Chú ý: + Vô tuyến truyền hình dùng các sóng cực ngắn, không truyền được xa trên mặt đất, không bị tầng điện li hấp thụ hay phản xạ, nó xuyên qua tầng điện li. Muốn truyền hình đi xa, n[r]
(1)
I DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ
*/ Cấu tạo hoạt động mạch dao động:
+ Mạch gồm tụ C mắc nối tiếp với cuộn dây L thành mạch kín + Mạch dao động lý tưởng có điện trở r =
*/ Hoạt động:
+ Cấp lượng cho mạch cách dùng nguồn điện khơng đổi U0 tích điện Q0= C.U0 cho
tụ C
+ Khép kín mạch dao động điện tích tụ C (hay điện trường hai tụ) dòng điện qua L (hay từ trường lòng cuộn dây) biến thiên điều hịa theo thời gian Ta nói mạch có một dao động điện từ
*/ Quy luật biến thiên điện tích tụ C: q = Q0cos(t + ) => q biến thiên điều hòa theo thời gian với tần số góc
LC
,
*/ Quy luật biến thiên dòng điện qua L: i = q’ = -Q0sin(t + ) = I0cos(t + +
) với
0
0
Q
I Q
LC
=> i biến thiên tần số nhanh pha q góc π/2 */ Các hiệu điện (điện áp) tức thời:
+
0
os( ) os( )
C
Q q
u c t U c t
C C
; + uL = - uC = os( ) os( )
Q
c t U c t
C
Lưu ý: suất điện động tự cảm cuộn cảm L:
0
os( ) os( )
Q q
e u c t U c t
C C
*/ Chu kì tần số: Trong đó: LC
tần số góc riêng ; T2 LC chu kỳ riêng;
2 f
LC
tần số riêng
Có thể tính chu kỳ tần số theo cơng thức: 0
0
1
2
I Q
T
Q I
LC
*/ Năng lượng điện từ mạch dao dộng lý tưởng: + Năng lượng điện trường tụ điện: 2
C
1
W
2 2
q
Cu qu
C
02 os (2 )
2 Q
c t
C
+ Năng lượng từ trường cuộn cảm:
2
2
1
W sin ( )
2
L
Q
Li t
C
(2)=> Năng lượng điện từ: W=WCWL
2
2
0 0
1 1
2 2
Q
CU Q U LI
C
Chú ý: + Mạch dao động có tần số góc , tần số f chu kỳ T Wđ Wt biến thiên với tần
số góc 2, tần số 2f chu kỳ T/2
+ Khoảng thời gian hai lần liên tiếp lượng điện trường lượng từ trường là T/4
+ Tính nhanh lượng điện, lượng từ:
2 2
L
2 2
C
1
W = ( )
2
1
W = ( )
2
C
Li U u
L
Cu I i
*/ Mạch dao động điện từ tắt dần:
+ Nguyên nhân: Do mạch có R ≠ 0, xạ sóng điện từ khơng gian
+ Mạch dao động có điện trở R dao động tắt dần Để trì dao động cần cung cấp cho mạch lượng có cơng suất: 2 02 02
2
C U U RC
I R R
L
P + Nhiệt lượng tỏa ra: Q = Wtrước - Wsau
*/ Xây dụng biểu thức liên hệ giá trị tức thời cực đại: Dựa vào bảo toàn năng lượng điện từ:
+ Liên hệ giá trị cực đại: W =
2
2
0
0
1
2 2
Q
CU LI C
=> Q0 = CU0 = I0 LC =I0/ω; U0 = Q0/C = I0 L C
; I0 = ωQ0= U0 C
L;
+ Liên hệ giá trị cực đại với tức thời: W =WC + WL =
2
2 2 2
0
1 1 1 1 1
2 2 2 2 2 2 2
Q q
Li Cu Li CU LI
C C
=> Tính nhanh giá trị tức thời u, i: 2 2
0
( )
L L
u I i U i
C C
;
2 2
0
( )
C C
i U u I u
L L
=> Tính nhanh giá trị cực đại I0, U0:
2
0
2
0
C C
I U i u
L L
L L
U I u i
C C
+ Liên hệ giá trị tức thời: - Nếu cho (q1, i1) (q2, i2) =>
2 2 2 1 W= ,
2 2
q q
Li Li L C C C
- Nếu cho (u1, i1) (u2, i2) => 12 12 22 22
1 1
W= ,
(3)*/ Sự tương tự dao động dao động điện từ: Đại lượng
cơ
Đại lượng
điện Dao động Dao động điện
x q x” + 2x = q” + 2q =
v i k
m
LC
m L x = Acos(t + ) q = q0cos(t + )
k
C v = x’ = -Asin(t + )
i = q’ = -q0sin(t +
)
F u 2
( )v A x
2
0 ( )
i q q
µ R W=Wđ + Wt W=Wđ + Wt
Wđ Wt (WC) Wđ =
1 2mv
2
Wt = 1 2Li
2
Wt Wđ (WL) Wt = 1
2kx
Wđ =
2
2 q C */ Các dạng tập:
Dạng 1: Viết biểu thức q, i, uc, uL, Wc, WL
+ Cho thời điểm t = có q = q0, i = i0 : viết q = Q0cos(ωt + φ)
