I) Mạch dao động:
- Khái niệm: là mạch có một cuộn cảm có độ tự cảm L(H) mắc với một tụ điện có điện dung C(F) thành một mạch điện kín. Nếu điện trở r của mạch rất nhỏ thì gọi là mạch dao động lí tưởng.
- Nguyên lý hoạt động: muốn cho mạch hoạt động ta tích điện q cho tụ C, sau đó khi nối tụ với cuộn cảm L, tụ sẽ phóng điện làm dòng điện i trong cuộn cảm tăng lên, khi đó trong cuộn cảm xảy ra hiện tượng tự cảm, xuất hiện một dòng cảm ứng icư ngược chiều với i làm dòng điện giảm dần đi, khi tụ phóng hết điện, dòng icư lại tích điện cho tụ theo chiều ngược lại, rồi tụ lại phóng điện theo chiều ngược chiều ban đầu. hiện tượng cú thế lặp đi lặp lạ nên được gọi là mạch dao động.
II) Dao động điện từ tự do trong mạch dao động.
- Phương trình dao động:
Xét mạch dao động LC: ta có
uAB = e - ir = q/C
Với e là xuất điện động cảm ứng:
Khi r rất nhỏ: r ≈ 0, ta có phương trình:
q" = -q/LC (phương trình vi phân bậc 2)
Nghiệm của phương trình trên có dạng
q = q0cos(ωt + φ)
Với
q0, φ: được xác định từ điều kiện ban đầu của bài toán.
- Hiệu điện thế giữa 2 bản tụ là:
- Cường độ dòng điện trong mạch:
- Nhận xét: điện tích q của một bản tụ điện (hay cường độ điện trường E→) và cường độ dòng điện i (hay cảm ứng từ B→) trong mạch dao động biên thiên điều hòa theo thời gian với chu kỳ T = 2π√LC chỉ phụ thuộc vào các đặc trưng của hệ nên được gọi là dao động điện từ tự do.
- Mối quan hệ giữa q,i,u
i sớm pha hơn q một góc π/2:
i sớm pha hơn u một góc π/2:
u đồng pha với q:
III) Năng lượng điện từ:
Năng lượng điện trường ( dự trữ trong tụ điện)
Năng lượng từ trường ( dự trữ trong cuộn cảm)
Năng lượng điện từ:
I) Mối quan hệ giữa điện trường và từ trường
- Nếu tại một nơi có một từ trường biên thiên theo thời gian thì tại nơi đó xuất hiện một điện trường xoáy (là điện trường có đường sức điện là đường cong kín).
- Nếu tại một nơi có điện trường biến thiên theo thời gian thì tại nơi đó xuất hiện một tư trường. đường sức của từ trường bao giờ cũng khép kín.
II) Điện từ trường:
- Từ nhận xét trên ta thấy điện trường biến thiên và từ trường biến thiên có mối liên hệ mật thiết với nhau. Chúng cùng tồn tại, cùng biến đổi trong một trường thống nhất là điện từ trường.
So sánh giữa điện trường, từ trường, điện từ trường
|
|
Điện trường |
Từ trường |
Điện từ trường |
|
Khái niệm |
Tồn tại xung quanh điện tích và tác dụng lực điện lên điện tích đặt trong nó |
Tồn tại xung quanh nam châm hoặc dòng điện và tác dụng lực từ |
Tồn tại khi điện trường và từ trường biến thiên theo thời gian. |
|
Đường sức |
có thể thay đổi theo không gian nhưng không thay đổi theo thời gian Là các đường không kín |
có thể thay đổi theo không gian nhưng không thay đổi theo thời gian Là các đường cong kín |
Cả đường sức từ và đường sức đều có thể thay đổi theo không gian, thay đổi theo thời gian. Là các đường cong kín |
III) Thuyết điện từ Măc-xoen:
- Là một hệ thống bốn phương tình diễn tả mối quan hệ giữa:
+) Điện tích, điện trường, dòng điện và từ trường.
+) Sự biến thiên cử từ trường theo thời gian và điện trường xoáy.
+) Sự biến thiên của điện trường theo thời gian và từ trường.
I) Sóng điện từ
- Khái niệm: là sự lan truyền điện từ trường trong không gian.
