Lớp 12Vật Lý

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất

Tổng hợp Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 chương 4 hay nhất, đầy đủ nhất giúp bạn củng cố kiến thức và ôn tập tốt hơn.

Lý thuyết Mạch dao động

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.

Bạn đang xem: Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất

     – 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:

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 2)

     Xét mạch dao động LC: ta có

     uAB = e – ir = q/C

     Với e là xuất điện động cảm ứng:

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 3)

     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 

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 4)

     q0, φ: được xác định từ điều kiện ban đầu của bài toán.

     – Hiệu điện thế giữa 2 bản tụ là: 

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 5)

     – Cường độ dòng điện trong mạch: 

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 6)

     – 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: 

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 9)

     i sớm pha hơn u một góc π/2: 

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 10)

     u đồng pha với q: 

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 11)

III) Năng lượng điện từ:

     Năng lượng điện trường ( dự trữ trong tụ điện) 

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 12)

     Năng lượng từ trường ( dự trữ trong cuộn cảm) 

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 13)

     Năng lượng điện từ: 

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 14)

Lý thuyết Điện từ trường

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.

Lý thuyết Sóng điện từ

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

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 15)

         +) 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:

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 18

         +) 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

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 19)

     – 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.

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 20)

* 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.

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 21)

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 

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 22)

Trong cuộn dây có từ thông biến thiên làm phát sinh suất điện động tự cảm:

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 23)

Cuộn cảm đóng vai trò như một máy thu, theo định luật Ôm đối với đoạn mạch chứa máy thu ta được: 

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 25)

, (2)

Từ (1) và (2) 

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 26)

* Điện tích trên một bản tụ biến thiên theo biểu thức q = q0.cos(ωt + φq).

Với 

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 27)

(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:

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 28)

với I0 = q0.ω.

Khi t = 0 nếu i đang tăng thì φi < 0; nếu i đang giảm thì φi > 0. Với: 

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 29)

* Điện áp trên tụ điện: .

Với: U(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:

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 30)

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

 và cảm ứng từ vecto B) trong mạch dao động được gọi là dao động điện từ tự do.

c) Chu kì dao động riêng của mạch dao động LC

Chu kì: 

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 33)

Tần số: 

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 34)

Chú ý: Các công thức mở rộng:

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 35)

+ Khi tụ phóng điện thì q và u giảm và ngược lại.

+ Quy ước: q > 0 ứng với bản tụ ta xét tích điện dương thì i > 0 ứng với dòng điện chạy đến bản tụ mà ta xét.

+ Công thức độc lập với thời gian:

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 36)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d) Bảng đơn vị chuẩn:

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 37)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II. Năng lượng điện từ trong mạch dao động LC:

* Năng lượng điện trường tập trung trong tụ điện:

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 38)

* Năng lượng từ trường tập trung trong cuộn cảm:

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 39)

Vậy: Năng lượng điện trường và năng lượng từ trường biến thiên tuần hoàn với tần số góc ω’ = 2ω và chu kì T’=T/2.

* Năng lượng điện từ trong mạch:

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 40)

Như vậy trong mạch dao động LC lý tưởng thì năng lượng của mạch được bảo toàn.

III. Các phương pháp cung cấp năng lượng ban đầu cho mạch.

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 41)

* Cách 1: Cấp năng lượng điện trường ban đầu

+ Ban đầu khóa k ở chốt (1), tụ điện được tích điện (nếu thời gian đủ dài) đến hiệu điện thế bằng suất điện động E của nguồn. Năng lượng điện mà tụ tích được là: 

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 42)

+ Chuyển khóa k sang chốt (2), tụ phóng điện qua cuộn dây. Năng lượng điện chuyển dần thành năng lượng từ trên cuộn dây. Như vậy hiệu điện thế cực đại trong quá trình dao động chính là hiệu điện thế ban đầu của tụ U0 = E, năng lượng điện ban đầu mà tụ tích được từ nguồn chính là năng lượng toàn phần (năng lượng điện từ) của mạch dao động.

