BÀI GIẢNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG - CHƯƠNG 8 & 10 DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ doc

Bi giảng Vật lý đại cơng Tác giả: PGS TS Đỗ Ngọc Uấn Viện Vật lý kỹ thuật Trờng ĐH Bách khoa H nội Dao động & Sóng điện từ (Chơng 8, 10) Dao động điện từ điều ho: Biến đổi tuần hon đại lợng điện v tõ Imax + _ K2 C L Dmax + max e W K1 1q = C max m W = LI Mạch điện trở We+Wm=const thuần, không bị mát l−ỵng q dq dI + LI = 1q C dt dt + LI = const C dI q +L =0 dt C Lấy đạo hμm hai vÕ theo thêi gian 2 d I ω0 = + ω0 I = LC dt Dao ®éng ®iƯn tõ T = π = π LC m¹ch LC lμ dao ®éng ®iÒu ω0 hoμ I = I cos(ω t + ϕ) I,q I = I cos ω0 t t 0 q = q sin ω0 t 2.Dao động điện từ tắt dần Toả nhiệt R Biên độ dòng (điện tích) giảm R dần -> tắt hẳn 6.1 f/t Dao động điện từ tắt dần C Toả nhiệt R, lợng L dt: q dI 2dt + L = − RI -dW= RI C dt 2 1q 2 d I dI − d( + LI ) = RI dt + 2β + ω0 I = 2 C dt dt R ω = q dq dI 2β = + LI = − RI LC L C dt dt Điều kiện để có dao động > β I = I 0e I I0 I0cosϕ − βt ω = ω −β cos( ωt + ϕ) = I0e-βt 2π = T= ω 2 R −( ) LC L 2π R t −( ) LC L -I0e-βt -I0 T • I giảm dần theo hm mũ với thời gian R R( ) ã Điều kiện để cã C 2L LC dao ®éng ω0 > β L R0 = ã Điện trở tới hạn C 3.Dao ®éng ®iƯn tõ c−ìng bøc: ε=ε0sinΩt R  Trong thêi gian dt mÊt RI2dt, cung cÊp thªm εIdt C 1q 2 d( + LI ) + RI dt = ε.I.dt C ε q dq dI ~ + LI + RI = Iε sin Ωt C dt dt ε0Ω d I dI + 2β + ω0 I = cos Ωt dt dt L L I=Itd+Icb sau mét thêi gian Itd t¾t hẳn, Icb I = Icb=I0cos(t+) I I0 = ) R + ( ΩL − t ΩC ΩL − Tæng trë ΩC Z = R + ( ΩL − ) cđa m¹ch tgΦ = ΩC R Z L = ΩL C¶m kh¸ng Dung kh¸ng ZC = ΩC Céng h−ëng I0 ®¹t cùc ®¹i ΩL = → Ω ch = ΩC LC I max = ω0 ε0 = R Tần số cỡng tần số riêng m¹ch -> Céng h−ëng øng dơng: HiƯu st cao nhÊt -> Bï pha I0max Ωch=ω0 Ω Ch−¬ng 10: Sãng ®iƯn tõ Sù t¹o thμnh sãng ®iƯn tõ ThÝ nghiƯm cđa HÐc: ~ A L L’ B r E r H M Sãng ®iƯn tõ lμ tr−êng ®iƯn tõ biến thiên truyền không gian Phơng trình Mắc xoen sóng điện từ r r E = E ( x , y, z , t ) r r D = D ( x , y, z , t ) r r ∂B rotE = − ∂t r r r D = ε εE divD = Phơng trình sóng r r H rotE = r ∂t r ∂H rotE =− ∂t μ 0μ r r H = H ( x , y, z , t ) r r B = B( x , y, z, t )r ρ=0 r J=0 r ∂D rotH = ∂t r r divB = r B = μr μH r ∂E rotH = ε ε ∂t r r ∂H ∂ E rot( ) = ε ε ∂t ∂t r r ∂ E − rot( rotE) = ε ε ∂t r μ 0μ r ∂ E rot( rotE) + μ 0με ε = ∂t r r r ∂2E r ∂ E ΔE − 2 = − ΔE + 2 = v ∂t v ∂t C v= v= με μ 0με ε C= ≈ 3.10 m / s r r r r μ0ε0 rot ( rotE ) = ∇divE − ∇ E = − E Những t/c sóng điện từ: ã Tồn chất, chân không ã Sóng ngang: E&H vuông góc với v ã Vận tốc ã Vận tốc môi trờng chất chân không C v= C= ≈ 3.10 m / s μ0ε0 y Sóng điện từ đơn sắc: r Mặt sóng l mặt E0 phẳng song song: từ , r phơng E,H không đổi H z r Er v r H x r r Hai véc tơ vuông góc EH r r r E, H , v theo thø tù hợp thnh tam diện thuận mặt vuông r r E, H dao động pha v có tû lÖ r r r r ε ε | E |= μ 0μ | H | v E x r E = E m cos ω( t − ) H v x H = H m cos ω( t ) v Năng lợng sóng điện từ 1 2 ϖ= ε0εE + μ 0μ H 2 Sãng ®iƯn tõ lan trun: ϖ = ε εE = μ 0μH = ε ε E μ H 2 ã Năng thông sóng điện từ = v = EH ã Véc tơ Umôp-Poynting r r r = EìH 10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 10 Sóng VTĐ Hồng ngoại AS nhìn thấy Tia tử ngoại Tia rơnghen Tia Gamma Thang sãng λ cm v= μ 0με ε 102 áp suất sóng điện từ Trờng điện từ gây dòng r cảm ứng J -> gây lực ®Èy E r J ¸p suÊt p=(1+k) ϖ r H p AS mặt trời có thông ~103W/m2 = /c = 103/(3 108)J/m3 áp suất AS mặt trời tác dụng lên mặt vật dẫn phản xạ hon ton k=1: p=2 103/(3 108)=0,7.10-5 N/m2 ... ϖ = ε εE = μ 0μH = ε ε E μ 0μ H 2 ã Năng thông sóng điện từ = v = EH ã Véc tơ Umôp-Poynting r r r Φ = E×H 1 0-1 2 1 0-1 0 1 0 -8 1 0-6 1 0-4 1 0-2 10 Sóng VTĐ Hồng ngoại AS nhìn thấy Tia tử ngoại Tia.. .Dao động & Sóng điện từ (Chơng 8, 10) Dao động điện từ điều ho: Biến đổi tuần hon đại lợng điện v từ Imax + _ K2 C L Dmax + max e W K1 1q = C max m W = LI Mạch điện trở We+Wm=const... đạt cực đại ΩL = → Ω ch = ΩC LC I max = ω0 ε0 = R TÇn sè c−ìng tần số riêng mạch -> Cộng hởng øng dơng: HiƯu st cao nhÊt -> Bï pha I0max ch=0 Chơng 10: Sóng điện từ Sự tạo thnh sóng điện từ Thí