Báo cáo bài tập nhóm chương 8 dao động điện từ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ QUỐC DÂN VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ KINH TẾ SỐ BỘ MÔN VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG BÁO CÁO BÀI TẬP NHÓM CHƯƠNG DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ Nhóm Lớp Khoa học máy tính 64 (CNTT1191(122)_01) 2022 THÀNH VIÊN TRONG NHÓM Nguyễn Thị Khánh Linh Phạm Văn Linh Trịnh Quỳnh Ly Lê Đức Minh Phạm Đình Minh Cù Tiến Nam Vũ Đình Bảo Ngọc Nguyễn Hồng Nguyên MỤC LỤC Phần I – Những loại dao động điện từ ứng dụng dao động điện từ LC thực tế A – Những loại giao động điện từ: I Dao động điện từ điều hòa : Hình ảnh mạch dao động: Phương trình dao động: II Dao động điện từ tắt dần: Mạch dao động tắt dần: Phương trình dao động điện từ tắt dần III Giao động điện từ cưỡng bức: B – Ứng dụng mạch dao động điện từ LC thực tế: Phần II - Phân biệt loại mạch dao động Máy thu, phát vô tuyến điện A – Phân biệt loại mạch dao động: .10 B – Tìm hiểu phân tích sơ đồ khối máy thu máy phát thanh: 11 I Máy thu thanh: 11 Cấu tạo: 11 Nguyên lý hoạt động: 11 II Máy phát thanh: 12 Cấu tạo: 12 Nguyên lý hoạt động: 12 Phần III - Trường điện từ Hai luận điểm Maxwell A – Trường điện từ: 13 B – Hai luận điểm Maxwell: 14 I Luận điểm 1: Điện trường xoáy: 14 II Luận điểm 2: 16 Phần IV - Sóng điện từ ứng dụng A – Sóng điện từ: 19 I Đặc điểm sóng điện từ: 19 II Nguyên lý truyền tin sóng điện từ: 20 B - Ứng dụng sóng điện từ đời sống: 21 PHẦN I NHỮNG LOẠI DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ VÀ ỨNG DỤNG CỦA DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ LC TRONG THỰC TẾ A – Những loại giao động điện từ: Các mạch dao động điện từ ứng dụng máy thu, phát sóng điện từ sử dụng rộng rãi khoa học đời sống Các mạch dao động điện từ thực dao động điện từ, thực chất biến đổi tuần hồn theo thời gian đại lượng điện từ I Dao động điện từ điều hịa : Hình ảnh mạch dao động: Phương trình dao động: Đạo hàm hai vế theo , ta có: Tiếp tục đạo hàm hai vế theo : *Nhận xét: II Dao động điện từ tắt dần: Mạch dao động tắt dần: Khi thực dao động điện từ, phần lượng dao động điện từ tỏa nhiệt R, lượng mạch dao động giảm dần, biên độ dòng điện (điện tích) giảm dần -> tắt hẳn - Trong mạch tồn R - (RLC) – mạch dao động điện từ tắt dần *Nguyên nhân: + Mạch có điện trở R (của dây dẫn cuộn cảm), dòng điện chạy qua R tỏa nhiệt sau chu kì dao động, lượng mạch giảm có phần biến thành nhiệt (định luật Jun-len-xơ) + Mạch dao động xạ sóng điện từ khơng gian xung quanh Sóng truyền có mang theo lượng sau chu kì dao động lượng mạch giảm dao động tắt dần Muốn trì dao động nguyên tắc phải cung cấp thêm lượng cho mạch cách phù hợp để bù lại phần lượng bị tiêu hao sau chu kì dao động Phương trình dao động điện từ tắt dần Đạo hàm vế theo : Docum Discover more from: Học liệu Kinh tế Quốc Dân TQL2022 Đại học Kinh tế Quốc dân 26 documents Go to course Academic Quản trị Syllabus - document… marketing -… Internationa… Học liệu… None Học liệu… None Học liệu… None Fin360 Autumn 202… Học liệu… None *Nhận xét: Giảm lượng loga (đặc trưng cho mức độ tắt dần nhanh hay chậm sau chu kỳ) III Giao động điện từ cưỡng bức: Để trì dao