* Cách 2: Cấp năng lượng từ trường ban đầu

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 43)

+ Ban đầu khóa k đóng, dòng điện qua cuộn dây không đổi và có cường độ (định luật Ôm cho toàn mạch): 

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 44

Năng lượng từ trường trên cuộn dây không đổi và bằng:

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 47)

+ Cuộn dây không có điện trở thuần nên hiệu điện thế hai đầu cuộn dây (cũng chính là hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện) bằng không. Tụ chưa tích điện. Khi ngắt khóa k, năng lượng từ của cuộn dây chuyển hóa dần thành năng lượng điện trên tụ điện…mạch dao động.

Như vậy, với cách kích thích dao động như thế này, năng lượng toàn phần (năng lượng điện từ) đúng bằng năng lượng từ ban đầu của cuộn dây, cường độ dòng điện cực đại trong mạch dao động đúng bằng cường độ dòng điện ban đầu qua cuộn dây 

IV. Dao động điện từ tắt dần

* Nguyên nhân: Do mạch có R ≠ 0, do sự bức xạ sóng điện từ ra không gian.

* Mạch dao động có điện trở thuần R ≠ 0 thì dao động sẽ tắt dần. R càng lớn thì sự tắt dần càng nhanh, R rất lớn thì không có dao động.

Để duy trì dao động cần cung cấp cho mạch một năng lượng có công suất:

Nhiệt lượng tỏa ra: Q = W trước – W sau.

V. Dao động điện từ duy trì. Hệ tự dao động

* Nguyên tắc duy trì: Phải bù cho mạch dao động một năng lượng đúng bằng năng lượng đã tiêu hao sau mỗi chu kì.

* Để làm việc này ta dùng một tranzito để điều khiển việc bù năng lượng từ pin cho mạch dao động LC ăn nhịp với từng chu kì dao động của mạch.

* Dao động trong khung LC được duy trì ổn định với tần số riêng ωO của mạch. Người ta gọi đây là một hệ tự dao động.

VI. Dao động điện từ cưỡng bức

Nếu tạo ra trong mạch dao động RLC một suất điện động xoay chiều có tần số góc ω (khác với tần số góc ω0 của mạch) thì trong mạch xuất hiện một dòng điện xoay chiều có tần số góc ω, tức là một dao động điện từ có tần số góc ω. Dao động điện từ này gọi là dao động điện từ cưỡng bức.

VII. Hiện tượng cộng hưởng điện từ

* Nếu tần số góc ω của suất điện động cưỡng bức bằng tần số dao động riêng của mạch LC thì tổng trở Z của mạch sẽ nhỏ nhất và bằng điện trở thuần của mạch : Zmin = R.

* Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều (do đó biên độ của dao động điện từ) trong mạch sẽ lớn nhất. Đó là hiện tượng cộng hưởng điện từ.

* Nếu điện trở thuần R của mạch rất nhỏ thì cực đại của biên độ dao động cộng hưởng sẽ rất lớn so với biên độ ở những điểm lân cận. Sự cộng hưởng này gọi là sự cộng hưởng nhọn.

* Nếu điện trở thuần R của mạch rất lớn thì sự chênh lệch giữa biên độ dao động cộng hưởng với biên độ của các biên độ dao động điện từ cưỡng bức khác sẽ không lớn lắm. Sự cộng hưởng này gọi là sự cộng hưởng tù.

VII. Sự tương tự giữa dao động cơ và dao động điện từ:

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 47)

Lý thuyết Điện từ trường ngắn gọn, chi tiết

I. Liên hệ giữa điện trường biến thiên và từ trường biến thiên:

* Nếu tại một nơi có một từ trường biến thiên theo thời gian thì tại nơi đó xuất hiện một điện trường xoáy. Điện trường xoáy là điện trường có các đường sức là đường cong kín.

* Nếu tại một nơi có điện trường biến thiên theo thời gian thì tại nơi đó xuất hiện một từ trường. Đường sức của từ trường luôn khép kín.

