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]
(1)Chơng Dao động điện từ, sóng điện từ I HÖ thèng kiÕn thøc ch¬ng 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 lÝ tëng ®iÖn trë thuÇn cña m¹ch b»ng + Dao động điện từ điều hòa xảy mạch LC sau tụ tÝch mét ®iÖn lîng q0 vµ kh«ng cã t¸c dông ®iÖn tõ bªn ngoµi lªn ω= là dao động điện từ tự với tần số Biến thiên điện tích và dòng điện : √ LC E C + q - điện đợc m¹ch §ã L + Biểu thức dao động điện từ tự mạch là: q Q0 cos( t ) (C ) i = q’ = - Q0sin(ωt + φ) = I0cos(t + + /2), I0 = .Q0; u = U0cos(ωt + φ), U0 = Q0/C π *Dòng điện qua L biến thiên điều hòa sớm pha điện tích trên tụ điện C góc q0 Q0 cos luùc t0 0 i0 Q0 sin * Pha ban đầu : Tìm cách giải hệ phương trình Phương trình độc lập với thời gian: i2 u2 i2 i2 q Q02 ; Q02 ; u 2C Q02 L II Năng lượng điện từ : Tổng năg lượng điện trường trên tụ điện và lượng tử trường trên cuộn cảm gọi là lượng điện từ + Năng lượng điện trường Wđ= q = Cu 2C Q 20 Ư cos ( ωt + ϕ ) c - N¨ng lîng ®iÖn trêng tËp trung ë tô ®iÖn: wđ = W t = Li 2 + Năng lượng từ trường - N¨ng lîng tõ trêng tËp trung ë cuén c¶m: wt = Q20 sin (ωt +ϕ ) 2c Q 20 C U 20 LI 20 W =W đ +W t = = = 2C 2 + Năng lượng điện từ trường = const -Trong quá trình dao động điện từ có chuyển hoá qua lại lợng điện và lợng từ mạch, tần số dao động là ’ = 2 Tổng chúng, là lợng toàn phần mạch, có giá trị không đổi * Lưu ý: + Năng lượng điện từ trường không đổi + Năng lượng điện trường và lượng từ trường biến thiên tuần hoàn theo thời gian với chu kỳ T/2, tần số 2f + Cứ sau thời gian T lượng điện lại lượng từ I 0=U √ C L + Hệ thức liên hệ +Dao động R,L,C là dao động cưỡng với “lực cưỡng bức” là hiệu điện UAB Hiện tượng cộng hưởng xảy ZL=ZC 2C 2U 02 U RC P I R R 2L + Công suất cần cung cấp để mạch không bi tắt dần công suất tỏa nhiệt: + Trong m¹ch RLC cã sù to¶ nhiÖt hiÖu øng Jun - Lenx¬ nªn n¨ng lîng toµn phÇn gi¶m theo thêi gian, biªn (2) độ dao động giảm theo và dao động tắt dần Nếu điện trở R mạch nhỏ, thì dao động coi gần đúng là ω= √ LC tuÇn hoµn víi tÇn sè gãc Nếu chế thích hợp đa thêm lợng vào mạch chu kỳ, bù lại đợc lợng tiêu hao, thì dao động mạch đợc trì Năng lượng mạch dao động: 1 q2 WC Cu qu 2 2C Năng lượng điện trường: Năng lượng điện trường cực đại: WL Li 2 Năng lượng từ trường: ⇒ Năng lượng điện từ: W = WC + WL W WC max WL max CU 02 2 1 Q0 Q0U LI 2 C WC max ⇒ 1 Q02 CU Q0U 2 C Năng lượng từ trường cực đại: 1 W Cu Li 2 1 q2 qu Li Li 2 C WL max LI 02 ⇒ Năng lượng điện trường và lượng từ trường biến thiên điều hòa với tần số gấp đôi dòng điện và điện tích: 2f; 2.; và với chu kỳ chu kỳ dòng điệnT/2 III ĐIỆN TỪ TRƯỜNG I Mối quan hệ điện trường và từ trường : Gi¶ thuyÕt M¾c xoen vÒ ®iÖn tõ trêng: Mỗi biến thiên theo thời gian từ trờng, sinh không gian xung quanh điện trờng xoáy biến thiªn theo thêi gian, vµ ngîc l¹i, mçi biÕn thiªn theo thêi gian cña mét ®iÖn trêng còng sinh mét tõ trêng biÕn thiªn theo thêi gian kh«ng gian xung quanh Từ trờng và điện trờng biến thiên theo thời gian và không tồn riêng biệt, độc lập với nhau, mà là biểu hiÖn cña mét trêng tæng qu¸t, nhÊt, gäi lµ ®iÖn tõ trêng Điện từ trờng là dạng vật chất đặc biệt tồn tự nhiên - Nếu nơi có từ trường biến thiên theo thời gian thì nơi đó xuất điện trường xoáy - Nếu nơi có điện trường biến thiên theo thời gian thì nơi đó xuất từ trường xoáy - Dòng điện dịch: Điện trường biến thiên theo thời gian làm xuất từ trường xoáy Điện trường này tương đương dòng điện gọi là dòng điện dịch Điện từ trường : Điện trường biến thiên và từ trường biến thiên liên quan mật thiết với và là hai thành phần trường thống gọi là điện