Giáo trình Vật lý 2 - Chương 2: Dao động và sóng điện từ

Nội dung text: Giáo trình Vật lý 2 - Chương 2: Dao động và sóng điện từ

1. GIÁO TRÌNH VẬT LÝ 2
2. Thuyết Maxwell và thí nghiệm của Hertz  Vào khoảng năm 1865, James Clerk Maxwell đã đưa ra hệ thống các phương trình về điện và từ, sau này chính là hệ thống các phương trình Maxwell. Nhờ đó, Maxwell đã tiên đoán được sự tồn tại của sóng điện từ.  Vào khoảng năm 1887, Heinrich Rudolf Hertz lần đầu tiên trong lịch sử chứng tỏ được sự tồn tại của sóng điện từ bằng thực nghiệm. Từ đó lý thuyết điện từ của Maxwell đã giúp cho chúng ta có những bước tiến lớn trong Vật lý. Vật lý 2 \ Chương 2 – Dao động và sóng điện từ
3. Sóng vô tuyến và ứng dụng  Sóng vô tuyến là một kiểu bức xạ điện từ với bước sóng trong phổ điện từ dài hơn bước sóng của tia hồng ngoại, có tần số nằm trong khoảng từ 3kHz đến khoảng 300GHz.  Sóng vô tuyến được sử dụng để truyền thông tin (không dây) giữa bộ phận phát và bộ phận thu. Nó có vai trò rất lớn trong đời sống, khoa học kỹ thuật.  Ngoài ra nó được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác (điều khiển, chụp cộng hưởng từ, lò viba, ). Vật lý 2 \ Chương 2 – Dao động và sóng điện từ
4. Dao động điện từ và mạch LC  Hạt nhân của việc sử dụng sóng vô tuyến đó là bộ phận phát và thu sóng vô tuyến, cả hai bộ phận này đều dựa trên sự dao động trong mạch LC.  Mạch LC là một mạch khép kín gồm một tụ điện và một cuộn dây nối với nhau. Sự phóng điện giữa hai bản tụ điện qua cuộn dây tạo thành dao động trong mạch với tần số xác định. Vật lý 2 \ Chương 2 – Dao động và sóng điện từ
5. Mạch LC lý tưởng q2 1 W W W Li 2 const C L 2C 2 d q2 1 d2i 1 Li 2 0 i 0 2 dt 2C 2 dt LC 2 1  d i 2 0  i 0 LC dt2 0 Vật lý 2 \ Chương 2 – Dao động và sóng điện từ
6. Dao động điện từ điều hòa 2 d i 2 0i 0 i I cos  t dt2 0 0 1  0 LC T 2 LC 1 f 2 LC Vật lý 2 \ Chương 2 – Dao động và sóng điện từ
7. Mạch LC có điện trở (thực tế) q2 1 W W W Li 2 C L 2C 2 2 2 q 1 2 2 dW Ri dt d Li Ri dt 2C 2 d2i R di 1 i 0 dt2 L dt LC 2 1 R d i di 2 0 ;  2  i 0 * LC 2L dt2 dt 0 Vật lý 2 \ Chương 2 – Dao động và sóng điện từ
8. Dao động điện từ tắt dần t i I0e cos t   0 2 2  0  1R2   LC 4L2 0 22 T  1R2 LC 4L2  1 1 R2 f 2 2 LC 4L2 Vật lý 2 \ Chương 2 – Dao động và sóng điện từ
9. Mạch LC có nguồn cưỡng bức 2 q 1 2  W WC WL Li eEsint0 2C 2 dWRidte.i.dt 2 d2 iR di1 E   icost0 dt2 L dtLCL 2 1 R d idi 2 E0 0 ;  2icos   t  LC 2L dt2 dtL 0 Vật lý 2 \ Chương 2 – Dao động và sóng điện từ
10. Dao động điện từ cưỡng bức E ZZ I 0 LC i  I cost  0 cot  0 2 2 R RZZ LC Vật lý 2 \ Chương 2 – Dao động và sóng điện từ
11. Hệ thống các phương trình Maxwell div B0 div B0 div D div E0 B chân không B rot E rot E t t D E rot Hj rot B 00  t t Vật lý 2 \ Chương 2 – Dao động và sóng điện từ
12. Sóng điện từ  Từ các phương trình trên, Maxwell xây dựng được phương trình lan truyền, đây là bằng chứng lý thuyết chứng tỏ sự tồn tại của sóng điện từ 2E E0   00t2  Vận tốc lan truyền được tính theo lý thuyết: 1 v c 3.108 m/s 00 Vật lý 2 \ Chương 2 – Dao động và sóng điện từ
13. Những tính chất cơ bản của SĐT  Có đầy đủ các tính chất của sóng nói chung.  Truyền trong mọi môi trường, truyền tốt nhất trong chân không, các môi trường vật chất sẽ bị cản trở.  Truyền với vận tốc rất lớn, bằng vận tốc ánh sáng.  Gồm hai thành phần: Điện trường và Từ trường Vật lý 2 \ Chương 2 – Dao động và sóng điện từ
14. Sóng điện từ phẳng đơn sắc  Sóng điện từ đơn sắc truyền đi sao cho mặt phẳng dao động không đổi và các tia sóng song song với nhau được gọi là sóng điện từ phẳng đơn sắc. Vật lý 2 \ Chương 2 – Dao động và sóng điện từ
15. Sóng điện từ phẳng đơn sắc  Biểu thức điện trường và từ trường E  E0 cos t EH   00 H H0 cos t  Mật độ năng lượng 11 wEHE   222  22000  Cường độ của sóng điện từ phẳng đơn sắc 12 100 2 1  2 I 0 E 0 v E 0 H 0 2 200 2  Vật lý 2 \ Chương 2 – Dao động và sóng điện từ