Năng lượng điện từ là gì? Công thức tính Tần số góc riêng của mạch LC

Bài viết này sẽ giúp các em hiểu được: Mạch dao động là gì? Năng lượng điện từ là gì? Công thức tính chu kỳ, tần số góc riêng của mạch LC.

I. Mạch dao động

– Một cuộn cảm có độ tự cảm L mắc với một tụ điện có điện dung C thành một mạch điện kín gọi là mạch dao động.

– Nếu điện trở của mạch rất nhỏ (coi như = 0) thì mạch này là mạch dao động lí tưởng.

– Muốn cho mạch dao động hoạt động thì ta tích điện cho tụ điện rồi cho nó phóng điện trong mạch. Tụ điện sẽ phóng điện qua lại trong mạch nhiều lần, tạo ra một dòng điện xoay chiều trong mạch.

– Người ta sử dụng điện áp xoay chiều được tạo ra giữa hai bản của tụ điện bằng cách nối hai bản này với mạch ngoài (là các bộ phận khác của các mạch vô tuyến).

hayhochoi

II. Dao động điện từ tự do trong mạch dao động

1. Sự biến thiên điện tích và cường độ dòng điện trong một mạch dao động lí tưởng

• Điện tích q trên tụ điện biến thiên điều hòa theo thời gian:

 q = Q0cos(ωt + φ).

• Cường độ dòng điện i chạy trong mạch dao động biến thiên điều hòa theo thời gian:

 – Phương trình cường độ dòng điện:  i = q’ = -ωQ0sin(ωt + φ)

  ⇒ i = I0cos(ωt + φ + π/2)

 Với 

→ Vậy, điện tích q của một bản tụ điện và cường độ dòng điện i trong mạch dao động biến thiên điều hòa theo thời gian; i sớm pha π/2 so với q.

2. Định nghĩa dao động điện từ tự do

– Sự biến thiên điều hòa theo thời gian của điện tích q của một bản tụ điện và cường độ dòng điện i (hoặc cường độ điện trường  và cảm ứng từ ) trong mạch dao động được gọi là dao động điện từ tự do.

3. Chu kỳ và tân số dao động riêng của mạch dao động (LC).

– Chu kì và tần số của dao động điện từ tự do trong mạch dao động gọi là chu kì và tần số dao động riêng của mạch dao động.

– Chu kỳ dao động riêng của mạch LC: 

– Tần số dao động riêng của mạch LC: 

– Tần số góc riêng của mạch LC: 

III. Năng lượng điện từ

– Tổng năng lượng điện trường trong tụ điện và năng lượng từ trường trong cuộn cảm của mạch dao động gọi là năng lượng điện từ.

IV. Bài tập vận dụng Mạch dao động

* Bài 1 trang 107 SGK Vật Lý 12: Mạch dao động là gì?

* Lời giải:

– Mạch dao động là mạch điện kín gồm một tụ điện C mắc nối tiếp với cuộn cảm L.

* Bài 2 trang 107 SGK Vật Lý 12: Nêu định luật biến thiên của điện tích của một bản tụ điện và cường độ dòng điện trong mạch dao động.

* Lời giải:

– Định luật biến thiên: Điện tích q ở hai bản tụ điện và cường độ dòng điện I trong mạch dao động biến thiên điều hòa với cùng tần số góc, i sớm pha π/2 so với q.

– Biểu thức điện tích: q = q0 cos(ωt + φ).

– Biểu thức cường độ dòng điện trong mạch: i = I0cos(ωt + φ + π/2)

* Bài 3 trang 107 SGK Vật Lý 12: Viết công thức tính chu kì và tần số dao động riêng của mạch dao động.

* Lời giải:

– Chu kỳ dao động riêng của mạch: 

– Tần số dao động riêng của mạch: 

* Bài 4 trang 107 SGK Vật Lý 12: Dao động điện từ tự do là gì?

* Lời giải:

– Dao động điện từ tự do là sự biến thiên điều hòa của điện tích q và cường độ i (hay cường độ điện trường E và cảm ứng từ B) trong mạch dao động.

* Bài 5 trang 107 SGK Vật Lý 12: Năng lượng điện từ là gì?

* Lời giải:

– Năng lượng điện từ bằng tổng năng lượng điện trường trong tụ điện và năng lượng từ trường trong cuộn cảm của mạch dao động. Nếu không có sự tiêu hao năng lượng thì năng lượng điện từ trong mạch sẽ được bảo toàn.

– Năng lượng điện trường trong tụ điện:

 

– Năng lượng từ trường trong cuộn cảm:

 

– Năng lượng điện trường và năng lượng từ trường biến thiên tuần hoàn với tần số góc ω’ = 2ω và chu kì T’ = T/2.

– Năng lượng điện từ trong mạch:

  

 

* Bài 6 trang 107 SGK Vật Lý 12: Sự biến thiên của dòng điện i trong một dao động lệch pha như thế nào so với sự biến thiên của điện tích q của một bản tụ điện?

A. i cùng pha với q.              B. i ngược pha với q.

C. i sớm pha π/2 so với q.          D. i trễ pha π/2 so với q.

* Lời giải:

– Đáp án: C.i sớm pha π/2 so với q.

– Vì điện tích q của một bản tụ điện và cường độ dòng điện i trong mạch dao động biến thiên điều hoà theo thời gian; i sớm pha π/2 so với q.

* Bài 7 trang 107 SGK Vật Lý 12: Nếu tăng số vòng dây của cuộn cảm thì chu kì của dao động điện từ sẽ thay đổi như thế nào?

