Thư mục

Hỗ trợ kỹ thuật

  • (Hotline:
    - (04) 66 745 632
    - 0982 124 899
    Email: hotro@violet.vn
    )

Thống kê

  • lượt truy cập   (chi tiết)
    trong hôm nay
  • lượt xem
    trong hôm nay
  • thành viên
  • Chào mừng quý vị đến với Thư viện Bài giảng điện tử.

    Quý vị chưa đăng nhập hoặc chưa đăng ký làm thành viên, vì vậy chưa thể tải được các tư liệu của Thư viện về máy tính của mình.
    Nếu đã đăng ký rồi, quý vị có thể đăng nhập ở ngay ô bên phải.

    Bài 21-12NC-Dao động điện từ

    (Tài liệu chưa được thẩm định)
    Nguồn:
    Người gửi: Trần Viết Thắng
    Ngày gửi: 01h:18' 01-11-2011
    Dung lượng: 472.5 KB
    Số lượt tải: 400
    Số lượt thích: 0 người
    DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ
    CHƯƠNG IV
    Chương này trình bày các kiến thức về:
    Dao động và sóng điện từ, sự tương tự của chúng với dao động và sóng cơ.
    Dao động điện từ tự do, dao động tắt dần, hệ tự dao động, dao động cưỡng bức và cộng hưởng điện.
    Điện từ trường, sóng điện từ và nguyên tắc truyền thông bằng sóng điện từ.
    Bài 21
    DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ
    1. Dao động điện từ trong mạch LC điện từ
    a) Thí nghiệm
    Mạch điện Hình 1 gồm tụ điện C, cuộn cảm L, pin P và chuyển mạch K. Điện trở R được dung để hạn chế dòng điện nạp.
    Đầu tiên chuyển K sang a để nạp điện cho tụ điện C từ pin P. Sau đó chuyển K sang b để tụ điện C phóng điện trong mạch kín LC.
    Hình 1 Sơ đồ mạch dao động
    Nối hai đầu cuộn cảm L với lối vào của dao động kí điện tử như Hình 2. Điều chỉnh dao động kí để có hình ổn định trên màn, ta sẽ thấy một đồ thị sạng sin.
    Từ đó, có thể nhận xét là trong mạch kín LC đã có một dòng điện dạng sin của dao động cơ đã biết. Mạch LC được gọi là mạch dao động (hoặc còn gọi là khung dao động).
    b) Giải thích
    Hình 3 cho thấy từng giai đoạn của quá trình dao động điện và từ của mạch LC và dao động cơ của con lắc đơn.
    Suất điện động tự cảm làm chậm sự phóng điện của tụ điện, và khi tụ điện hết điện thì dòng tự cảm lại nạp điện cho điện, làm cho tụ điện lại được tích điện nhưng theo chiều ngược lại.
    Sau đó, tụ điện lại phóng điện theo chiều ngược với ban đầu. Hiện tượng sẽ lặp đi lặp lại toạ thành dao động điện và dao động từ trong mạch.
    Quá trình dao động điện và từ trong mạch LC tương tự như dao động của con lắc đơn.
    C1 Trong Hình 3, tại thời điểm nào thì từ trường của ống dây có giá trị lớn nhất? Giá trị nhỏ nhất?
    c) Khảo sát định lượng
    Vận dụng định luật Ôm cho đoạn mạch AB, ta có: uAB = e – ri
    Quy ước:
    q > 0, nếu bản cực bên trên mang điện tích dương.
    i > 0, nếu dòng điện chạy qua cuộn cảm theo chiều từ B đến A.
    Tương tự như ở phần sao động cơ, nghiệm của phương trình này có dạng:
    q = q0cos(t + )
    Mặt khác, ta biết khi có dòng điện thì luôn có từ trường, mà cảm ứng từ B luôn tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện, nên có thể suy ra từ trường trong mạch cũng biến thiên tuần hoàn theo quy luật dạng sin.
    Biến thiên của điện trường và từ trường ở trong mạch trên được gọi là dao động điện từ. Nếu không có tác động điện hoặc từ với bên ngoài, thì dao động này gọi là dao động điện từ tự do. Khi đó mạch LC Có các đặc trưng riêng là:
    Có thể viết phương trình dao động điện từ và từ trong mạch LC như sau:
    C2 Pha dao động của u và I có trùng nhau không? Vì sao?
    2. Năng lượng điện từ trong mạch dao động
    Nếu không có sự tiêu hao năng lượng thì trong quá trình dao động điện từ, năng klượng được tập trung ở tụ điện (WC) và cuộn cảm (WL). Tại một thời điểm bất kì, ta có:
    Năng lượng điện trường tập trung trong tụ điện:
    Năng lượng từ trường tập trung trong cuộn cảm:

