BÀI GIẢNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG - CHƯƠNG 8 & 10 DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ doc

Bi giảng Vật lý đại cơng
Tác giả: PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn
Viện Vật lý kỹ thuật
Trờng ĐH Bách khoa H nội
Dao ®éng & Sãng ®iÖn
tõ
(Ch−¬ng 8, 10)
1. Dao động điện từ điều ho: Biến đổi tuần
hon giữa các đại lợng điện v từ
K
2
+
_
-
+
D
max
Mạch không có điện trở
thuần, không bị mất mát năng
lợng
C
q
2
1
W
2
0
max
e
=
2

0
max
m
LI
2
1
W =
W
e
+W
m
=const
constLI
2
1
C
q
2
1
2
2
=+
0
dt
dI
LI
dt
dq
C
q

=+
L
I
max
C
K
1
0
dt
dI
L
C
q
=+
0I
dt
Id
2
0
2
2
=ω+
LC
1
2
0
=ω
LC2
2
T

0
0
π=
ω
π
=
✌ Dao ®éng ®iÖn tõ trong
m¹ch LC lμ dao ®éng ®iÒu
hoμ
tcosII
00
ω
=
I,q
t
tsinqq
00
ω
=
)tcos(II
00
ϕ
+
ω
=
LÊy ®¹o hμmhaivÕ
theo thêi gian
2.Dao ®éng ®iÖn tõ t¾t dÇn
L
C

R
To¶ nhiÖt t¹i R
Biªn ®é dßng (®iÖn tÝch) gi¶m
dÇn -> t¾t h¼n
6.1 f/t Dao ®éng ®iÖn tõ t¾t dÇn
To¶ nhiÖt t¹i R, mÊt n¨ng l−îng
trong dt:
-dW= RI
2
dt
dtRI)LI
2
1
C
q
2
1
(d
22
2
=+−
2
RI
dt
dI
LI
dt
dq
C
q

−=+
RI
dt
dI
L
C
q
−=+
0I
dt
dI
2
dt
Id
2
0
2
2
=ω+β+
L
R
2 =β
LC
1
0
=ω
§iÒu kiÖn ®Ó cã dao ®éng ω
0
> β
)tcos(eII

t
0
ϕ+ω=
β−
22
0
β−ω=ω
2
)
L2
R
(
LC
1
−=
I
t
I
0
e
-βt
-I
0
e
-βt
I
0
cosϕ
I
0

-I
0
T
2
)
L2
R
(
LC
1
22
T
−
π
=
ω
π
=
• I gi¶m dÇn theo hμmmò víi
thêi gian
• §iÒu kiÖn ®Ó cã
dao ®éng ω
0
> β
2
)
L2
R
(
LC

1
>
C
L
2R <
C
L
2R
0
=
• §iÖn trë tíi h¹n
3.Dao ®éng ®iÖn tõ c−ìng bøc:
L
C
R
~
ε
dt.I.dtRI)LI
2
1
C
q
2
1
(d
22
2
ε=++
✍ Trong thêi gian dt mÊt RI
2

dt,
cung cÊp thªm εIdt
ε=ε
0
sinΩt
tsinIRI
dt
dI
LI
dt
dq
C
q
0
2
Ωε=++
tcos
L
I
dt
dI
2
dt
Id
0
2
0
2
2
Ω

Ωε
=ω+β+
I=I
td
+I
cb
sau mét thêi gian I
td
t¾t h¼n, chØ
cßn I
cb
I = I
cb
=I
0
cos(Ωt+Φ)
I
t
22
0
0
)
C
1
L(R
I

+

=

R
C
1
L
tg


=
22
)
C
1
L(RZ

+=
Tổng trở
của mạch
LZ
L

=
C
1
Z
C

=
Cảm kháng Dung kháng
Cộng hởng I
0

đạt cực đại
R
I
0
max0

=
0ch
LC
1
C
1
L ==

=
Tầnsốcỡng bức bằng tần số riêng của
mạch -> Cộng hởng
✌ øng dông: HiÖu suÊt cao nhÊt -> Bï pha
Ω
I
0max
Ω
ch
=ω
0
Ch−¬ng 10: Sãng ®iÖn tõ
1. Sù t¹o thμnh sãng ®iÖn tõ
ThÝ nghiÖm cña HÐc:
~
L