- Đặc điểm của sóng điện từ:
+) Tốc độ truyền sóng: Sóng điện từ lan truyền được trong môi trường rắn, lỏng, khí và cả chân không. Vận tốc truyền sóng trong chân không là: c = 3.108. Trong các môi trường khác thì nhỏ hơn.
vck > vk > vl > vr
+) Bước sóng: Trong chân không sóng điện từ có chu kỳ T có bước sóng là: λ = cT
+) Phương truyền sóng: sóng điện từ là sóng ngang. Vectơ E→; B→ luôn vuông góc với phương truyền sóng. Ba vec tơ E→; B→; v→ tại một điểm tạo với nhau thành một tam diện thuận.
+) Pha dao động: của điện trường và từ trường tại một điểm luôn luôn đồng pha với nhau.
- Tính chất của sóng điện từ:
+) Sóng điện từ mang năng lượng.
+) Sóng điện từ bị phản xạ và khúc xạ khi gặp mặt phân cạch giữa hai môi trường như ánh sáng.
+) Tuân theo các quy luật giao thoa, nhiễu xạ,.. của sóng.
II) Sự truyền sóng vô tuyến trong khí quyển.
- Khái niệm: sóng vô tuyến là sóng điện từ có bước sóng từ vài mét đến vài kilomet được dùng trong thông tin liên lạc.
- Phân loại và so sánh
|
|
Sóng dài |
Sóng trung |
Sóng ngắn |
Sóng cực ngắn |
|
Bước sóng |
> 1000 m |
100 → 1000 m |
10 → 100 m |
0,01 → 10 m |
|
Tính chất |
Có năng lượng nhỏ → không truyền được đi xa. Bị không khí hấp thụ mạnh Nước hấp thụ ít Phản xạ trên tầng điện li |
Ban ngày bị tầng điện ly hấp thụ mạnh, ban đêm bị phản xạ mạnh Bị không khí hấp thụ mạnh |
Có năng lượng lớn, phản xạ rất tốt trên tầng điện li và mặt đất → truyền thông tin đi rất xa Có một vùng tương đối hẹp hầu như không bị không khí hấp thụ |
Có năng lượng rất lớn. Bị không khí hấp thụ mạnh Có thể xuyên qua tầng điện li |
|
Ứng dụng |
Thông tin liên lạc dưới nước |
Thông tin liên lạc ban đêm. Truyền thông trong phạm vi hẹp |
Thông tin liên lạc trên mặt đất |
Thông tin liên lạc vũ trụ |
Tầng điện li là một lớp khí quyển, trong đó các phần tử khí đã bị ion hóa rất mạnh dưới tác dụng của các ia ử ngoại trong ánh sáng Mặt Trời. tầng điện ly kéo dài từ độ cao 80÷800 km.
Lý thuyết Nguyên tắc truyền thông tin liên lạc bằng sóng vô tuyến
I) Nguyên tắc chung của việc truyền thông tin liên lạc bằng sóng vô tuyến.
- Ưu điểm của sóng vô tuyến: sóng vô tuyến có thể truyền đi xa, có thể lan truyền khắp nơi trong khí quyển, chỉ cần hệ thông trạm phát thu mà không cần cáp truyền.
- Để truyền được thông tin như âm thanh, hình ảnh,... ta đều sử dựng quy trình sau:
+) Biến các thông tin muốn truyền đi thành các dao dộng điện, những dao động điện này có tần số thấp nên được gọi là tín hiệu âm tần hay thị tần (không thể truyền đi xa vì năng lượng nhỏ)
+) Dùng sóng điện từ có tần số cao (cao tần), được gọi là sóng mang, truyền thông tin đi xa.
+) Để sóng mang truyền tải được thông tin của âm tần, ta trộn sóng âm tần với sóng mang, gọi là biến điệu sóng điện từ. (có thể biến điệu biên độ, biến điệu tần số hoặc biến điệu pha). Trong cách biến điệu biên độ: âm tần có tần số là f, sóng mang có tần số là f0 thì sóng biến điệu sẽ có tần số là f0 (để truyền được đi xa) nhưng biên độ biến thiên theo tần số f(thông tin cần truyền đi)
+) Dùng anten để phát và thu sóng.
+) Ở nơi thu phải tách sóng lấy sóng âm tần rồi đưa sóng âm tần về thông tin cần truyền đi.