    Ta suy ra năng lượng điện từ toàn phần của mạch LC là:
    Vậy, trong quá rình dao động của mạch, năng lượng từ trường và năng lượng điện trường luôn chuyển hoá cho nhau, nhưng tổng năng lượng điện từ là không đổi.
    Tiết 2
    Viết các phương trình dao động điện từ và từ trong mạch LC: q; u; I; B
    C2 Pha dao động của u và I có trùng nhau không? Vì sao?
    Viết các công thức tính tần số góc, tần số, chu kì dao động riêng của mạch dao động LC
    Năng lượng điện từ trong mạch dao động có những đặc điểm gì?
    Nếu không có sự tiêu hao năng lượng thì trong quá trình dao động điện từ, năng lượng được tập trung ở tụ điện (WC) và cuộn cảm (WL). Tại một thời điểm bất kì, ta có:
    Năng lượng điện trường tập trung trong tụ điện:
    Năng lượng từ trường tập trung trong cuộn cảm:

    Năng lượng điện từ toàn phần của mạch LC lí tưởng là một hằng số
    Vậy, trong quá rình dao động của mạch, năng lượng từ trường và năng lượng điện trường luôn chuyển hoá cho nhau, nhưng tổng năng lượng điện từ là không đổi.
    Trong thực tế, trong mạch dao động có điện trở R khác không nên năng lượng của mạch dao động không được bảo toàn. Dao động điện từ trong mạch là dao động tắt dần.
    3. Dao động điện từ tắt dần
    Trong các mạch dao động thực luôn có tiêu hao năng lượng, ví dụ do điện trở thuần R của dây dẫn, vì vậy dao động sẽ dừng lại sau khi năng lượng bị tiêu hao hết. Quan sát trên dao động kí điện tử (Hình 5) ta thấy biên độ của dao động giảm dần đến 0.
    Hiện tượng này gọi là dao động điện từ tắt dần. Giá trị của R càng lớn thì sự tắt dần càng nhanh, thậm chí nếu R rất lớn thì không có dao động.
    R = 0
    R  0
    R = 0
    R nhỏ
    R lớn
    R rất lớn
    Dao động điện từ tắt dần
    Hình 5 Các hình ảnh trên màn hình dao động kí.
    Hình 6 Mạch duy trì dao động
    Muốn duy trì dao động, ta phải bù đủ và đúng phần năng lượng bị tiêu hao trong mỗi chu kì.
    4. Dao động điện từ duy trì. Hệ tự dao động
    Muốn làm việc này, có thể dùng tranzito để điều khiển việc bù năng lượng từ pin cho khung dao động LC ăn nhịp với từng chu kì dao động của mạch.
    Hình 6 Mạch duy trì dao động
    Trong sơ đồ Hình 6, mạch điện duy trì dao động cho mạch LC, gồm có biến thế B chuyển các dao động của mạch LC tác động và cực gốc của tranzito qua tụ điện C1.
    Tác động này điều khiển sự đóng mở của tranzito sao cho dòng điện từ pin P bổ sung cho mạch LC đúng với phần năng lượng bị mất trong từng chu kì.
    Hình 6 Mạch duy trì dao động
    Dao động trong khung LC được duy trì ổn định với tần số riêng 0 của mạch. Người ta gọi đây là một hệ tự dao động.
    Hình 6 Mạch duy trì dao động
    Câu C3
    Trong sơ đồ mạch duy trì dao động, nếu nối trực tiếp cuộn thứ cấp biến thế với cực gốc của tranzito không qua tụ C1có được không? Tại sao?
    Không được. Khi đó cực gốc của tranzito đoản mạch với cực phát qua điện trở thuần rất nhỏ của cuộn thứ cấp.
    Hình 6 Mạch duy trì dao động
    Câu C4
    Không được. Vì trong khung có thêm cuộn sơ cấp của MBA
    Mắc mạch dao động LC có tần số dao động riêng 0 nối tiếp với một nguồn điện ngoài. Nguồn này có hiệu điện thế biến thiên theo thời gian u = U0cost (Hình 7).
    Hình 7 Mạch dao động cưỡng bức.
    4. Dao động điện từ cưỡng bức. Sự cộng hưởng
    Lúc này, dòng điện trong mạch LC sẽ buộc phải biến thiên theo tần số  của nguồn điện ngoài chứ không thể dao động theo tần số riêng 0 được nữa. Quá trình này được gọi là dao động điện từ cưỡng bức, tương tự như dao động cưỡng bức trong cơ học.
    Giữ nguyên biên độ của hiệu điện thế u và khảo sát biên độ của dao động cưỡng bức này, người ta thấy nếu thay đổi tần số  của nguồn điện ngoài thì biên độ của dao động điện (biểu hiện qua cường độ dòng điện) trong khung thay đổi theo, đến khi  = 0 thì biên độ dao động điện trong khung đạt giá trị cực đại. Hiện tượng này được gọi là sự cộng hưởng.
    4. Dao động điện từ cưỡng bức. Sự cộng hưởng
    Đồ thì trên Hình 8 cho thấy giá trị cực đại của biên độ khi cộng hưởng tuỳ thuộc vào điện trở thuần R của mạch LC.
    *Với R nhỏ thì đỉnh cộng hưởng rất cao, ta có cộng hưởng nhọn; * Với R lớn thì đỉnh cộng hưởng thấp, ta có cộng hưởng tù.
    Hình 8 Đồ thị cộng hưởng
    Hiện tượng cộng hưởng được ứng dụng rất nhiều trong các mạch lọc, mạch chọn sóng, mạch khuếch đại mà ta sẽ làm quen trong các bài sau và khảo sát kĩ ở chương dòng điện xoay chiều.
    6. Sự tương tự giữa dao động điện từ và dao động cơ
    Tứ các nội dung trên, ta thấy giữa dao động điện từ trong mạch LC và dao động cơ học của con lắc có nhiều điểm tương tự về quy luật biến đổi theo thời gian và các đại lượng (Bảng 1). Các phương trình và công thức biểu thị hai loại dao động có cùng một dạng (Bảng 2).
    WL