động mạch RLC sau chu kì T cần cung cấp cho mạch phần lượng phần lượng tỏa nhiệt Do cần mắc thêm vào mạch nguồn điện xoay chiều có suất điện động biến thiên tuần hồn theo thời gian Chỉ dao động theo tần số góc mạch điện xoay chiều, khơng phụ thuộc vào tần số góc riêng mạch LC Phương trình dao động cường độ điện trường Khi tần số góc mạch điện tần số góc riêng mạch LC (Ω = Ω0) biên độ dao động điện mạch đạt cực đại Được gọi tượng cộng hưởng Theo định luật bảo toàn lượng B – Ứng dụng mạch dao động điện từ LC thực tế: Các dao động để tạo tín hiệu tần số cao (bộ tạo dao động RF) sử dụng rộng rãi đài phát thanh, truyền hình, hệ thống sưởi cao tần, máy phát RF, PHẦN II PHÂN BIỆT CÁC LOẠI MẠCH DAO ĐỘNG MÁY THU, MÁY PHÁT VÔ TUYẾN ĐIỆN A – Phân biệt loại mạch dao động: Loại mạch Mạch giao động kín Mạch giao động hở Mạch giao động R, L, C nối tiếp Cấu tạo Đặc điểm Hình ảnh Khoảng cách tụ điện giứa vòng dây cuộn dây gần nên điện Một tụ điện từ trường hầu có điện dung khơng C xạ ngồi tích điện ghép khơng gian nối tiếp với cuộn cảm Từ mạch dao có hệ số động kín, ta tăng khoảng tự cảm L (điện trở tồn cách mạch khơng tụ điện, tăng khoảng đáng kể) cách vòng dây => điện trường biến thiên từ trường xạ nhiều vào không gian Một mạch điện gồm điện trở có trở kháng R, Mạch tạo thành dao động điều hòa cho dòng điện 10 tụ điện có điện dung C cuộn cảm có độ tự cảm L mắc nối tiếp với cộng hưởng giống mạch LC Điểm khác biệt có điện trở làm tắt dần dao động mạch khơng có nguồn ni B – Tìm hiểu phân tích sơ đồ khối máy thu máy phát thanh: I Máy thu thanh: Cấu tạo: - Trong đó: + (1) Anten thu sóng + (2) Mạch khuếch đại dao động điện từ cao tần + (3) Mạch tách sóng: Tách lấy sóng âm tần + (4) Mạch khuếch đại điện từ âm tần: Tăng công suất (cường độ) âm tần + (5) Loa: Biến dao động âm tần thành âm Nguyên lý hoạt động: - Đầu tiên anten thu sóng bên ngồi khơng gian vào sau sóng đến mạch khuếch đại dao động điện từ cao tần nhằm để tăng độ nhạy (làm cho sóng điện từ thu có lượng lớn hơn) 11 - Tiếp theo sóng mạch tách sóng tách sóng âm tần khỏi sóng mang để đưa đến mạch khuếch đại điện từ âm tần sau đưa loa - Lúc loa làm nhiệm vụ biến dao động điện thành dao động âm có tần số II Máy phát thanh: Cấu tạo: - Trong đó: + (1) Micro: Thiết bị biến âm thành dao động điện âm tần + (2) Mạch phát sóng điện từ cao tần: Tạo dao động cao tần (sóng mang) + (3) Mạch biến điệu: Trộn sóng âm tần với sóng mang + (4) Mạch khuếch đại: Tăng công suất (cường độ) cao tần + (5) Anten phát sóng khơng gian Ngun lý hoạt động: - Âm muốn truyền xa phải biến thành tín hiệu điện Tín hiệu có tần số thấp, nên khơng có khả xạ thành sóng điện từ - Vì để truyền âm xa ta phải dùng phận micro để biến dao động âm thành dao động điện có tần số,tần số ứng với sóng điện từ gọi sóng âm tần - Sau mạch phát sóng điện từ cao tần (sóng mang) hoạt động tạo sóng cao tần mạch biến điệu lúc trộn sóng mang vào sóng âm tần ban đầu,q trình gọi biến điệu sóng mang - Sau trộn sóng tín hiệu ta thu có cường độ nhỏ,vì người ta phải khuếch đại chúng mạch khuếch đại 12 - Sau thực xong tất bước sóng truyền ngồi thiết bị gọi anten PHẦN III TRƯỜNG ĐIỆN TỪ HAI LUẬN ĐIỂM CỦA MAXWELL A – Trường điện từ: I Khái niệm: Điện từ trường (còn gọi trường Maxwell) trường vật lý học Nó dạng vật chất đặc trưng cho tương tác hạt mang điện Điện trường từ trường đồng thời tồn không gian tạo thành trường thống gọi trường điện từ Trường điện từ hạt mang điện sinh ra, đặc trưng cho khả tương tác trường điện từ đại lượng cường độ điện trường, độ điện dịch, cảm ứng từ cường độ từ trường (thường ký hiệu E, D, B H) Năng lượng trường điện từ: - Mật độ lượng trường điện từ: Năng lượng: V thể tích tồn khơng gian trường điện từ 13 II Các loại trường điện từ ứng dụng trường điện từ Trường điện từ ứng dụng đời sống Trường điện từ (điện từ trường) phần chia loại dựa tần số Ở tần số trường điện từ có ứng dụng riêng Cụ thể sau:  Trường điện từ có tần số cực thấp (ELF): Được ứng dụng thiết bị điện gia dụng đường dây dẫn điện  Trường điện từ có tần số thấp (VLF): Được ứng dụng Tivi video  Trường điện từ có tần số thấp (LF) tần số cao (HF): Sóng radio AM  Trường điện từ có tần số cao (VHF): Sóng tivi radio FM  Siêu tần số (SHF): Ứng dụng lị vi sóng SHF có tác động lớn đến phân tử vi sóng di chuyển nga qua vật thể mang nước, khiến cho phân tử nước bị rung động sản sinh nhiệt B – Hai luận điểm Maxwell: I Luận điểm 1: Điện trường xoáy: Từ trường biến thiên sinh điện trường xốy Từ thơng qua mạch kín thay đổi làm xuất dịng điện cảm ứng Faraday Maxwell nhận có lực lạ để tạo dịng điện cảm ứng lực điện trường, khơng phải điện trường tĩnh theo ta biết 14 điẹn trường tĩnh khơng thể làm di chuyện điện tích theo mạch kín Maxwell cho điện trường phải điện trường xốy Mạch điện kín khơng phải ngun nhân gây điện trường xốy, mà phương tiện giúp ta nhận biết tồn điện trường xốy Ngun nhân gây điện trường xốy biến thiên từ trường Từ Maxwell phát biểu thành luận điểm tổng quát, gọi luận điểm Maxwell thứ nhất: “Bất kì từ trường biến thiên theo thời gian sinh điện trường xốy” PHƯƠNG TRÌNH MAXWELL-FARADAY Xét mạch điện kín đặt từ trường B thay đổi(như hình vẽ) Để tính điện trường gây diện tích S ta chia thành diện tích dS vơ nhỏ, nhỏ đến mức cảm ứng từ B ko đổi.Pháp tuyến dS ta gọi vecto n.Từ ta có 15 Định nghĩa suất điện động: Phương trình Maxwell-Faraday: Trong đó, vế phải thể tốc độ biến thiên từ thông qua diện tích S; vế trái lưu số vectơ cường độ điện trường xoáy dọc theo chu tuyến (C) bao quanh S II Luận điểm 2: Maxcell phát biểu luận điểm thứ mình: “Bất kỳ điện trường biến đổi theo thời gian sinh điện trường” Từ có phát biểu dịng diện dịch: Vì từ trường dấu hiệu tất yếu dòng điện, nên biến thiên điện trường tạo từ trường biến thiên điện trường có tác dụng dịng điện Maxwell gọi dòng điện dịch, để phân biệt với dòng điện dẫn – dịng chuyển dời có hướng điện tích tự Dịng điện dịch có tính chất giống dịng điện dẫn chỗ gây từ trường Nhưng khơng giống dịng điện dẫn chất: dòng điện dẫn chuyển dời có hướng điện tích tự mơi trường dẫn đó; cịn dịng điện dịch biến thiên điện trường sinh ra, dịch chuyển có hướng điện tích Vì thế, khác với dịng điện dẫn, dịng điện dịch tồn mơi trường khơng có điện tích tự điện mơi chân khơng; dịng điện dịch khơng có tác dụng nhiệt Joule – Lenz dòng điện dẫn 16 Xét hai trường hợp tụ điện phóng điện tích điện, ta đến kết luận sau Maxwell: “Điện trường biến đổi