Năng lượng điện trường và năng lượng từ trường biến thiên điều hòa với tần số gấp đôi của dòng điện và điện tích: 2f; 2.; và với chu kỳ bằng một nữa chu kỳ của dòng điệnT/2.[r]
Trang 1C L
Ch ơng Dao động điện từ, sóng điện từ.
I Hệ thống kiến thức trong ch ơng
1 Mạch dao động, dao động điện từ:
+Mạch dao động là mạch điện gồm tụ điện có điện dung C mắc với cuộn cảm có hệ số tự cảm L
Mach lí tởng khi điện trở thuần của mạch bằng 0
+ Dao động điện từ điều hòa xảy ra trong mạch LC sau khi tụ điện đợc tích một điện lợng q0 và không có tác dụng điện từ bên ngoài lên mạch Đó
là dao động điện từ tự do với tần số
ω= 1
√ LC .
Biến thiờn điện tớch và dũng điện :
+ Biểu thức của dao động điện từ tự do trong mạch là: q Q 0cos(t) ( )C
i = q’ = - Q0sin(ωt + φ) = I0cos(t + + /2), I0 = .Q0; u = U0cos(ωt + φ), U0 = Q0/C
*Dũng điện qua L biến thiờn điều hũa sớm pha hơn điện tớch trờn tụ điện C gúc
π
2
* Pha ban đầu : Tỡm bằng cỏch giải hệ phương trỡnh
0
cos
luực 0 sin
q Q
t
Phương trỡnh độc lập với thời gian:
L
II Năng lượng điện từ :
Tổng năg lượng điện trường trờn tụ điện và năng lượng tử trường trờn cuộn cảm gọi là năng lượng điện từ + Năng lượng điện trường W đ= q2
2C=
1
2Cu
2
- Năng lợng điện trờng tập trung ở tụ điện: wđ = Ư
Q02
2 ccos
2
(ωt +ϕ )
+ Năng lượng từ trường W t=1
2Li
2
- Năng lợng từ trờng tập trung ở cuộn cảm: wt =
Q20
2 csin
2
(ωt +ϕ)
+ Năng lượng điện từ trường W=W đ+W t=
Q02
2 C=
C U02
LI 0 2
2 = const -Trong quá trình dao động điện từ có sự chuyển hoá qua lại giữa năng lợng điện và năng lợng từ của mạch, tần
số dao động là ’ = 2 Tổng của chúng, là năng lợng toàn phần của mạch, có giá trị không đổi
* Lưu ý:
+ Năng lượng điện từ trường khụng đổi
+ Năng lượng điện trường và năng lượng từ trường biến thiờn tuần hoàn theo thời gian với chu kỳ T/2, tần số
2f
+ Cứ sau thời gian
T
4 năng lượng điện lại bằng năng lượng từ.
+ Hệ thức liờn hệ I0=U0√ C
L
+Dao động của R,L,C là dao động cưỡng bức với “lực cưỡng bức” là hiệu điện thế UAB Hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi ZL=ZC
+ Cụng suất cần cung cấp để mạch khụng bi tắt dần bằng cụng suất tỏa nhiệt:
C U U RC
L
P
+ Trong mạch RLC có sự toả nhiệt do hiệu ứng Jun - Lenxơ nên năng lợng toàn phần giảm theo thời gian, biên
Trang 2độ dao động cũng giảm theo và dao động tắt dần Nếu điện trở R của mạch nhỏ, thì dao động coi gần đúng là
tuần hoàn với tần số góc
ω= 1
√ LC .
Nếu bằng một cơ chế thích hợp đa thêm năng lợng vào mạch trong từng chu kỳ, bù lại đợc năng lợng tiêu hao, thì dao động của mạch đợc duy trì
Năng lượng mạch dao động:
Năng lượng điện trường:
2 2
C
q
C
⇒ Năng lượng điện trường cực đại:
2
C
Q
C
Năng lượng từ trường:
2
1 2
L
⇒ Năng lượng từ trường cực đại:
2
1 2
L
Năng lượng điện từ: W = WC + WL
2
q
C
⇒
2
2
2 0
1 2
Q
C
Năng lượng điện trường và năng lượng từ trường biến thiờn điều hũa với tần số gấp đụi của dũng điện và điện tớch: 2f; 2.; và với chu kỳ bằng một nữa chu kỳ của dũng điệnT/2
III ĐIỆN TỪ TRƯỜNG
I Mối quan hệ giữa điện trường và từ trường :
Giả thuyết Mắc xoen về điện từ trờng:
Mỗi biến thiên theo thời gian của từ trờng, đều sinh ra trong không gian xung quanh một điện trờng xoáy biến thiên theo thời gian, và ngợc lại, mỗi biến thiên theo thời gian của một điện trờng cũng sinh ra một từ trờng biến thiên theo thời gian trong không gian xung quanh
Từ trờng và điện trờng biến thiên theo thời gian và không tồn tại riêng biệt, độc lập với nhau, mà chỉ là biểu
hiện của một trờng tổng quát, duy nhất, gọi là điện từ trờng.