Từ trường biến thiên và điện trường xoáy

Điện trường biến thiên và từ trường xoáy

 

 

+ Xung quanh khoảng không gian có từ trường biến thiên xuất hiện điện trường xoáy. + Xung quanh khoảng không gian có điện trường biến thiên xuất hiện từ trường xoáy.        
Điện trường xoáy Điện trường tĩnh Từ trường xoáy Từ trường tĩnh

– Đường sức khép kín, bao xung quanh các đường sức từ.
– Nguồn gốc: từ trường biến thiên.

– Đường sức không kín, ra dương vào âm.
– Nguồn gốc: tồn tại xung quanh điện tích.

– Đường sức luôn khép kín, bao xung quanh các đượng sức điện.
– Nguồn gốc: điện trường biến thiên

– Đường sức khép kín hoặc vô hạn.
– Nguồn gốc: sinh ra xung quanh điện tích chuyển động.

   
Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 48)
Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 49)
       
Vai trò điện trường xoáy: đẩy các điện tích tự do chuyển động thành dòng khép kín sinh ra dòng điện cảm ứng. Vai trò của từ trường xoáy: Tương đương với một dòng điện (dòng điện dịch) đi qua tụ C => khép kín dòng điện trong mạch dao động.    
       

Chiều của đường sức điện trường xoáy E ⃗ xác định giống chiều của dòng điện cảm ứng + Chiều đường sức từ trường xoáy:

Tụ nạp điện dòng tới bản dương, điện trường tăng; Tụ phóng điện dòng tới bản âm và điện trường giảm

– Chiều của từ trường xoáy vecto B tuân theo quy tắc nắm bàn tay phải với chiều của dòng điện qua tụ.

Vai trò điện trường xoáy: đẩy các điện tích tự do chuyển động thành dòng khép kín sinh ra dòng điện cảm ứng. Vai trò của từ trường xoáy: Tương đương với một dòng điện (dòng điện dịch) đi qua tụ C => khép kín dòng điện trong mạch dao động.

II. Điện từ trường:

a) Từ trường của mạch dao động

Xét mạch dao động lí tưởng có tụ điện là phẵng có điện dung C và hai bản cách nhau một khoảng d đang hoạt động. Tại thời điểm t cường độ dòng điện trong mạch là:

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 50)

Vì i gây ra từ trường. Như vậy, xung quanh chổ có điện trường biến thiên trong tụ điện đã xuất hiện một từ trường.

b) Kết luận

Nếu tại một nơi có điện trường biến thiên theo thời gian thì tại nơi đó xuất hiện một từ trường. Đường sức của từ trường bao giờ cũng khép kín.

c) Điện từ trường.

Mỗi biến thiên theo thời gian của từ trường sinh ra trong không gian xung quanh một điện trường xoáy biến thiên theo thời gian, ngược lại mỗi biến thiên theo thời gian của điện trường cũng sinh ra một từ trường biến thiên theo thời gian trong không gian xung quanh.

Điện trường biến thiên và từ trường biến thiên cùng tồn tại trong không gian. Chúng có thể chuyển hóa lẫn nhau trong một trường thống nhất được gọi là điện từ trường.

d) Thuyết điện từ Mắc-xoen

Mắc-xoen đã xây dựng được một hệ thống bốn phương trình diễn tả mối quan hệ giữa: Điện tích, điện trường, dòng điện và từ trường. Sự biến thiên của từ trường theo thời gian và điện trường xoáy. Sự biến thiên của điện trường theo thời gian và từ trường. Đó là các phương trình Mắc-xoen, hạt nhân của thuyết điện từ.

Sóng điện từ là gì ? Đặc điểm của Sóng điện từ hay, chi tiết

I. Sóng điện từ:

Sóng điện từ là điện từ trường lan truyền trong không gian.

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 51)

II. Các đặc điểm của sóng điện từ:

* Sóng điện từ lan truyền được trong chân không. Vận tốc lan truyền của sóng điện từ trong chân không bằng vận tốc ánh sáng (c ≈ 3.108m/s). Sóng điện từ lan truyền được trong các điện môi. Tốc độ lan truyền của sóng điện từ trong các điện môi nhỏ hơn trong chân không và phụ thuộc vào hằng số điện môi.