A. Tăng      B. Giảm      C. Không đổi       D. Không đủ cơ sở để trả lời

* Lời giải:

– Đáp án: A. Tăng

Vì: Ta có , L phụ thuộc vào kích thước của cuộn dây và số vòng của cuộn dây. Nếu số vòng của cuộn dây tăng thì L tăng suy ra T tăng.

* Bài 8 trang 107 SGK Vật Lý 12: Tính chu kì và tần số dao động riêng của một mạch dao động, biết tụ điện trong mạch có điện dung là 120pF và cuộn cảm có độ tự cảm là 3mH.

* Lời giải:

– Chu kì và tần số dao động riêng của mạch dao động:

  

 

Tóm lại, với bài viết về mạch dao động các em đã có thể dễ dàng giải đáp được câu hỏi Năng lượng điện từ là gì? và biết công thức tính Tần số góc riêng của mạch LC. Các em cần ghi nhớ các nội dung chính sau:

• Mạch dao động gồm một tụ điện mắc nối tiếp với một cuộn cảm thành mạch kín.

• Mạch dao động lí tưởng có điện trở bằng không

• Điện tích của một bản tụ điện và cường độ dòng điện trong mạch dao động biến thiên điều hòa theo thời gian.

• Sự biến thiên điều hòa của cường độ điện trường và cảm ứng từ trong mạch dao động gọi là dao động điện từ tự do trong mạch

• Công thức Tôm-xơn về chu kỳ dao động riêng của mạch: 

• Tổng năng lượng điện trường trong tụ điện và năng lượng từ trường trong cuộn cảm của mạch dao động gọi là năng lượng điện từ.

Xem thêm bài viết thuộc chuyên mục: Toán học

Bài viết hay nhất

Trắc nghiệm tiếng anh 11 unit 4: Volunteer work (P1)
Cách Bảo Quản Cùi Bưởi Để Nấu Chè Ăn, Để Bảo Quản Được Lâu Mà Vẫn
Cách Bảo Quản Cùi Bưởi Để Nấu Chè Ăn, Để Bảo Quản Được Lâu Mà Vẫn
Trắc nghiệm lịch sử 11 bài 6: Chiến tranh thế giới thứ nhất (1914 – 1918) (P1)
Giải GDQP- AN 11 bài 3: Bảo vệ chủ quyền lãnh thổ và biên giới quốc gia
Giải GDQP- AN 10 bài 2: Lịch sử, truyền thống của Quân đội và Công an nhân dân Việt Nam
Giải Thích Về Đồ Thị Pha Phối Khí Trên Động Cơ, Cấu Tạo Hệ Thống Phối Khí Trên Động Cơ
Giải Thích Về Đồ Thị Pha Phối Khí Trên Động Cơ, Cấu Tạo Hệ Thống Phối Khí Trên Động Cơ
Cách Nấu Nước Cốt Dừa Đóng Hộp Đảm Bảo Nhất, Cách Dùng Nước Cốt Dừa Đóng Hộp
Cách Nấu Nước Cốt Dừa Đóng Hộp Đảm Bảo Nhất, Cách Dùng Nước Cốt Dừa Đóng Hộp
Trắc nghiệm sinh học 11 bài 8: Quang hợp ở thực vật
Diện Áo Lông Đa Phong Cách Phối Đồ Với Áo Khoác Lông Ngắn, 3 Tips Mặc Áo Khoác Lông Sang Chảnh Như Sao
Diện Áo Lông Đa Phong Cách Phối Đồ Với Áo Khoác Lông Ngắn, 3 Tips Mặc Áo Khoác Lông Sang Chảnh Như Sao
Trắc nghiệm công dân 9 bài 3: Dân chủ và kỉ luật
Top 12 Cách Phối Đồ Với Áo Măng Tô Ngắn, 8 Cách Phối Đồ Với Măng Tô Nam Nữ
Top 12 Cách Phối Đồ Với Áo Măng Tô Ngắn, 8 Cách Phối Đồ Với Măng Tô Nam Nữ
Cách Phối Đồ Đi Đám Cưới Cho Nữ Mùa Đông Đẹp, Cách Chọn Trang Phục Mặc Đi Đám Cưới Mùa Đông
Cách Phối Đồ Đi Đám Cưới Cho Nữ Mùa Đông Đẹp, Cách Chọn Trang Phục Mặc Đi Đám Cưới Mùa Đông
Cách Sử Dụng Nồi Nấu Cháo Chậm Trung Quốc, Nồi Kho Cá Hầm Cháo Chậm Đa Năng Yibao 1,5 Lít
Cách Sử Dụng Nồi Nấu Cháo Chậm Trung Quốc, Nồi Kho Cá Hầm Cháo Chậm Đa Năng Yibao 1,5 Lít
Cách Phối Đồ Với Quần Jean Ống Suông Mùa Đông Cực Đẹp Và Khí Chất
Cách Phối Đồ Với Quần Jean Ống Suông Mùa Đông Cực Đẹp Và Khí Chất
Cách Nấu Chè Trôi Nước Bằng Bột Năng Ngon Độc Đáo, Cách Nấu Chè Trôi Nước Ngon Dẻo Mềm Không Bị Cứng
Cách Nấu Chè Trôi Nước Bằng Bột Năng Ngon Độc Đáo, Cách Nấu Chè Trôi Nước Ngon Dẻo Mềm Không Bị Cứng