Dao động điện từ và Sóng điện từ là một phần trọng tâm của chương trình học Vật lý lớp 12. Nội dung này thường xuất hiện trong các đề kiểm tra, đề thi cuối kỳ của học sinh THPT. Bài viết dưới đây của bangtuanhoan.edu.vn sẽ tổng hợp các lý thuyết trọng tâm về dao động điện từ và sóng điện từ, giúp các em đạt điểm cao trong bài kiểm tra sắp tới.
Dao động điện từ
Biến thể phí
Với mạch dao động là mạch điện kín gồm cuộn dây có điện dung C, độ tự cảm L và điện trở thuần không đáng kể mắc nối tiếp với nhau.
- Điện tích trên tụ điện trong mạch dao động là: q = Q.cos (ωt + φ)
- Hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện là: u = qC = U.cos (ωt +) (Với U = q0C)
=> Bình luận: Hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện cùng pha với điện tích trên tụ
- Cường độ dòng điện là:
i = q ‘= – q.sin (ωt +) = I.cos (ωt + φ + 2) (Với I = q.ω)
=> Nhận xét: Cường độ dòng điện NHANH HƠN điện tích trên tụ góc
- Hệ thống liên hệ: (qq)2 + (iI)2 = 1 hoặc (q.ωI)2 + (iI)2 = 1 hoặc (qq)2 + (iω.q)2 = 1
- Tần số góc: = 1LC
- Chu kì và tần số riêng của mạch dao động: T = 2πLC và f = 12πLC
- Mối quan hệ giữa các giá trị biên độ và rms: U = U2; Tôi = I2A
Năng lượng điện từ trong mạch dao động
Năng lượng điện từ trong mạch dao động gồm:
- Năng lượng điện trường trong tụ điện:
WD = 12Cu2 = 12qu = q22C = Q2/2C.cos2(ωt +) => WD = L2 (tôi2 – tôi2)
- Năng lượng từ trường trong cuộn cảm L:
Wt = 12Li2 = Q2/ 2 C. sin2(ωt +) => Wt = C2 (U2 – u2)
- Năng lượng từ trường và điện trường biến thiên tuần hoàn với tần số góc như sau: ω ‘= 2ω; f ‘= 2f và chu kỳ T’ = T2
- Năng lượng điện từ trong mạch:
W = WD + Wt = Wdmax + Wtmax => W = 12CU2 = 12QU = Q2/ 2C = 12LI2
Hoặc: W = WCŨ + WLỜI ĐỀ NGHỊ = 12.Q2/C.cos2(ωt +) + 12.Q2/C.sin2(ωt +)
=> W = 12.Q2/ C = 12LI2 = 12CU2 = hằng số
Với qTôi và bạn trong mạch dao động là: Q = CU = I0ω = TôiLC = tôi
* Ghi chú:
- Trong một chu kỳ dao động điện từ, có năng lượng điện trường gấp 4 lần năng lượng từ trường.
- Khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp bằng của năng lượng từ trường và điện trường là T4
- Mạch dao động có điện trở R ≠ 0 thì dao động tắt dần. Để duy trì dao động này cần cung cấp cho mạch năng lượng có công suất là:
Lý thuyết 10: Chuyển động thẳng biến đổi đều
P = tôi2R = tôi2/2.R = (ω2.C2.U2) /2.R = (U2.C) /2L.CHEAP
- Quy ước: Với q> 0 ứng với bản tụ điện ta coi là điện tích dương, khi đó i> 0 ứng với cường độ dòng điện chạy đến bản tụ điện mà ta xét.
- Khi tụ phóng điện thì u và q giảm và ngược lại khi tụ tích điện thì u và q tăng.
- Trên một bản tụ điện, khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp điện tích có độ lớn cực đại là: Δt = T2
- Thời gian Δt ngắn nhất để điện tích trên tấm này tích điện bằng một nửa giá trị cực đại là: T6
Cường độ dòng điện
Trong cuộn dây L biến thiên điều hòa, cường độ dòng điện là:
i = q ‘= -ωQsin (ωt +) = ωQsin (ωt + +) = Isin (ωt + +)
(Với tôi = Q là dòng điện tối đa).
=> Sự kết luận: q, u, i biến thiên điều hòa cùng tần số và có pha: u cùng pha với q, i sớm pha hơn q là p / 2
Các dạng dao động
Dao động tự do
Điều kiện để mạch dao động tự do là điện trở bằng không.
Dao động tắt dần
- Dao động tắt dần xảy ra do lực cản làm tiêu hao năng lượng dưới dạng năng lượng điện
- Việc dao động tắt nhanh hay chậm phụ thuộc chủ yếu vào lực cản (Lực cản càng lớn thì dao động tắt càng nhanh)
- Công thức của dao động tắt dần:
Cho đến khi nó được tắt hoàn toàn, năng lượng mất đi là: Wchết = Q = tôi2.Rt
Dao động bền vững
- Cách duy trì là: Dùng mạch điện để điều khiển
- Dao động duy trì có các đặc điểm sau: Dao động với tần số tự do
- Để duy trì dao động, chúng ta cần cung cấp cho nó một lượng năng lượng chính xác bằng năng lượng tiêu hao trong quá trình dao động. Theo định luật Thấu kính Jun, ta có một mạch nguồn cần:
\begin{aligned}
& P=I^2R=U_0^2.C.\frac{R}{2L}
\end{aligned}
Dao động cưỡng bức
- Cách thực hiện: Đặt một điện áp biến thiên điều hòa vào hai đầu đoạn mạch điện từ.
