Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ (đầy đủ, chi tiết nhất)

Siêu sale 25-4 Shopee

Bài viết Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ với phương pháp giải chi tiết giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ.

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

Quảng cáo

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.

Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ (đầy đủ, chi tiết nhất)

* 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.

Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ (đầy đủ, chi tiết nhất)

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 Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ (đầy đủ, chi tiết nhất) .

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

Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ (đầy đủ, chi tiết nhất)

Cuộn cảm đóng vai trò như một máy thu, theo định luật Ôm đối với đoạn mạch chứa máy thu ta được: Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ (đầy đủ, chi tiết nhất) , mà R = 0 ⇒ , (2)

Từ (1) và (2) Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ (đầy đủ, chi tiết nhất)

Đặt Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ (đầy đủ, chi tiết nhất)

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

Với Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ (đầy đủ, chi tiết nhất) (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 φ_q < 0; nếu q đang giảm (tụ điện đang phóng điện) thì φ_q > 0.

* Cường độ dòng điện chạy trong mạch dao động biến thiên điều hòa theo biểu thức:

Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ (đầy đủ, chi tiết nhất)

với I₀ = q₀.ω.

Khi t = 0 nếu i đang tăng thì φ_i < 0; nếu i đang giảm thì φ_i > 0. Với: Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ (đầy đủ, chi tiết nhất)

* Điện áp trên tụ điện: .

Với: U₀ (V) là hiệu điện thế cực đại giữa hai bản tụ.

Ta thấy φ_u = φ_q. Khi t = 0 nếu u đang tăng thì φ_u < 0; nếu u đang giảm thì φ_u > 0

Quảng cáo

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:

Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ (đầy đủ, chi tiết nhất)

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 Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ (đầy đủ, chi tiết nhất) và cảm ứng từ ) 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: Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ (đầy đủ, chi tiết nhất)

Tần số: Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ (đầy đủ, chi tiết nhất)

Chú ý: Các công thức mở rộng:

+ Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ (đầy đủ, chi tiết nhất)

+ 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:

Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ (đầy đủ, chi tiết nhất)

d) Bảng đơn vị chuẩn:

L: độ tự cảm, đơn vị Henry	C: điện dung đơn vị là Fara	f: tần số đơn vị là Héc (Hz)

Quảng cáo

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

* Năng lượng điện trường tập trung trong tụ điện:

Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ (đầy đủ, chi tiết nhất)

* Năng lượng từ trường tập trung trong cuộn cảm:

Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ (đầy đủ, chi tiết nhất)

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:

Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ (đầy đủ, chi tiết nhất)

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.

Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ (đầy đủ, chi tiết nhất)

* 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: Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ (đầy đủ, chi tiết nhất)

+ 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

Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ (đầy đủ, chi tiết nhất)

+ Ban đầu khóa k đóng, dòng điện qua cuộn dây không đổi và có cường độ (định luật Ôm cho toàn mạch): Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ (đầy đủ, chi tiết nhất)

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

Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ (đầy đủ, chi tiết nhất)

+ 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 Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ (đầy đủ, chi tiết nhất) .

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:

Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ (đầy đủ, chi tiết nhất)

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.

Quảng cáo

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 : Z_min = 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:

Dao động điện từ là gì ? Lý thuyết Dao động điện từ (đầy đủ, chi tiết nhất)