từ trường Trong điện từ trường : + E,B biến thiên điều hoà cùng tần số và cùng pha + ⃗E , B⃗ vuông góc IV SÓNG ĐIỆN TỪ Định nghĩa : + Qu¸ tr×nh lan truyÒn kh«ng gian cña ®iÖn tõ trêng biÕn thiªn tuÇn hoµn lµ mét qu¸ tr×nh sóng, sóng đó đợc gọi là sóng điện từ Đặc điểm sóng điện từ : + Sãng ®iÖn tõ truyÒn c¶ ch©n kh«ng, ch©n kh«ng cã vËn tèc c = 300 000km/s = = 3.108 m/s ; sãng ®iÖn tõ mang n¨ng lîng tØ lÖ víi luü thõa bËc cña tÇn sè; lµ sãng); - Sóng điện từ là sóng ngang ngang (c¸c vÐct¬ ⃗E vµ ⃗B vu«ng gãc víi vµ vu«ng gãc víi ph¬ng truyÒn sãng (3) - Dao động điện trường và từ trường điểm luôn đồng pha - Súng điện từ có đầy đủ tính chất nh sóng học: phản xạ, khúc xạ, giao thoa, nhiễu xạ - Sóng điện từ mang lượng tØ lÖ víi luü thõa bËc cña tÇn sè; Sóng điện từ bước sóng từ vài m đến vài km dùng thông tin vô tuyến gọi là sóng vô tuyến Sự truyền sóng vô tuyến khí : Các phân tử không khí hấp thụ mạnh sóng dài, sóng trung, sóng cực ngắn nhiên cố số vùng sóng ngắn ít bị hấp thụ Sóng ngắn phản xạ tốt trên tầng điện li Thang sóng điện từ Tên sóng Bước sóng Đặc tính Sóng dài > 3000m Bị tầng điện li phản xạ, dùng thông tin truyền truyền hình trên mặt đất, thông tin nước Sóng trung 200m – 3000m Bị tầng điện li phản xạ, dùng thông tin truyền truyền hình trên mặt đất Sóng ngắn 50m – 200m Bị tầng điện li phản xạ, dùng thông tin truyền truyền hình trên mặt đất Sóng ngắn 10m – 50m Sóng cực ngắn Bị tầng điện li phản xạ, dùng thông tin truyền truyền hình trên mặt đất 0,01m – 10m Không bị phản xạ tầng điện li, truyền thông qua vệ tinh Sóng vô tuyến điện đợc sử dụng thông tin liên lạc Sãng dµi Ýt bÞ níc hÊp thô nªn th«ng tin díi níc Sóng trung ban ngày tầng điện li hấp thụ, ban đễm phản xạ, nên ban đềm truyền đợc xa trên mặt đất Sóng ngắn có lợng lớn và đợc tầng điện li và mắt đất phản xạ nhiều lần nên truyền xa trên mắt đất Sóng cực ngắn có lợng lớn, không bị tầng điện li hấp thụ mà truyền thẳng Dùng để VTTH và thông tin vò trô Sự thu và phát sóng điện từ: đài phát thanh, dao động cao tần trì đợc trộn với dao động điện tơng ứng mà các thông tin cần truyền (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 tần số) dao cao tần đã đợc biến điệu đợc khuyếch đại vµ ph¸t tõ ¨ng ten díi d¹ng sãng ®iÖn tõ máy thu thanh, nhờ có ăng ten thu sóng điện từ đợc anten hấp thụ, qua mạch lọc LC (chọn sóng) thu đợc dao động cao tần đã đợc biến điệu, và sau đó dao động âm tần lại đợc tách khỏi dao động cao tần biến điệu nhê qu¸ tr×nh t¸ch sãng, råi ®a loa Máy phát hay thu sóng điện từ: phát hay thu sóng điện từ có tần số tần số riêng mạch dao động LC Máy phát máy thu sóng điện từ sử dụng mạch dao động LC thì tần số sóng điện từ phát thu T =2π √ LC tần số riêng mạch và f= π √ LC c λ=v t=c T = =c π √ LC f Bước sóng sóng điện từ thu C1 ntC →T = √ T T 22 T 21 +T 22 2 → λ= √ λ 21 λ 22 λ 21 + λ 22 2 →f = √ f 21 + f 22 C1 // C →T =√ T +T → λ=√ λ1 + λ2 → f = √ f 21 f 22 f 21 + f 22 CÁC CÔNG THỨC CẦN NHỚ VỀ DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ Tần số góc: ω= √ LC Chu kì riêng: T =2π √ LC 1 f= = T π √ LC Tần số riêng: (4) c c.T c.2 LC f Với c = 3.108 m/s: Vận tốc ánh sáng Bước sóng điện từ: Năng lượng mạch dao động: Năng lượng điện trường: 1 q2 WC Cu qu 2 2C Năng lượng điện trường cực đại: WL Li 2 Năng lượng từ trường: ⇒ Năng lượng điện từ: W = WC + WL W WC max WL max CU 02 2 1 Q0 Q0U LI 2 C WC max ⇒ 1 Q02 CU 02 Q0U 2 C Năng lượng từ trường cực đại: 1 W Cu Li 2 1 q2 qu Li Li 2 C WL max LI 02 ⇒ Năng lượng điện trường và lượng từ trường biến thiên điều hòa với tần số gấp đôi dòng điện và điện tích: 2f; 2.; và với chu kỳ chu kỳ dòng điệnT/2 (5)