+ Cho biểu thức i = I0cos(ωt + φi) => viết q = (I0/ω).cos(ωt + φi – π/2 ) + Cho đồ thị:
Một số ý:
- Tụ tích điện |q| tăng |i| giảm i.q > 0; Tụ phóng điện |q| giảm |i| tăng i.q <0
Dạng 2: Xác định giá trị cực đại tức thời q, i, uc, uL, Wc, WL, xác định Δq, Δt + PP: - sử dụng dự bảo toàn lượng điện từ để suy công thức liên hệ - sử dụng phương pháp giống dao động
+ Chú ý:
- Điện lượng qua L thời gian Δt ≤ T/2 dòng điện chưa đổi chiều : Δq = |q2 – q1| - Điện lượng cực đại qua L thời gian Δt ≤ T/Δ: qmax = 2Q0sin(ωΔt/2)
- Xác định Δtmin : từ lúc (q1, i1)→ (q2, i2): vẽ sơ đồ đường giống dao động
- Xác định thời điểm t : giống dao động q
Q0
-Q0
0
phóng
(4)Dạng 3: Thêm bớt linh kiện vào mạch dao động:
* Nếu thêm bớt linh kiện vào mạch dao động thời điểm linh kiện khơng mang năng lượng:
( Dùng khóa K thêm tụ C vào mạch dao động tụ có điện tích q = (chưa tích điện)
dùng khóa K ngắt tụ khỏi mạch dòng điện qua L cực đại ( tức điện tích tụ q = 0))
Mạch thay đổi C L => ω thay đổi I0, U0, Q0 thay đổi Năng lượng mạch không đổi:
Wtrước = Wsau
2
2 2
0 0
1 1
2 2 2
tr S
tr tr tr tr s s s s
tr S
Q Q
L I C U L I C U
C C
=> I0s, U0s, Q0s
* Nếu thêm bớt linh kiện thời điểm linh kiện mang lượng ∆E: ( Dùng khóa K thêm tụ C vào mạch dao động tụ có điện tích q≠ dùng khóa K ngắt(hoặc nối tắt) tụ khỏi mạch dịng điện qua L có giá trị |i| < I0 ( tức điện tích tụ q≠ 0)):
Mạch thay đổi C L => ω thay đổi I0, U0, Q0 thay đổi
Năng lượng mạch thay đổi: (cộng thêmlinh kiện vào, trừ ngắt linh kiện ra) Wsau = Wtrước ± ∆E =
2
2 2
0 0
1 1
2 2 2
tr s
tr tr tr tr s s s s
tr s
Q Q
L I E C U E E L I C U
C C
=> I0s, U0s, Q0s
* Lưu ý: trường hợp mạch có tụ bị đánh thủng (trở thành vật dẫn) thời điểm có lượng ∆E lượng tụ lượng mạch bị giảm lượng bằng phần lượng trường hợp làm giống trường hợp ngắt tụ khỏi mạch
II SÓNG ĐIỆN TỪ
1 Mối liên hệ điện trường biến thiên từ trường biến thiên, điện từ trường: Từ trường biến thiên điện trường xoáy Điện trường biến thiên từ trường xốy + Xung quanh khoảng khơng gian có từ
trường biến thiên xuất điện trường xoáy
(5)- Đường sức khép kín, bao xung quanh đượng sức từ
- Nguồn gốc: từ trường biến thiên
- Đường sức khơng kín, dương vào âm
- Nguồn gốc: tồn xung quanh điện tích
- Đường sức ln khép kín, bao xung quanh các đượng sức điện - Nguồn gốc: điện trường biến thiên
- Đường sức khép kín hoặc vơ hạn
- Nguồn gốc: sinh xung quanh điện tích chuyển động
+ Chiều đường sức điện trường xoáy:
Chiều đường sức điện trường xoáyE xác định giống chiều dòng điện cảm ứng
+ Chiều đường sức từ trường xoáy:
- Tụ nạp điện dòng tới dương, điện trường tăng; Tụ phóng điện dịng tới âm điện trường giảm
- Chiều từ trường xoáy B tuân theo quy tác nắm bàn tay phải với chiều dòng điện qua tụ
Vai trị điện trường xốy: đẩy điện tích tự do chuyển động thành dịng khép kín sinh dòng điện cảm ứng
Vai trò từ trường xốy: Tương đương với một dịng điện (dòng điện dịch) qua tụ C => khép kín dịng điện mạch dao động
Điện từ trường: Là trường thống gồm hai yếu tố: điện trường biến thiên từ trường biến thiên Hai yếu tố điện từ trường có mối quan hệ mật thiết chuyển hóa qua lại lẫn
2 Sóng điện từ:
*/ Định nghĩa sóng điện từ: Là điện từ trường biến thiên (hay dao động điện từ) lan truyền không gian
*/ Các đặc điểm tính chất sóng điện từ:
