Lý thuyết ôn tập về Mạch dao động điện từ và Điện từ trường môn Vật lý 12 năm 2020

LÝ THUYẾT ÔN TẬP VỀ MẠCH DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ VÀ ĐIỆN TỪ TRƯỜNG

a. Sự biến thiên điện tích và dòng điện trong mạch dao động

+ Mạch dao động là một mạch điện gồm 1 cuộn cảm có độ tự cảm L mắc nối tiếp với 1 tụ điện có điện dung C tạo thành một mạch kín.

     Nếu điện trở của mạch rất nhỏ, coi như bằng không, thì đó là 1 mạch dao động lí tưởng. Tụ điện có nhiệm vụ tích điện cho mạch, sau đó nó phóng điện qua lại trong mạch nhiều lần tạo ra một dao động điện xoay chiều trong mạch. Ban đầu, để tụ hoạt động phải tích cho tụ một điện tích Q0.

+ Điện tích trên tụ điện trong mạch dao động:

q = Q0 cos(wt + j).

+ Điện áp giữa hai bản tụ điện:

u = \(\frac{{\rm{q}}}{{\rm{C}}}\)= U0 cos(wt + j) với Uo =\(\frac{{{{\rm{Q}}_{\rm{0}}}}}{{\rm{C}}}\)

  Nhận xét: Điện áp giữa hai bản tụ điện cùng pha với điện tích trên tụ điện.

+ Cường độ dòng điện trong cuộn dây:

i = q' = - wQ0sin(wt + j) =  I0cos(wt + j + ); với  I0 = Q0w.

  Nhận xét: Cường độ dòng điện nhanh pha hơn điện tích trên tụ điện góc  \(\frac{\pi }{{\rm{2}}}\).

+ Hệ thức liên hệ :

\(\begin{array}{l} {\left( {\frac{q}{{{Q_0}}}} \right)^2} + {\left( {\frac{i}{{{I_0}}}} \right)^2} = 1\\ hay\,\,\,{\left( {\frac{{q\omega }}{{{I_0}}}} \right)^2} + {\left( {\frac{i}{{{I_0}}}} \right)^2} = 1\\ hay\,\,\,{\left( {\frac{q}{{{Q_0}}}} \right)^2} + {\left( {\frac{i}{{\omega {Q_0}}}} \right)^2} = 1 \end{array}\)

 + Tần số góc : \(\omega = \frac{1}{{\sqrt {LC} }}\)

Các liên hệ :

\(\begin{array}{l} {{\rm{I}}_0} = {\rm{\omega }}{{\rm{Q}}_{\rm{0}}} = \frac{{{{\rm{Q}}_{\rm{0}}}}}{{\sqrt {{\rm{LC}}} }}\\ {{\rm{U}}_{\rm{0}}} = \frac{{{{\rm{Q}}_{\rm{0}}}}}{{\rm{C}}} = \frac{{{{\rm{I}}_{\rm{0}}}}}{{{\rm{\omega C}}}} = {{\rm{I}}_{\rm{0}}}\sqrt {\frac{{\rm{L}}}{{\rm{C}}}} \end{array}\)

+ Chu kì và tần số riêng của mạch dao động: \(T = 2\pi \sqrt {LC} \) và  \(f = \frac{1}{{2\pi \sqrt {LC} }}\)

+ Liên hệ giữa giá trị biên độ và hiệu dụng: U0 = U\(\sqrt 2 \) ;   I0 = I\(\sqrt 2 \) .

b. Năng lượng điện từ trong mạch dao động

+ Năng lượng điện trường tập trung trong tụ điện:

\(\begin{array}{l} {{\rm{W}}_d} = \frac{1}{2}C{u^2} = \frac{1}{2}qu = \frac{{{q^2}}}{{2C}} = \frac{{Q_0^2}}{{2C}}c{\rm{o}}{{\rm{s}}^2}(\omega t + \varphi )\\ \Rightarrow {{\rm{W}}_d} = \frac{L}{2}\left( {I_0^2 - {i^2}} \right) \end{array}\)

+ Năng lượng từ trường tập trung trong cuộn cảm:

\(\begin{array}{l} {{\rm{W}}_t} = \frac{1}{2}L{i^2} = \frac{{Q_0^2}}{{2C}}{\rm{si}}{{\rm{n}}^2}(\omega t + \varphi )\\ \Rightarrow {{\rm{W}}_t} = \frac{C}{2}\left( {U_0^2 - {u^2}} \right) \end{array}\)

+ Năng lượng điện trường và năng lượng từ trường biến thiên tuần hoàn với tần số góc: w’ = 2w ; f’ = 2f và chu kì T’ = \(\frac{T}{{\rm{2}}}\) .