    WC
    Wt
    R

    i = q’= -q0sin(t + )
    V = x’= -Asin(t + )
    u
    F
    q = q0cos(t + )
    x = Acos(t + )
    K
    L
    M
    i
    V
    q" + 2q = 0
    x" + 2x = 0
    q
    x
    Dao động điện
    Dao động cơ
    ĐIỆN

    Bảng 2
    Bảng 1
    Đại lượng
    Sự đồng nhất về dạng này không chỉ là hình thức, mà là sự đồng nhất về quy luật biến đổi theo thời gian. Điều đó dẫn đến một loạt các đặc tính tưng tự của hai loại dao động đó như: tính tuần hoàn, chu kì riêng, tần số riêng, bảo toàn và chuyển hoá năng lượng, sự tắt dần, việc duy trì dao động, sự cộng hưởng…
    Bài tập ví dụ
    1.Trong một mạch dao động LC có tụ điện là 5?F, cường độ tức thời của dòng điện là i = 0,05cos2000t(A). Độ tự cảm của tụ cuộn cảm là:
    A. 0,1H. B. 0,2H. C. 0,25H. D. 0,15H.
    2. Trong một mạch dao động LC có tụ điện là 5?F, cường độ tức thời của dòng điện là i = 0,05cos2000t(A). Biểu thức điện tích trên tụ là:
    A. q = 2.10-5sin(2000t - ?/2)(C). B. q = 2,5.10-5sin(2000t - ?/2)(C).
    C. q = 2.10-5sin(2000t - ?/4)(C). D. q = 2,5.10-5sin(2000t - ?/4)(C).
    Bài tập ví dụ
    3. Một mạch dao động LC có năng lượng 36.10-6J và điện dung của tụ điện C là 25?F. Khi hiệu điện thế giữa hai bản tụ là 3V thì năng lượng tập trung ở cuộn cảm là:
    A. WL = 24,75.10-6J. B. WL = 12,75.10-6J.
    C. WL = 24,75.10-5J. D. WL = 12,75.10-5J.
    4. Một mạch dao động gồm một tụ điện có điện dung 0,1?F và một cuộn cảm có hệ số tự cảm 1mH. Tần số của dao động điện từ riêng trong mạch sẽ là:
    1,6.104 Hz; B. 3,2.104Hz;
    C. 1,6.103 Hz; D. 3,2.103 Hz.
     
    Gửi ý kiến
    print

    Nhấn Esc để đóng