+ Truyền môi trường vật chất truyền chân khơng
+ Trong chân khơng sóng điện từ truyền với tốc độ tốc độ ánh sáng: c = 3.108m/s => có bước sóng: λ = c/f
Bđang giảm
E
Bđang tăng
E Eđang tăng
B
I
- - - - + + + +
Tụ nạp điện E tăng
Eđang giảm B
I
- - - - + + + +
(6)+ Hai thành phần sóng điện từ E(điện trường biến thiên) B(từ trường biến thiên)
biến thiên tần số, pha hai mặt phẳng vng góc với
+ Sóng điện từ sóng ngang: E B v theo thứ tự tạo thành tam diện thuận
+ Sóng điện từ tuân theo định luật truyền thảng, phản xạ, khúc xạ ánh sáng
+ Sóng điện từ mang lượng, tần số lớn (bước song nhỏ) lượng lớn; lượng sóng điện từ tỉ lễ với lũy thừa bậc tần số
+ Khi truyền từ môi trường vào mơi trường khác tần số f sóng điện từ khơng đổi, cịn v λ biên thiên tỉ lệ thuận
3 Sóng vơ tuyến truyền sóng vơ tuyến:
*/ Định nghĩa: là sóng điện từ có bước sóng từ vài cm tới vài chục km dùng thông tin liên lạc
*/ Phân loại: loại:
Sóng cực ngắn Sóng ngắn Sóng trung Sóng dài
λ = vài cm - 10m f = 30MHz - 106MHz
λ = 10m - 100 m
f = 3MHz - 30MHz
= 100m - 1000m f = 0,3MHz - 3MHz
= 1km – vài chục km
f = 3kHz – 0,3MHz */ Sự truyền sóng vơ tuyến khí quyển:
+ Sóng dài: có lượng thấp, bị vật mặt đất hấp thụ mạnh nước lại hấp thụ ít, sóng dài cực dài dùng thông tin liên lạc dưới nước (VD: liên lạc giữa tàu ngầm, ) Tuy nhiên, chúng bị yếu nhanh xa khỏi nguồn phát, nguồn phát phải có cơng suất lớn
+ Sóng trung: Ban ngày bị hấp thụ mạnh nên không truyền xa Ban đêm sóng bị hấp thụ, phản xạ tốt tầng điện li nên sóng truyền xa Sóng trung dùng vơ tuyến truyền (thường sử dụng phạm vi quốc gia). Tuy nhiên, ban ngày ta bắt đài gần, ban đêm bắt đài xa (ban đêm nghe đài sóng trung rõ ban ngày)
(7)+ Sóng cực ngắn: khơng bị tầng điện li hấp thụ hay phản xạ, xuyên qua tầng điện li vào vũ trụ Sóng cực ngắn thường dùng việc điều khiển vô tuyến, vơ tuyến truyền hình, thơng tin vũ trụ,
Chú ý: + Vơ tuyến truyền hình dùng sóng cực ngắn, khơng truyền xa mặt đất, không bị tầng điện li hấp thụ hay phản xạ, xuyên qua tầng điện li Muốn truyền hình xa, người ta phải đặt đài tiếp sóng trung gian, dùng vệ tinh nhân tạo để thu phát trở Trái Đất
4 Thu phát sóng điện từ:
*/ Dụng cụ thu phát: Dùng Ăngten (là mạch dao động LC hở)
*/ Nguyên tắc thu phát: Dựa tượng cảm ứng điện từ cộng hưởng điện
*/ Một mạch dao động hở LC thu phát sóng điện từ có chu kì tần số chu kì và tần số riêng mạch:
=> fsóng =
2 LC => c
c LC f
*/ Ngun tắc truyền thơng sóng vơ tuyến:
Sơ đồ khối máy phát máy thu vô tuyến đơn giản
Máy phát Máy thu
(1): Micrô: Tạo dao động điện từ âm tần
(2): Mạch phát sóng điện từ cao tần: Phát sóng điện từ có tần số cao (cỡ MHz)
(3): Mạch biến điệu: Trộn dao động điện từ cao tần với dao động điện từ âm tần
(4): Mạch khuyếch đại: Khuyếch đại dao động điện từ cao tần biến điệu (5): Anten phát: Tạo điện từ trường cao tần lan truyền không gian
(1): Anten thu: Thu sóng điện từ cao tần biến điệu
(2): Mạch khuyếch đại dao động điện từ cao tần: khuyếch đại dao động điện từ cao tần từ anten gởi tới
(3): Mạch tách sóng: tách dao động điện từ âm tần khỏi dao động điện từ cao tần
(4): Mạch khuyếch đại dao động điện từ âm tần: Khuyếch đại dao động điện từ âm tần từ mạch tách sóng gởi đến
(5): Loa: Biến dao động điện thành dao động âm
2
3 4 5
1
3 4 5