+ Năng lượng điện từ trong mạch:

\(\begin{array}{l} {\rm{W = }}{{\rm{W}}_d} + {{\rm{W}}_t} = {{\rm{W}}_{dmax}}{\rm{ = }}{{\rm{W}}_{t\max }}\\ \Rightarrow {\rm{W}} = \frac{1}{2}CU_0^2 = \frac{1}{2}{Q_0}{U_0} = \frac{{Q_0^2}}{{2C}} = \frac{1}{2}LI_0^2 \end{array}\)

+ Liên hệ giữa q0, I0 và U0 trong mạch dao động: Q0 = CU0 =\(\frac{{{{\rm{I}}_{\rm{0}}}}}{{\rm{\omega }}}\) = I0 \(\sqrt {LC} \).

Chú ý:

 + Trong một chu kì dao động điện từ, có 4 lần năng lượng điện trường bằng năng lượng từ trường.

 + Khoảng thời gian giữa hai lần bằng nhau liên tiếp của năng lượng điện trường và năng lượng từ trường là \(\frac{{\rm{T}}}{{\rm{4}}}{\rm{.}}\)

 + Mạch dao động có điện trở thuần R # 0 thì dao động sẽ tắt dần. Để duy trì dao động cần cung cấp cho mạch một năng lượng có công suất:

\(P = {I^2}R = \frac{{I_0^2}}{2}R = \frac{{{\omega ^2}{C^2}U_0^2}}{2}R = \frac{{U_0^2C}}{{2L}}R\)

 + Quy ước: q > 0 ứng với bản tụ ta xét tích điện dương thì i > 0 ứng với dòng điện chạy đến bản tụ mà  ta xét.

 + Khi tụ phóng điện thì q và u giảm và ngược lại khi tụ nạp điện thì q và u tăng .

 + Khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp mà điện tích trên một bản tụ điện có độ lớn cực đại là  \({\rm{\Delta t}} = \frac{{\rm{T}}}{{\rm{2}}}\).

 + Khoảng thời gian ngắn nhất Dt để điện tích trên bản tụ này tích điện bằng một nửa giá trị cực đại là T/6 .

* Liên hệ giữa điện trường biến thiên và từ trường biến thiên

+ Nếu tại một nơi có một từ trường biến thiên theo thời gian thì tại nơi đó xuất hiện một điện trường xoáy.   

    Điện trường xoáy là điện trường có các đường sức là đường cong kín.

+ Nếu tại một nơi có điện trường biến thiên theo thời gian thì tại nơi đó xuất hiện một từ trường.

    Đường sức của từ trường luôn khép kín.

* Điện từ trường: Mỗi biến thiên theo thời gian của từ trường sinh ra trong không gian xung quanh một điện trường xoáy biến thiên theo thời gian, ngược lại mỗi biến thiên theo thời gian của điện trường cũng sinh ra một từ trường biến thiên theo thời gian trong không gian xung quanh.

    Điện trường biến thiên và từ trường biến thiên cùng tồn tại trong không gian. Chúng có thể chuyển hóa lẫn nhau trong một trường thống nhất được gọi là điện từ trường.

Trên đây là toàn bộ nội dung Tài liệu Lý thuyết ôn tập về Mạch dao động điện từ và Điện từ trường môn Vật lý 12 năm 2020. Để xem thêm nhiều tài liệu tham khảo hữu ích khác các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập .

Các em quan tâm có thể tham khảo thêm các tài liệu cùng chuyên mục:

• Bài tập trắc nghiệm ôn tập mạch dao động điện từ có đáp án chi tiết năm 2020

• Rèn luyện kỹ năng lập phương trình Dao động điều hòa Vật lý 12

• Bài tập và công thức tính nhanh về Con lắc lò xo, Con lắc đơn trong DĐĐH

Chúc các em học tập tốt !