II) Sơ đồ khối của hệ thống phát thanh và thu thanh đơn giản
- Hệ thống phát thanh:
+) Ống nói (micro): thiết bị biến âm thanh thành dao động điện âm tần
+) Máy phát dao động cao tần: tạo ra dao động cao tần ( sóng mang)
+) Biến điệu: trộn sóng âm tần với sóng mang
+) Khuếch đại cao tần: tăng công suất ( cường độ) của cao tần
+) Anten phát: phát sóng ra không gian.
- Hệ thống thu thanh:
+) Anten thu: thu sóng để lấy tín hiệu.
+) Chọn sóng: là 1 mạch dao động LC, dựa vào hiện tượng cộng hưởng để chọn sóng có tần số mong muốn (vì trong không gian có rất nhiều sóng và anten thu tất cả các sóng đó nên cần phải chọn sóng (chỉnh tần số đến tần số của đài mình muốn nghe)
+) Tách sóng: tách lấy sóng âm tần
+) Khuếch đại âm tần: tăng công suất (cường độ) của âm tần.
+) Loa: biến dao động âm tần thành âm thanh.
Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ đầy đủ, chi tiết nhất
I. Dao động điện từ trong mạch LC
1. Mạch dao động
* Một cuộn cảm có độ tự cảm L mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C thành một mạch điện kín gọi là mạch dao động.
* Nếu điện trở của mạch rất nhỏ, coi như bằng không thì mạch là mạch dao động lí tưởng.
* Muốn cho mạch dao động hoạt động thì ta tích điện cho tụ điện rồi cho nó phóng điện trong mạch. Tụ điện sẽ phóng điện qua lại nhiều lần, tạo ra một dòng điện xoay chiều trong mạch.
* Người ta sử dụng điện áp xoay chiều được tạo ra giữa hai bản tụ điện bằng cách nối hai bản này với mạch ngoài.
2. Vai trò của cuộn cảm và tụ điện trong hoạt động mạch.
* Tụ điện có nhiệm vụ tích điện cho mạch, sau đó nó phóng điện qua lại trong mạch nhiều lần tạo ra một dòng điện xoay chiều trong mạch.
3. Dao động điện từ tự do trong mạch dao động.
a) Định luật biến thiên điện tích, hiệu điện thế và cường độ dòng điện trong một mạch dao động lí tưởng.
* Quy ước:
+ q là điện tích của bản cực bên trên (bản nối với A).
+ i > 0 nếu dòng điện chạy qua cuộn cảm cùng chiều với chiều dương được chọn trong mạch.
* Khảo sát:
Xét khoảng thời gian Δt vô cùng nhỏ thì dòng điện trong mạch thỏa mãn
Trong cuộn dây có từ thông biến thiên làm phát sinh suất điện động tự cảm:
Cuộn cảm đóng vai trò như một máy thu, theo định luật Ôm đối với đoạn mạch chứa máy thu ta được:
, (2)
Từ (1) và (2)
* Điện tích trên một bản tụ biến thiên theo biểu thức q = q0.cos(ωt + φq).
Với
(rad/s): tần số góc, q0 (C): điện tích cực đại của tụ.
Khi t = 0 nếu q đang tăng (tụ điện đang tích điện) thì φq < 0; nếu q đang giảm (tụ điện đang phóng điện) thì φq > 0.
* Cường độ dòng điện chạy trong mạch dao động biến thiên điều hòa theo biểu thức:
với I0 = q0.ω.
Khi t = 0 nếu i đang tăng thì φi < 0; nếu i đang giảm thì φi > 0. Với:
* Điện áp trên tụ điện: .
Với: U0 (V) là hiệu điện thế cực đại giữa hai bản tụ.
Ta thấy φu = φq. Khi t = 0 nếu u đang tăng thì φu < 0; nếu u đang giảm thì φu > 0
Kết luận: “Điện tích q của một bản tụ điện và cường độ dòng điện i trong mạch dao động biến thiên điều hoà theo thời gian; i sớm pha π/2 so với q.”
Vì q đồng pha với u và q, u vuông pha với i nên ta luôn có hệ thức:
b) Dao động điện từ tự do.
* Dao động điện từ tự do: Sự biến thiên điều hoà theo thời gian của điện tích q của một bản tụ điện và cường độ dòng điện i (hoặc cường độ điện trường vecto E