L’
A
B
E
r
H
r
M
☞ Sãng ®iÖn tõ lμ tr−êng ®iÖn tõ biÕn thiªn
truyÒn ®i trong kh«ng gian
2. Ph−¬ng tr×nh M¾c xoen cña sãng ®iÖn tõ
)t,z,y,x(EE
r
r
=
)t,z,y,x(DD
r
r
=
)t,z,y,x(HH
r
r
=
)t,z,y,x(BB
r
r
=
0
=
ρ

0J =
r
t
B
Erot
∂
∂
−=
r
r
t
D
Hrot
∂
∂
=
r
r
0Ddiv =
r
ED
0
r
r
εε=
0Bdiv =
r
HB
0
r

r
μμ=
Ph−¬ng tr×nh sãng
t
H
Erot
0
∂
∂
μμ−=
r
r
Erot
1
t
H
0
r
r
μμ
−=
∂
∂
t
E
Hrot
0
∂
∂
εε=

r
r
2
2
0
t
E
)
t
H
(rot
∂
∂
εε=
∂
∂
r
r
2
2
0
0
t
E
)Erot(rot
1
∂
∂
εε=
μμ

−
r
r
0
t
E
)Erot(rot
2
2
00
=
∂
∂
εμεμ+
r
r
0
t
E
v
1
E
2
2
2
=
∂
∂
+Δ−
r

r
εμεμ
=
00
1
v
0
t
E
v
1
E
2
2
2
=
∂
∂
−Δ
r
r
με
=
C
v
s/m10.3
1
C
8
00

≈
εμ
=
EEEdiv)Erot(rot
2
r
r
r
r
Δ−=∇−∇=
3. Những t/c của sóng điện từ:
Tồn tại cả trong chất, chân không
Sóng ngang: E&H vuông góc với v
Vậntốctrong
chân không
Vậntốctrong
môi trờng chất

=
C
v
s/m10.3
1
C
8
00


=
Sóng điện từ đơn sắc:

Mặt sóng l các mặt
phẳng song song: từ ,
phơng E,H không đổi
E
r
H
r
v
r
y
z
0
E
r
0
H
r
x
E
r
H
r
v
r
Hai véc tơ luôn vuông góc
HE
r
r

v,H,E

r
r
r
theo thứ tự đó hợp thnh tam diện
thuận 3 mặt vuông
H,E
rr
luôn dao động cùng pha v có tỷ lệ
|H||E|
00
r
r
=
)
v
x
t(cosEE
m
=
)
v
x
t(cosHH
m
=
4. Năng lợng sóng điện
từ
2
0
2

0
H
2
1
E
2
1
+=
Sãng ®iÖn tõ lan truyÒn:
HEHE
00
2
0
2
0
μμεε=μμ=εε=ϖ
• N¨ng th«ng cña sãng ®iÖn tõ
v
ϖ
=Φ
εμεμ
=
00
1
v
EH=Φ
HE
r
r
r

×
=
Φ
5. Thang sãng λ
cm
• VÐc t¬ Um«p-Poynting
10
-12
10
-10
10
-8
10
-6
10
-4
10
-2
10 10
2
S
ã
n
g
V
T§
Hå
n
g
n

g
o
¹
i
A
S
n
h
×
n t
h
Êy
Tia

r¬
n
g
h
e
n
Tia
Ga
m
m
a
T
i
a

tö

n
g
o
¹
i
6. áp suất sóng điện từ
E
r
H
r
J
r
Trờng điện từ gây ra dòng
cảm ứng J -> gây ra lực đẩy
áp suất p=(1+k)
p 2
AS mặt trời có năng thông ~10
3
W/m
2
= /c = 10
3
/(3. 10
8
)J/m
3
áp suất AS mặt trời tác dụng lên mặt vật dẫn
phản xạ hontonk=1:
p=2. 10
3

/(3. 10
8
)=0,7.10
-5
N/m
2