Trong chân không, sóng điện từ tần số f thì có bước sóng là 

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 52)

* Sóng điện từ là sóng ngang. Trong quá trình lan truyền E và B luôn luôn vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng. Tại mỗi điểm dao động của điện trường và từ trường trong sóng điện từ luôn cùng pha với nhau.

III. Tính chất của sóng điện từ:

* Khi sóng điện từ gặp mặt phân cách giữa hai môi trường thì nó cũng bị phản xạ và khúc xạ như ánh sáng. Ngoài ra cũng có hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ… sóng điện từ.

* Sóng điện từ mang năng lượng. Nhờ có năng lượng mà khi sóng điện từ truyền đến một anten, nó sẽ làm cho các electron tự do trong anten dao động.

* Nguồn phát sóng điện từ rất đa dạng, có thể là bất cứ vật thể nào có thể tạo ra một điện trường hoặc một từ trường biến thiên, như tia lửa điện, dây dẫn dòng điện xoay chiều, cầu dao đóng, ngắt mạch điện … .

IV. Tương tác với vật chất

Trong tương tác với các nguyên tử, phân tử và các hạt cơ bản, các tính chất sóng điện từ phụ thuộc ít nhiều vào bước sóng (hay năng lượng của các photon).

a) Radio

Radio có ít tương tác với vật chất vì năng lượng của photon nhỏ. Nó có thể đi vượt qua khoảng cách dài mà không mất năng lượng cho tương tác, do vậy được sử dụng để truyền thông tin, như trong kỹ thuật truyền thanh.

Khi thu nạp radio bằng ăng-ten, người ta tận dụng tương tác giữa điện trường của sóng với các vật dẫn điện. Các dòng điện sẽ dao động qua lại trong vật dẫn điện dưới ảnh hưởng của dao động điện trong sóng radio.

b) Vi sóng

Tần số dao động của vi sóng trùng với tần số cộng hưởng của nhiều phân tử hữu cơ có trong sinh vật và trong thức ăn. Do vậy vi sóng bị hấp thụ mạnh bởi các phân tử hữu cơ và làm chúng nóng lên khi năng lượng sóng được chuyển sang năng lượng nhiệt của các phân tử. Tính chất này được sử dụng để làm lò vi sóng.

Điều này cũng nói lên rằng sử dụng thiết bị hay lò vi sóng thì cần đứng xa vùng có tác động của sóng lúc phát sóng, cỡ 1 m trở lên, vì các màn chắn không chắn hết được sóng.

Vi sóng dư tác động lên mô của ta theo hai mức độ:

* Mức nhẹ là làm biến tính một số phân tử protein trong tế bào, tức là gây sai lệch một chút cấu trúc phân tử, nó không “chết” và vẫn tham gia được vào hoạt động sống của tế bào. Nếu sai lệch này xảy ra trong phân tử ADN là nơi chứa mã di truyền, thì gọi là biến dị, và quá trình phân bào sau đó sẽ cho ra loạt các tế bào lỗi di truyền. Khi đó nếu hệ bạch huyết không đủ mạnh để loại bỏ được những tế bào lỗi này thì chúng phát triển thành ung thư.

* Mức nặng là biến tính mạnh, phân tử không còn tham dự được vào hoạt động sống. Nếu lượng phân tử bị biến tính lớn thì tế bào chết.