- Đặc điểm: Dao động với tần số bằng tần số của điện áp ngoài.
- Điều kiện cộng hưởng cần thiết là: =
Điện trường
Giả thuyết mácxít
Khi từ trường biến thiên theo thời gian
Khi điện trường biến thiên theo thời gian t thì sinh ra từ trường có từ trường xung quanh đường sức điện trường.
⇒ Vì vậy điện trường hay từ trường không thể tồn tại riêng rẽ và độc lập với nhau. Điện trường và từ trường là hai khía cạnh riêng biệt của một trường duy nhất, trường điện từ.
Dịch chuyển hiện tại
Khi một tụ điện phóng điện hoặc tích điện, giữa hai bản tụ điện sẽ có điện trường thay đổi, tạo ra từ trường xoáy giống như dòng điện chạy trong dây dẫn đi qua tụ điện.
Học Lý Thuyết 10, Giải Bài Tập Sách Giáo Khoa Trực Tuyến Cùng Giáo Viên Giỏi
Do đó, dòng chuyển dời được hiểu là sự biến thiên của điện trường giữa các bản của tụ điện (nơi không có vật dẫn) tương đương với dòng điện chạy trong vật dẫn, cũng sinh ra từ trường biến thiên.
Dòng chuyển dời và dòng điện dẫn tạo thành dòng điện kín trong mạch.
Sóng điện từ
Định nghĩa
Sóng điện từ được hiểu là quá trình lan truyền trong không gian của một trường điện từ biến thiên theo thời gian.
Đặc điểm của sóng điện từ là gì?
Sóng điện từ bao gồm các đặc điểm sau:
- Sóng điện từ truyền được trong chân không (với tốc độ bằng tốc độ ánh sáng là c ≈ 3.108m / s). Đồng thời, sóng điện từ cũng lan truyền trong các chất điện môi. Đặc biệt, tốc độ lan truyền của sóng điện từ trong chân không lớn hơn trong điện môi và phụ thuộc vào hằng số điện môi.
- Sóng điện từ là sóng ngang. Trong quá trình truyền sóng, vectơ E và vectơ B luôn vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng. Tại mỗi thời điểm dao động của điện trường và từ trường luôn cùng pha với nhau.
- Khi một sóng điện từ chạm vào ranh giới giữa hai phương tiện truyền thông, nó cũng bị khúc xạ và phản xạ giống như ánh sáng. Ngoài ra, còn có nhiễu xạ, giao thoa và sóng điện từ.
- Sóng điện từ mang năng lượng. Khi sóng điện từ truyền đến một ăng-ten, các điện tử tự do trong ăng-ten cũng dao động.
- Các nguồn phát sóng điện từ rất phong phú như đóng ngắt mạch, tia lửa, sấm sét, ngắt mạch, v.v.
Đài
Sóng vô tuyến được hiểu là sóng điện từ có tần số từ hàng nghìn Hz trở lên.
Tầng điện ly cách mặt đất khoảng 80km và chứa nhiều hạt mang điện.
| Các loại sóng | Bước sóng | Thuộc tính với tầng điện ly | Đăng kí |
| Ngọn sóng dài | > 1000m | Có năng lượng nhỏ Không bị nước hấp thụ | Được sử dụng trong giao tiếp dưới nước |
| Sóng trung bình | 100m – 1000m | Vào ban ngày, nó bị tầng điện ly hấp thụ và phản xạ vào ban đêm | Ban ngày hầu như không bắt được sóng trung. |
| Sóng ngắn | 10m – 100m | Phản xạ mạnh mẽ bởi tầng điện ly | Đường truyền xa nhất trên mặt đất nên được sử dụng trong giao tiếp |
| Sóng cực ngắn | 0,01m – 10m | Có năng lượng lớn nhất, dám xuyên qua tầng điện ly | Đường truyền xa nhất và xuyên qua tầng điện ly nên được sử dụng trong thông tin liên lạc ngoài trái đất. |
Truyền và nhận sóng điện từ
Mở và đóng mạch dao động
Đoạn mạch L – C là mạch dao động kín: không phát ra sóng điện từ.
Nếu bản tụ điện bị lệch thì sẽ có sóng điện từ thoát ra.
Thực tế sử dụng anten: ở giữa là cuộn dây, phía trên để hở, phía dưới là nối đất.
Truyền và nhận sóng điện từ
Phát sóng điện từ: Là sự kết hợp giữa dao động điều hòa và anten. Mạch hoạt động làm cho điện từ trường biến thiên, anten phát ra sóng điện từ cùng tần số f.
Cường độ điện trường là gì? Công thức tính cường độ điện trường
Thu sóng điện từ: Là sự kết hợp giữa một anten với một mạch dao động có điện dung thay đổi được. Chỉnh C để mạch cộng hưởng có tần số f cần thiết gọi là hiện tượng chọn sóng.
Sơ đồ liên lạc vô tuyến
- Sử dụng micrô để chuyển dao động âm thành dao động điện: sóng âm
Dao Động Điện Từ Và Sóng Điện Từ