Bài giảng vật lý đại cương: Dao động và sóng điện từ
Trang 1Bμi giảng Vật lý đại cương
Tác giả: PGS TS Đỗ Ngọc Uấn
Viện Vật lý kỹ thuật Trường ĐH Bách khoa Hμ nội
Trang 2Dao động & Sóng điện
từ (Chương 8, 10)
Trang 31 Dao động điện từ điều hoμ: Biến đổi tuần
hoμn giữa các đại l−ợng điện vμ từ
K2 +
-+
Dmax
Mạch không có điện trở
thuần, không bị mất mát năng
l−ợng
C
q 2
1 W
2 0 max
0
max
2
1
We+Wm=const
const
LI 2
1 C
q
2
= +
0 dt
dI LI
dt
dq C
L
Imax
C
K1
Trang 40 dt
dI L
C
0
I dt
I
0 2
2
= ω
+
LC
1
2
0 = ω
LC 2
2 T
0
ω
π
=
Dao động điện từ trong
mạch LC lμ dao động điều
hoμ
t cos
I
I = 0 ω0
I , q
t
t sin
q
q = 0 ω0
) t
cos(
I
I = 0 ω0 + ϕ
Lấy đạo hμm hai vế theo thời gian
Trang 52.Dao động điện từ tắt dần
L C
R
Toả nhiệt tại R Biên độ dòng (điện tích) giảm
dần -> tắt hẳn 6.1 f/t Dao động điện từ tắt dần Toả nhiệt tại R, mất năng l−ợng trong dt:
-dW= RI2dt
dt RI
)
LI 2
1 C
q 2
1
(
2
= +
−
2
RI dt
dI LI
dt
dq
C
RI dt
dI L
C
q + = −
0
I dt
dI 2
dt
I
0 2
2
= ω
+ β
+
L
R
2 β =
LC
1
0 = ω
Trang 6Điều kiện để có dao động ω0 > β
) t
cos(
e I
I = 0 − βt ω + ϕ ω = ω20 − β2
2
) L 2
R (
LC 1 −
=
I
t
I0e-βt -I0e-βt
I0cosϕ
I0
-I0 T
2
) L 2
R (
LC 1
2
2 T
−
π
= ω
π
=
• I giảm dần theo hμm mũ với thời gian
• Điều kiện để có
dao động ω0 > β
2
) L 2
R (
LC 1 >
C
L 2
R <
C
L 2
R0 = • Điện trở tới hạn
Trang 73.Dao động điện từ c−ỡng bức:
L C
R
~ ε
dt I dt
RI )
LI 2
1 C
q 2
1 (
2
ε
= +
+
Trong thời gian dt mất RI2dt, cung cấp thêm εIdt
ε=ε0sinΩt
t sin
I
RI dt
dI LI
dt
dq C
q
0
+ +
t
cos L
I dt
dI 2
dt
I
0 2
2
Ω
Ω
ε
= ω
+ β
+
I=Itd+Icb sau một thời gian Itd tắt hẳn, chỉ
còn Icb
I = Icb=I0cos(Ωt+Φ)
Trang 8t
2 2
0 0
) C
1 L
( R
I
Ω
ư Ω
+
ε
=
R
C
1 L
2 2
) C
1 L
( R
Z
Ω
ư Ω
+
= Tổng trởcủa mạch
L
ZL = Ω
C
1
ZC
Ω
=
Cộng hưởng I0 đạt cực đại
R
I0max ε0
=
0 ch
LC
1 C
1
Ω
= Ω
Tần số cưỡng bức bằng tần số riêng của
mạch -> Cộng hưởng
Trang 9øng dông: HiÖu suÊt cao nhÊt -> Bï pha
Ω
I0max
Ωch=ω0
Trang 10Ch−¬ng 10: Sãng ®iÖn tõ
1 Sù t¹o thμnh sãng ®iÖn tõ
ThÝ nghiÖm cña HÐc:
~ L L’
A B
E r
H r M
Sãng ®iÖn tõ lμ tr−êng ®iÖn tõ biÕn thiªn truyÒn ®i trong kh«ng gian
Trang 112 Ph−¬ng tr×nh M¾c xoen cña sãng ®iÖn tõ
) t , z , y , x ( E
E r r
=
) t , z , y , x ( D
D r r
=
) t , z , y , x ( H
H r r
=
) t , z , y , x ( B
B r r
=
0
=
ρ
0
J = r
t
B E
rot
∂
∂
−
=
r r
t
D H
rot
∂
∂
=
r r
0 D
div r = E
D r 0 r
ε ε
r
r
μ μ
=
Ph−¬ng tr×nh sãng
t
H E
∂
∂ μ μ
−
=
r r
E rot
1 t
H
0
r
r
μ μ
−
=
∂
∂
t
E H
rot 0
∂
∂ ε ε
=
r r
2
2
0
t
E )
t
H (
rot
∂
∂ ε ε
=
∂
Trang 122
0
E )
E rot (
rot
1
∂
∂ ε ε
= μ
μ
−
r r
0 t
E )
E rot (
2 0
∂
∂ ε με μ
+
r r
0 t
E v
1
2
∂
∂ +
Δ
−
r r
ε με μ
=
0 0
1 v
0 t
E v
1
2
∂
∂
− Δ
r r
με
v
s / m 10
3
1
0 0
≈ ε
μ
=
E E
E div )
E rot (
Δ
−
=
∇
−
∇
=
Trang 133 Những t/c của sóng điện từ:
• Tồn tại cả trong chất, chân không
• Sóng ngang: E&H vuông góc với v
• Vận tốc trong chân không
• Vận tốc trong
môi trường chất
με
= C
0 0
≈ ε
μ
=
Sóng điện từ đơn sắc:
Mặt sóng lμ các mặt
phẳng song song: từ ∞,
phương E,H không đổi
E r
H r
v r y
z
0
E r
0
Trang 14H r
v r
Hai véc tơ luôn vuông góc Er Hr
⊥ v
, H ,
E r r r theo thứ tự đó hợp thμnh tam diện
thuận 3 mặt vuông
H
,
Er r
luôn dao động cùng pha vμ có tỷ lệ
| H
|
| E
0
r
r
μ μ
= ε
ε
) v
x t
( cos
E
) v
x t
( cos
H
0
2
2
1 E
2
1
μ μ
+ ε
ε
= ϖ
Trang 15Sãng ®iÖn tõ lan truyÒn:
Trang 16H E
H
0ε = μ μ = ε ε μ μ ε
=
ϖ
• N¨ng th«ng cña sãng ®iÖn tõ
v ϖ
=
Φ
ε με μ
=
0 0
1 v
EH
=
Φ
H
E r r
r
×
=
Φ
5 Thang sãng λ
cm
• VÐc t¬ Um«p-Poynting
10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 10 102
Trang 176 ¸p suÊt sãng ®iÖn tõ
Er
H rJ
r
Tr−êng ®iÖn tõ g©y ra dßng
c¶m øng J -> g©y ra lùc ®Èy
¸p suÊt p=(1+k) ϖ
ϖ ≤ p ≤ 2ϖ
AS mÆt trêi cã n¨ng th«ng Φ ~103W/m2
ϖ = Φ/c = 103/(3 108)J/m3
¸p suÊt AS mÆt trêi t¸c dông lªn mÆt vËt dÉn
ph¶n x¹ hoμn toμn k=1:
p=2 103/(3 108)=0,7.10-5 N/m2
... 103/(3 108)J/m3áp 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