Khi có nhiều tế bào chết thì được gọi là “bỏng vi sóng”. Số tế bào chết nằm xen với tế bào sống, và giảm dần từ mặt da vào đến bề dày skin, của sóng 2450 MHz là đến 17 mm. Hiện tượng này có thể xảy ra khi đặt laptop làm việc lên đùi, do quá gần vi sóng dư do laptop phát ra. Tổn thương vi sóng không hiện ra thành vùng rõ như bỏng nhiệt truyền thống, và nhiều người không nhận ra. Thông thường thì bạch cầu dọn được các tế bào chết, nhưng việc dọn các tế bào lỗi di truyền thì tùy thuộc vào khả năng của hệ thống bạch huyết của từng cá thể, để lại nguy cơ phát sinh ung thư.

c) Ánh sáng

Các dao động của điện trường trong ánh sáng tác động mạnh đến các tế bào cảm thụ ánh sáng trong mắt người. Có ba loại tế bào cảm thụ ánh sáng trong mắt người, cảm nhận 3 vùng quang phổ khác nhau (tức ba màu sắc khác nhau). Sự kết hợp cùng lúc 3 tín hiệu từ ba loại tế bào này tạo nên những phổ màu sắc phong phú. Để tạo ra hình ảnh màu trên màn hình, người ta cũng sử dụng ba loại đèn phát sáng ở 3 vùng quang phổ nhạy cảm của người.

Nguyên tắc Truyền thông bằng sóng điện từ 

I. Mạch dao động hở. Anten.

Dụng cụ thu phát: Dùng Ăngten (là một mạch dao động LC hở)

* Nguyên tắc thu phát: Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và cộng hưởng điện

* Một mạch dao động hở LC chỉ thu và phát được sóng điện từ có chu kì và tần số bằng chu kì và tần số riêng của mạch:

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 53)

II. Nguyên tắc truyền thông bằng sóng điện từ.

1. Sóng âm tần:

* Để truyền tải âm thanh đi xa phải dùng một bộ phận được gọi là Micro để biến dao động của âm thành dao động điện có cùng tần số, tần số này ứng với một sóng điện từ gọi là sóng âm tần.

2. Sóng mang

* Những sóng vô tuyến dùng để tải các thông tin gọi là các sóng mang.

* Sóng mang thường dùng là các sóng điện từ cao tần.

3. Biến điệu sóng mang

Để sóng mang truyền tải được những thông tin có tần số âm (hoặc hình ảnh), người ta tực hiện:

* Biến âm thanh (hoặc hình ảnh) muốn truyền đi thành các dao động điện từ có tần số thấp gọi là các tín hiệu âm tần (hoặc tính hiệu thị tần).

   AM: Biến điệu biên độ.

   FM: Biến điệu tần số.

* Dùng mạch biến điệu để “trộn” sóng âm tần với sóng mang. Việc làm này được gọi là biến điệu sóng điện từ. Sóng mang đã được biến điệu sẽ truyền từ đài phát đến máy thu.

* Qua anten phát, sóng điện từ cao tần đã biến điệu được truyền đi trong không gian.

4. Tách sóng

   Ở nơi thu phải dùng mạch tách sóng để tách sóng âm tần (hoặc sóng tín hiệu) ra khỏi sóng cao tần để đưa ra loa (hoặc màn hình hiển thị).

5. Khuếch đại

   Để tăng cường độ của sóng truyền đi và tăng cường độ của tín hiệu thu được người ta dùng các mạch khuếch đại.

6. Sơ đồ khối của một máy phát thanh và máy thu thanh vô tuyến đơn giản

Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 54)
Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 Chương 4 hay nhất (ảnh 55)

(1): Micrô: Tạo ra 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 đã được biến điệu.
(5): Ăng-ten phát: Tạo ra điện từ trường cao tần lan truyền trong 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 ra 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.

III. Sự truyền sóng vô tuyến trong khí quyển.

1. Sóng vô tuyến là các sóng điện từ dùng trong vô tuyến. Chúng có bước sóng từ vài m đến vài km.

+ Giống như các sóng điện từ khác, chúng truyền với vận tốc ánh sáng. Sóng vô tuyến xuất hiện tự nhiên do sét, hoặc bởi các đối tượng thiên văn. Sóng vô tuyến do con người tạo nên dùng cho radar, phát thanh, liên lạc vô tuyến di động và cố định và các hệ thống dẫn đường khác. Thông tin vệ tinh, các mạng máy tính và vô số các ứng dụng khác. Các tần số khác nhau của sóng vô tuyến có đặc tính truyền lan khác nhau trong khí quyển Trái Đất.