hai tụ sinh từ trường giống dịng điện chạy qua tồn khơng gian hai tụ, có chiều chiều dịng điện dẫn mạch có cng độ cường độ dịng điện dẫn mạch đó” Xét cách định lượng, mật độ dòng điện dịch hai tụ: Cuờng độ dịng điện biểu diễn theo biến thiên điện tích q dương Từ giả thiết dịng điện dịch, người ta thiết lập nên phƣ ơng trình Maxwell – Ampe Theo Maxwell, từ trường sinh dòng điện dẫn dịng điện dịch nên ơng đưa khái niệm dịng tồn phần Sử dụng định lý Ampe cho dịng tồn phần đường cong kín C Ta có: 17 Suy ra: 18 PHẦN IV SĨNG ĐIỆN TỪ VÀ ỨNG DỤNG A – Sóng điện từ: I Đặc điểm sóng điện từ: - Đặc điểm 1: Khả truyền đa dạng môi trường khác nhau:  Sóng điện từ có khả lan truyền môi trường khác nhau: chất rắn, chất lỏng, chất khí chân khơng Sóng điện từ loại sóng có khả lan truyền chân khơng Tốc độ sóng điện từ khơng cố định mà thay đổi tùy thuộc vào môi trường lan truyền  Tốc độ sóng điện từ đạt cực đại môi trường chân không, xác định số c = 3.108 m/s - Đặc điểm 2: Sở hữu đặc tính sóng học: Bản chất sóng điện từ sóng học nên sóng điện từ mang đặc tính sóng học, phản xạ, khúc xạ giao thoa, Và tuần theo quy tắc truyền thẳng, giao thoa, - Đặc điểm 3: Dao động điện trường từ trường điểm luôn đồng pha với - Đặc điểm 4: Sóng điện từ mang lượng Năng lượng hạt photon có bước sóng λ hc/λ, h số Planck, có giá trị h = 6,625.10-34 J.s, c tốc độ ánh sáng chân không, có giá trị c = 3.108 m/s Như vậy, bước sóng  dài lượng photon nhỏ - Đặc điểm 5: Sóng điện từ sóng ngang, có hướng dao động vng góc với hướng lan truyền sóng ln vng góc với vng góc với phương truyền sóng 19 - Đặc điểm 6: Ba vecto , tạo thành tam diện thuận thời điểm lan truyền - Phân loại sóng điện từ: + Sóng điện từ có bước sóng từ vài mét đến vài kilomet dùng thông tin liên lạc gọi sóng vơ tuyến Sóng vơ tuyến chia thành loại: Sóng cực ngắn, sóng ngắn, sóng trung sóng dài + Có tất loại sóng điện từ khác nhau: sóng vơ tuyến, hồng ngoại, vi sóng, ánh sáng nhìn thấy, tia cực tím, tia X tia gamma Hình ảnh loại sóng điện từ khác II Nguyên lý truyền tin sóng điện từ: Trong thơng tin liên lạc sóng vơ tuyến, ta phải dùng sóng điện từ cao tần - Muốn cho sóng mang cao tần tải tín hiệu âm tầm phải biến điệu chúng    Phát sóng: Kết hợp máy phát dao động điều hòa anten Mạch hoạt động gây điện từ trường biến thiên, anten phát sóng điện từ tần số f Thu sóng: Kết hợp anten với mạch dao động có tụ điện điện dung thay đổi Điều chỉnh C để mạch cộng hưởng tần số f cần có - gọi chọn sóng Bước sóng điện từ mà mạch phát hay thu được: 20 B - Ứng dụng sóng điện từ đời sống: Sóng điện từ có nhiều ứng dụng thực tiễn, tùy thuộc vào loại sóng điện từ Loại sóng điện từ Sóng radio Hình ảnh Ứng dụng - Truyền tin, tín hiệu - Wifi - Chữa bệnh y học: trị hen, trị amidan, phá ung thư gan, … - Radar Lị vi sóng Sóng viba Tia T Tia hồng ngoại - Quan sát thiên thể - Cơng nghệ nhìn xun vật thể - Scan để phát ung thư y học - Giúp phá hủy tế bào mô bị tổn thương; giúp chuẩn đốn bệnh - Kính nhìn đêm - Chuông báo động dùng tia hồng ngoại 21 Tia tử ngoại (tia cực tím) Tia X Tia Gamma - Điều trị ung thư - Tiệt trùng, diệt khuẩn - Chiếu chụp, chuẩn đoán bệnh - Chế tạo động - Phẫu thuật tia gamma - Kính viễn vọng tia gamma 22