá trình truyền đi trong không gian của điện từ trường biến thiên điều hòa theo thời gian. 2. Tính chất của sóng điện từ . - Sóng điện từ truyền được trong các môi trường vật chất và cả trong chân không. Vận tốc truyền sóng điện từ trong chân không bằng vận tốc ánh sáng v = c= 3.108 m/s . - Sóng điện từ là sóng ngang. Trong quá trình truyền sóng , tại một điểm bất kỳ trên   phương truyền , vectơ , vectơ luôn vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng c. - Sóng điện từ có tính chất giống sóng cơ học : chúng phản xạ được trên các mặt kim loại , có thể khúc xạ và chúng giao thoa được với nhau. - Năng lượng của sóng điện từ tỷ lệ với luỹ thừa bậc 4 của tần số 3. Sóng điện từ và thông tin vô tuyến. Tài liệu ôn thi môn vật lý Lê Đức Hạnh – ĐT: 0373761405 5 ... - tailieumienphi.vn