+ Theo bước sóng, người ta chia sóng vô tuyến thành các loại: sóng cực ngắn, sóng ngắn, sóng trung và sóng dài.

Sóng cực ngắn Sóng ngắn Sóng trung Sóng dài

λ = vài cm – 10m
f = 30MHz – 106MHz

λ = 10m – 100m
f = 3MHz – 30MHz

λ = 100m – 1000m
f = 0,3MHz – 3MHz

λ = 1km – vài chục km
f = 3kHz – 0,3MHz

* Tầng điện li là lớp khí quyển bị ion hóa mạnh bởi ánh sáng Mặt Trời và nằm trong khoảng độ cao từ 80 km đếm 800 km, có ảnh hưởng rất lớn đến sự truyền sóng vô tuyến điện.

* Các phân tử không khí trong khí quyển hấp thụ rất mạnh các sóng dài, sóng trung và sóng cực ngắn nhưng ít hấp thụ các vùng sóng ngắn. Các sóng ngắn phản xạ tốt trên tầng điện li và mặt đất.

* Sóng dài: có năng lượng thấp, bị các vật trên mặt đất hấp thụ mạnh nhưng nước lại hấp thụ ít, do đó sóng dài và cực dài được dùng trong thông tin liên lạc dưới nước (VD: liên lạc giữa các tàu ngầm,…). Tuy nhiên, chúng bị yếu đi rất nhanh khi đi ra xa khỏi nguồn phát, vì vậy nguồn phát phải có công suất lớn.

* Sóng trung: Ban ngày bị hấp thụ mạnh nên không truyền đi xa. Ban đêm sóng ít bị hấp thụ, phản xạ tốt ở tầng điện li nên sóng có thể truyền đi xa. Sóng trung được dùng trong vô tuyến truyền thanh (thường sử dụng chỉ trong phạm vi một quốc gia). Tuy nhiên, về ban ngày thì ta chỉ bắt được các đài ở gần, còn về ban đêm sẽ bắt được các đài ở xa hơn (ban đêm nghe đài sóng trung rõ hơn ban ngày).

* Sóng ngắn: có năng lượng lớn, bị phản xạ nhiều lần giữa tầng điện ly và mặt đất. Do đó một đài phát sóng ngắn có công suất lớn có thể truyền sóng tới mọi điểm trên Trái Đất. Sóng ngắn thường được dùng trong liên lạc vô tuyến hàng hải và hàng không, các đài phát thanh,…

* Sóng cực ngắn: không bị tầng điện li hấp thụ hay phản xạ, nó xuyên qua tầng điện li vào vũ trụ. Sóng cực ngắn thường được dùng trong việc điều khiển bằng vô tuyến, trong vô tuyến truyền hình, trong thông tin vũ trụ,…

* 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, người ta phải đặt các đài tiếp sóng trung gian, hoặc dùng vệ tinh nhân tạo để thu rồi phát trở về Trái Đất.

2. Liên lạc vô tuyến.

+ Để thu được tín hiệu vô tuyến, ví dụ như từ các đài vô tuyến AM/FM, cần một anten vô tuyến. Tuy nhiên, anten sẽ nhận được hàng ngàn tín hiệu vô tuyến tại một thời điểm, một bộ dò sóng vô tuyến là cần thiết để điều chỉnh tới một tần số cụ thể (hay dải tần số). Điều này được thực hiện thông qua một khung cộng hưởng (đây là một mạch với tụ điện và cuộn cảm).

+ Khung cộng hưởng được thiết kế để cộng hưởng với một tần số cụ thể (hay băng tần), do đó khuếch đại sóng sin ở tần số vô tuyến cần thu, trong khi bỏ qua các sóng sin khác. Thông thường, hoặc điện cảm hoặc tụ điện sẽ được điều chỉnh, cho phép người dùng thay đổi tần số muốn thu.

Đăng bởi: THPT Văn Hiến

Chuyên mục: Lớp 12, Vật Lý 12

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Back to top button