Bài giảng Vật lý đại cương 2 - Chương 8 đến 10: Dao động và sóng điện từ - Đỗ Ngọc Uấn

Nội dung text: Bài giảng Vật lý đại cương 2 - Chương 8 đến 10: Dao động và sóng điện từ - Đỗ Ngọc Uấn

1. Bμi giảng Vật lý đại c−ơng Tác giả: PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn Viện Vật lý kỹ thuật Tr−ờng ĐH Bách khoa Hμ nội
2. Dao động & Sóng điện từ (Ch−ơng 8, 10)
3. 1. Dao động điện từ điều hoμ: Biến đổi tuần hoμn giữa các đại l−ợng điện vμ từ Imax K + 2 L - Dmax _ + C 2 1 max 1 q 0 max 2 K W = Wm = LI0 1 e 2 C 2 Mạch không có điện trở W +W =const thuần, không bị mất mát năng e m l−ợng q dq dI + LI = 0 1 q 2 1 + LI2 = const C dt dt 2 C 2
4. q dI +L =0 Lấy đạo hếμ iv a mh C dt theo thời gian 2 d I 2 2 1 + ωI 0 = ω0 = dt 2 0 LC 2π Dao động điện từ trong T = =2 π LC mạch LC lμ dao động điều 0 ω0 hoμ I I= cos(ω + ϕ t ) I,q 0 0 I I= 0 cosω0 t q q= 0 sinω 0 t t
5. 2.Dao động điện từ tắt dần Toả nhiệt tại R R Biên độ dòng (điện tích) giảm dần -> tắt hẳn 6.1 f/t Dao động điện từ tắt dần C L Toả nhiệt tại R, mất năng l−ợng trong dt: q dI -dW= RI2dt + L = −RI C dt 2 2 1 q 1 2 2 d I dI − d( + LI ) = RI dt + 2β + ω2I = 0 2 C 2 dt 2 dt 0 q dq dI 2 R 1 + LI = −RI 2β = ω0 = C dt dt L LC
6. Điều kiện để có dao động ω0 > β ω = ω2 − 2 β I I e= − βt cos(ω + t ϕ ) 0 0 1 R I = −( )2 I LC 2 L 0 -βt I cosϕ I0e 2π 2π 0 T = = ω 1 R t − ( )2 -βt LC 2 L -I0e -I0 T • I giảm dần theo hiμ ớũ vmm thời gian 1 R L > ( )2R β L R= 2 • iệnĐ trở tới hạn 0 C
7. 3.Dao động điện từ c−ỡng bức: ε=ε0sinΩt R  Trong thời gian dt mất RI2dt, cung cấp thêm εIdt C 1 q 2 1 L d( + LI2 ) + RI 2dt = ε.I.dt ε 2 C 2 q dq dI ~ + LI + RI 2 = Iε sin Ωt C dt dt 0 d 2 I dI ε Ω + 2β + ω2I = 0 cos Ωt dt 2 dt 0 L I=Itd+Icb sau một thời gian Itd tắt hẳn, chỉ còn Icb I = Icb=I0cos(Ωt+Φ)
8. ε I I = 0 0 1 R(L+2 Ω − )2 t ΩC 1 Tổng trở ΩL − 2 1 2 ZR(L= + Ω −) của mạch tgΦ = ΩC ΩC R 1 ZL= Ω Cảm kháng Z = Dung kháng L C ΩC Cộng h−ởng I đạt cực đại ε 0 I = 0 1 1 0 max ΩL → = Ω = = ω R ΩC ch LC 0 ốc ns ầ− Tỡng bức bằng tần ốs riêng của mạch -> Cộng h−ởng
9. ứng dụng: Hiệu suất cao nhất -> Bù pha I0max Ωch=ω0 Ω
10. Ch−ơng 10: Sóng điện từ 1. Sự tạo thμnh sóng điện từ Thí nghiệm của Héc: r A E ~ L M L’ B r H Sóng điện từ lμ tr−ờng điện từ biến thiên truyền đi trong không gian
11. 2. Ph−ơng trình ắc xoenM của sóng điện từ r r r r E E(x,y,z,t)= H H(x,y,z,t)= ρ = 0 r r r r r D D(x,y,z,t)= B B(x,y,z,t)= J= 0 r r r ∂B r ∂D rot= E − rot= H ∂t ∂t r r r r r r div B= BH= 0 μ0 μ DE= ε0 div ε D= 0 r Ph−ơng trình óngs r ∂E r rot= H ε0 ε r ∂H ∂t rot= −E μ μ r 2 r r 0 ∂t ∂H ∂ E ∂H 1 r rot (=) ε0 ε 2 = − rot E ∂t ∂t ∂t μ0 μ
12. r 1 r ∂ 2 E −rot ( rot= ε E ) ε μ μ 0 ∂t 2 0 r r ∂ 2 E rot (+ rot μ E με ) ε= 0 0 0 ∂t 2 r 2 r r 1 ∂ 2 E r 1 ∂ E − ΔE + = 0 ΔE − = 0 v 2 ∂t 2 v 2 ∂t 2 1 C v = v = με μ0 με 0 ε 1 C = 3 .≈ 108 m / s μ ε r r r r rot (0 0 rot= E ∇ ) − div ∇2 E = − E Δ E
13. 3. Những t/c của sóng điện từ: • Tồn tại cả trong chất, chân không • Sóng ngang: E&H vuông góc với v •Vậntốctrong •Vậntốctrong môi tr−ờng chất chân không C 1 v = C = 3 .≈ 108 m / s με μ0 ε 0 y Sóng điện từ đơn sắc: r Mặt sóng lμ các mặt r E E0 r phẳng song song: từ ∞, v r r x ph−ơng E,H không đổi H H z 0
14. r r Hai véc tơ uônl vuông góc EH⊥ r r E , Hr ,theo v thứ tự đó hợp thμnh tam diện r r thuận 3 mặt uôngv E,Hluôn dao động cùng pha vμ có tỷ lệ r r r vr ε ε|0 E | =0 μ | μ H | E x r E= E cos ω − () t H m v x H= H cos ω −) ( t m v 4. Năng l−ợng sóng điện từ 1 1 ϖ = ε εE2 +H μ2 μ 2 0 2 0
15. Sóng điện từ lan truyền:
16. 2 10 10 Sóng VTĐ 1 0 -2 0 0 r 10 ng ngoại ì Hồ -4 μ με ε = r 10 0 v AS nhìn thấy EH -6 = Tia tử ngoại 10 r Φ -8 2 10 Tia rơnghen -10 10 0 -12 10 Tia Gamma v 2 λ EH ϖ 0 EHEH Φ = Φ = cm • Năng thông của óngs điện từ • Véc tơ Umôp-Poynting 5 . Thang óngs ϖ=εε =μμ =εε μμ
17. 6. áp suất sóng điện từ Tr−ờng điện từ gây ra dòng cảm ứng J -> gây ra lực đẩy r E r J áp suất p=(1+k) ϖ r H ϖ≤p ≤ 2ϖ AS mặt trời có năng thông Φ ~103W/m2 ϖ = Φ/c = 103/(3. 108)J/m3 áp suất AS mặt trời tác dụng lên mặt vật dẫn phản xạ hoμntoμnk=1: p=2. 103/(3. 108)=0,7.10-5 N/m2