Công thức vật lý 12 chương 4: dao động và sóng điện từ, bài 3: sóng điện từ

$\left(\overrightarrow{E};\overrightarrow{v};\overrightarrow{B}\right)$ tạo thành 1 tam diện với $\left(\overrightarrow{i};\overrightarrow{j};\overrightarrow{k}\right)$

v vận tốc truyền sóng

B vecto cảm ứng từ

E vec tơ điện trường

$\left(\overrightarrow{E};\overrightarrow{v};\overrightarrow{B}\right)$ tạo thành 1 tam diện với $\left(\overrightarrow{i};\overrightarrow{j};\overrightarrow{k}\right)$

$C=\frac{C_{max}-C_{min}}{{\alpha }_{max}-{\alpha }_{min}}.\alpha$

$C_{max}$ điện dung của tụ điện ứng với góc quay max

$C_{min}$ điện dung của tụ điện ứng với góc quay min

$\lambda =cT=\frac{c}{f}=2\pi c\sqrt{LC}$

Chú thích:

$\lambda$: bước sóng điện từ $\left(m\right)$

$c=3.{10}^{8}m/s$

$T$: chu kì của dao động điện từ $\left(s\right)$

$f$: tần số của dao động điện từ $\left(Hz\right)$

$L$: độ tự cảm $\left(H\right)$

$C$: điện dung của tụ điện $\left(F\right)$

Gồm 5 bộ phần: Micro - phát cao tần - biến điệu -khuếch đại - anten phát

Máy phát thanh vô tuyến đơn giản:

1. Micro: Biến dao động âm thành dao động điện từ có cùng tần số.

2. Mạch phát sóng điện từ cao tần: Tạo ra sóng mang có tần số cao (từ $500kHz$ đến $900MHz)$.

3. Mạch biến điệu: "Trộn" sóng âm tần với sóng mang (biến điệu).

4. Mạch khuếch đại: Làm cho sóng mang có năng lượng (biên độ) lớn hơn để nó có thể truyền đi xa.

5. Anten phát: Bức xạ sóng điện từ cùng tần số máy phát sẽ phát ra ngoài không gian.

Gồm 5 bộ phận: anten thu - khuếch đại cao tần- tách sóng- khuếch đại âm tần - loa

Máy thu thanh vô tuyến đơn giản:

1. Anten thu: Có thể thu được tất cả sóng điện từ truyền tới nó.

2. Mạch khuếch đại dao động điện từ cao tần: Làm cho sóng điện từ cao tần thu được có năng lượng (biên độ) lớn hơn.

3. Mạch tách sóng: Tách sóng âm tần ra khỏi sóng mang.

4. Mạch khuếch đại dao động điện từ âm tần: Làm cho dao động âm tần vừa tách ra có năng lượng (biên độ) lớn hơn.

5. Loa: Biến dao động điện âm tần thành âm thanh (tái tạo âm thanh).

$c\approx 3.{10}^{8}m/s$

Khái niệm: Sóng điện từ là điện từ trường lan truyền trong không gian.

Đặc điểm:

- Sóng điện từ lan truyền được trong chân không với vận tốc bằng vận tốc ánh sáng $(c\approx 3.{10}^{8}m/s)$.

- Sóng điện từ cũng lan truyền được trong các điện môi với tố độ nhỏ hơn trong chân không và phụ thuộc vào hằng số điện môi $\epsilon$.

- Sóng điện từ là sóng ngang.

- Trong quá trình lan truyền, $\overrightarrow{E}$ và $\overrightarrow{B}$ luôn vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng.

- Tại mỗi điểm dao động, điện trường và từ trường luôn cùng pha với nhau.

- Khi sóng điện từ gặp mặt phân cách giữa hai môi trường thì nó cũng bị phản xạ và khúc xạ như ánh sáng. Ngoài ra cũng có hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ,... sóng điện từ.

- Sóng điện từ mang năng lượng. Khi sóng điện từ truyền đến một anten sẽ làm cho các electron tự do trong anten dao động.

Nguồn phát sóng điện từ:

Tia lửa điện

Cầu dao đóng, ngắt mạch điện

Trời sấm sét

sóng cực ngắn :1- 10m

sóng ngắn: 10-100m

sóng trung:100-1000m

sóng dài trên 1000m

Khái niệm:

- Sóng vô tuyến là các sóng điện từ dùng trong vô tuyến, có bước sóng từ vài $m$ đến vài $km$.

- Tầng điện li là lớp khí quyển bị ion hóa mạnh bởi ánh sáng Mặt Trời và nằm trong khoảng độ cao từ 80km đến 800km, có ảnh hưởng rất lớn đến sự truyền sóng vô tuyến điện.

- Các phân tử không khí trong khí quyển hấp thụ rất mạnh các sóng dài, sóng trung và sóng cực ngắn nhưng ít hấp thụ các vùng sóng ngắn. Các sóng ngắn phản xạ tốt trên tầng điện li và mặt đất.

Các loại sóng vô tuyến:

- Sóng cực ngắn: Có bước sóng từ $1-10m$, có năng lượng rất lớn, không bị tầng điện li hấp thụ và phản xạ, xuyên qua tầng điện li vào vũ trụ. Được ứng dụng trong thông tin vũ trụ.

- Sóng ngắn: Có bước sóng từ $10-100m$, có năng lượng lớn, bị phản xạ mạnh nhiều lần giữa tầng điện li và mặt đất, vì vậy có thể truyền tới mọi nơi trên mặt đất. Được ứng dụng trong thông tin liên lạc trên mặt đất. 

- Sóng trung: Có bước sóng từ $100-1000m$, ban ngày bị tầng điện li hấp thụ mạnh nên không truyền đi xa được. Tuy nhiên ban đêm bị tầng điện li phản xạ mạnh nên truyền đi xa được. Được ứng dụng trong thông tin liên lạc vào ban đêm.

- Sóng dài: Có bước sóng lớn hơn $1000m$, có năng lượng thấp, bị các vật trên mặt đất hấp thụ mạnh nhưng ít bị nước hấp thụ. Được ứng dụng trong thông tin liên lạc dưới nước.

$t=\frac{S}{c}$

t thời gian thu và phát sóng

S quãng đường sóng đi được

c vận tốc ánh sáng

$$\begin{gathered} C=\frac{1}{4{\pi }^2{c}^{2}L}.{\lambda }^2 \\ L=\frac{1}{4{\pi }^2{c}^{2}C}.{\lambda }^2 \end{gathered}$$

C điện dung tụ 

L độ tự cảm

c vận tốc ánh sáng 

$\lambda$ bước sóng điện từ

$f=\frac{c}{\lambda }=\frac{1}{2\pi \sqrt{LC}}$

f tần số sòng điện từ

$\lambda$ bước sóng điện từ

L độ tự cảm

C điện dung của tụ