Điện từ trờng là một dạng vật chất đặc biệt tồn tại trong tự nhiên
- Nếu tại một nơi cú một từ trường biến thiờn theo thời gian thỡ tại nơi đú xuất hiện một điện trường xoỏy
- Nếu tại một nơi cú một điện trường biến thiờn theo thời gian thỡ tại nơi đú xuất hiện một từ trường xoỏy
- Dũng điện dịch: Điện trường biến thiờn theo thời gian làm xuất hiện một từ trường xoỏy Điện trường này tương đương như một dũng điện gọi là dũng điện dịch
2 Điện từ trường :
Điện trường biến thiờn và từ trường biến thiờn liờn quan mật thiết với nhau và là hai thành phần của một trường thống nhất gọi là điện từ trường
Trong điện từ trường : + E,B biến thiờn điều hoà cựng tần số và cựng pha
+ ⃗ E, ⃗B vuụng gúc
IV SểNG ĐIỆN TỪ
1 Định nghĩa : + Quá trình lan truyền trong không gian của điện từ trờng biến thiên tuần hoàn là một quá trình
sóng, sóng đó đợc gọi là sóng điện từ
2 Đặc điểm súng điện từ :
+ Sóng điện từ truyền cả trong chân không, trong chân không có vận tốc c = 300 000km/s = = 3.108 m/s ; sóng
điện từ mang năng lợng tỉ lệ với luỹ thừa bậc 4 của tần số; là sóng);
- Súng điện từ là súng ngang ngang (các véctơ ⃗ E và ⃗ B vuông góc với nhau và vuông góc với phơng truyền
sóng
Trang 3- Dao động của điện trường và từ trường tại 1 điểm luụn đồng pha
- Súng điện từ có đầy đủ tính chất nh sóng cơ học: phản xạ, khúc xạ, giao thoa, nhiễu xạ
- Súng điện từ mang năng lượng tỉ lệ với luỹ thừa bậc 4 của tần số;
Súng điện từ bước súng từ vài m đến vài km dựng trong thụng tin vụ tuyến gọi là súng vụ tuyến
3 Sự truyền súng vụ tuyến trong khớ quyển :
Cỏc phõn tử khụng khớ hấp thụ mạnh súng dài, súng trung, súng cực ngắn tuy nhiờn cố một số vựng súng ngắn
ớt bị hấp thụ
Súng ngắn phản xạ tốt trờn tầng điện li
Thang súng điện từ
Súng dài > 3000m Bị tầng điện li phản xạ, dựng trong thụng tin truyền thanh truyền hỡnh
trờn mặt đất, thụng tin dưới nước Súng trung 200m – 3000m Bị tầng điện li phản xạ, dựng trong thụng tin truyền thanh truyền hỡnh
trờn mặt đất Súng ngắn 1 50m – 200m Bị tầng điện li phản xạ, dựng trong thụng tin truyền thanh truyền hỡnh
trờn mặt đất Súng ngắn 2 10m – 50m Bị tầng điện li phản xạ, dựng trong thụng tin truyền thanh truyền hỡnh
trờn mặt đất Súng cực ngắn 0,01m – 10m Khụng bị phản xạ ở tầng điện li, truyền thụng qua vệ tinh
Sóng vô tuyến điện đợc sử dụng trong thông tin liên lạc
Sóng dài ít bị nớc hấp thụ nên thông tin dới nớc
Sóng trung ban ngày tầng điện li hấp thụ, ban đễm phản xạ, nên ban đềm truyền đi đợc xa trên mặt đất
Sóng ngắn có năng lợng lớn và đợc tầng điện li và mắt đất phản xạ nhiều lần nên truyền đi rất xa trên mắt đất Sóng cực ngắn có năng lợng lớn, không bị tầng điện li hấp thụ mà truyền thẳng Dùng để VTTH và thông tin trong vũ trụ
4 Sự thu và phát sóng điện từ: ở đài phát thanh, dao động cao tần duy trì đợc trộn với dao động điện tơng
ứng mà các thông tin cần truyền đi (âm thanh, hình ảnh) đợc chuyển đổi thành dao động điện tơng ứng đợc trộn với dao động âm tần gọi là biến điệu (biên độ hoặc tần số) dao cao tần đã đợc biến điệu sẽ đợc khuyếch đại
và phát ra từ ăng ten dới dạng sóng điện từ
ở máy thu thanh, nhờ có ăng ten thu sóng điện từ đợc anten hấp thụ, qua mạch lọc LC (chọn sóng) sẽ thu đợc
dao động cao tần đã đợc biến điệu, và sau đó dao động âm tần lại đợc tách ra khỏi dao động cao tần biến điệu nhờ quá trình tách sóng, rồi đa ra loa
Máy phát hay thu sóng điện từ: chỉ phát hay thu sóng điện từ có tần số bằng tần số riêng của mạch dao động
LC Mỏy phỏt hoặc mỏy thu súng điện từ sử dụng mạch dao động LC thỡ tần số súng điện từ phỏt hoặc thu
được bằng tần số riờng của mạch T=2π √ LC và f =
1
2π √ LC
Bước súng của súng điện từ thu được λ=v t=c T = c
f=c 2 π√LC .
C1ntC 2→T =√T
1 .T22
T12 +T22 →λ=√λ12 λ22
λ12 +λ22 →f =√f12+f22
C1// C2→T =√T12+T22→λ=√λ12+λ22→f =√ f12 f22
f12
+f22
CÁC CễNG THỨC CẦN NHỚ VỀ DAO ĐỘNG VÀ SểNG ĐIỆN TỪ
Tần số gúc:
ω= 1
√ LC Chu kỡ riờng: T=2π √ LC Tần số riờng: f =
1
T =
1
2 π √ LC
Trang 4Bước sóng điện từ:
f
Với c = 3.108 m/s: Vận tốc ánh sáng
Năng lượng mạch dao động:
Năng lượng điện trường:
2 2
C
q
C
⇒ Năng lượng điện trường cực đại:
2
C
Q
C
Năng lượng từ trường:
2
1 2
L
⇒ Năng lượng từ trường cực đại:
2
1 2
L
Năng lượng điện từ: W = WC + WL
2
q
C
⇒
2
2
2 0
1 2
Q
C
Năng lượng điện trường và năng lượng từ trường biến thiên điều hòa với tần số gấp đôi của dòng điện và điện tích: 2f; 2.; và với chu kỳ bằng một nữa chu kỳ của dòng điệnT/2