Truyền thông tin bằng sóng vô tuyến

Cập nhật lúc: 11:24 07-07-2015 Mục tin: Vật lý lớp 12


Sự truyền thông tin bằng sóng điện từ, phân biệt sóng dài, sóng trung, sóng ngắn, sóng cực ngắn giúp các bạn hiểu sâu hơn về sóng điện từ.

TRUYỀN THÔNG TIN BẰNG SÓNG VÔ TUYẾN

I. Kiến thức cơ bản

1. Điện từ trường

Mỗi biến thiên theo thời gian của từ trường đều sinh ra trong không gian xung quanh một điện trường xoáy biến thiên theo thời gian, và 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 từ trường gồm hai mặt, đó là điện trường và từ trường. Sẽ không bao giời có một điện trường hay một từ trường tồn tại duy nhất, chúng luôn tồn tại song song nhau.

      - Khi nhắc tới điện trường hay từ trường tức là chúng ta đang nhắc tới một mặt của điện từ trường.

2. Sóng điện từ

a) Định nghĩa

  Sóng điện từ là quá trình lan truyền điện từ trường trong không gian                                                        

b) Đặc điểm của sóng điện từ                  

                                                                        

      - Lan truyền với vận tốc 3.108 m/s trong chân không

      - Sóng điện từ là sóng ngang, trong quá trình lan truyền điện trường và từ trường làn truyền cùng pha và có phương vuông góc với nhau

      - Sóng điện từ có thể lan truyền được trong chân không, đây là sự khác biệt giữa sóng điện từ và sóng cơ

c) Tính chất sóng điện từ

      - Trong quá trình lan truyền nó mang theo năng lượng

      - Tuân theo các quy luật truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ.

      - Tuân theo các quy luật giao thoa, nhiễu xạ

      - Nguồn phát sóng điện từ (chấn tử) có thể là bất kỳ vật nào phát ra điện trường hoặc từ trường biến thiên như: tia lửa điện, cầu dao đóng ngắt mạch điện…

d) Công thức xác định bước sóng của sóng điện từ:    \(\lambda =c.T=\frac{c}{f}\)

     Trong đó: \(\lambda\) gọi là bước sóng sóng điện từ; c = 3.108 m/s; T là chu kỳ của sóng.

3. Truyền thông bằng sóng vô tuyến

a) Các khoảng sóng vô tuyến

b) Sơ đồ máy thu - phát sóng vô tuyến

Trong đó:

c) Truyền thông bằng sóng điện từ.

    Nguyên tắc thu phát fmáy = fsóng

                          fmáy = \(\frac{1}{2\pi \sqrt{LC}}\) = fsóng = \(\frac{c}{\lambda }\) \(\Rightarrow\) Bước sóng máy thu được: \(\lambda =c.2\pi \sqrt{LC}\).

4. Một số bài toán thường gặp.

    Loại 1: Xác định bước sóng máy có thể thu được:

    Đề 1: Mạch LC của máy thu có L = L1; C = C1, cho c = 3.108m/s.

Xác định bước sóng mà máy có thể thu được: \(\lambda =c.2\pi \sqrt{LC}\)

    Đề 2: Mạch LC của máy thu có tụ điện có thể thay đổi được từ C1 đến C2 (C1 < C2) và độ tự cảm L. Hãy xác định khoảng sóng mà máy có thể thu được:

    Đề 3: Mạch LC của máy thu có C có thể điều chỉnh từ [C1 à C2]; L điều chỉnh được từ [L1 àL2]. Xác định khoảng sóng mà máy có thể thu được \(\left\{\begin{matrix}\lambda =\begin{bmatrix} \lambda _{1}\rightarrow \lambda _{2} \end{bmatrix} \\ \lambda _{1}=c.2\pi \sqrt{L_{1}.C_{1}} \\ \lambda _{2}=c.2\pi \sqrt{L_{2}.C_{2}} \end{matrix}\right.\)

    Đề 4: 

\(L\rightarrow \left\{\begin{matrix}C_{1}\rightarrow \lambda _{1} \\ C_{2}\rightarrow \lambda _{2} \end{matrix}\right.\)   \(\Rightarrow\)  \(\left\{\begin{matrix} C_{1}ntC_{2}\Rightarrow \lambda =\frac{\lambda _{1}+\lambda _{2}}{\sqrt{{\lambda _{1}}^{2}+{\lambda _{2}}^{2}}} \\ C_{1}//C_{2}\Rightarrow \lambda =\sqrt{{\lambda _{1}}^{2}+{\lambda _{2}}^{2}} \end{matrix}\right.\)          

\(L\rightarrow \left\{\begin{matrix}C_{1}\rightarrow f_{1} \\ C_{2}\rightarrow f_{2} \end{matrix}\right.\)    \(\Rightarrow\)   \(\left\{\begin{matrix}C_{1}ntC_{2}\Rightarrow {f}^{2}={f_{1}}^{2}+{f_{2}}^{2} \\ C_{1}//C_{2}\Rightarrow f=\frac{f_{1}.f_{2}}{\sqrt{{f_{1}}^{2}+{f_{2}}^{2}}} \end{matrix}\right.\)

II. Bài tập ví dụ

Ví dụ 1: Mạch dao động của một máy thu vô tuyến gồm cuộn cảm L=1µH và tụ điện biến đổi C dùng để thu sóng vô tuyến có bước sóng từ 13(m) đến 17(m). Hỏi điện dung C của tụ điện biến thiên trong khoảng nào?

Hướng dẫn giải:

Từ công thức tính bước sóng :  \(\lambda =2\pi v\sqrt{LC}\rightarrow C=\frac{\lambda ^{2}}{4\pi ^{2}v^{2}L}\)

Ta có: 

\(C_{min}=\frac{\lambda ^{2}_{min}}{4\pi ^{2}v^{2}L}=\frac{13^{2}}{4\pi ^{2}.(3.10^{8})^{2}.10^{-6}}=47.10^{-12}(F)\)

\(C_{max}=\frac{\lambda ^{2}_{max}}{4\pi ^{2}v^{2}L}=\frac{75^{2}}{4\pi ^{2}.(3.10^{8})^{2}.10^{-6}}=1563.10^{-12}(F)\)

Vậy điện dung biến thiên từ 47(pF) đến 1563(pF).

Ví dụ 2: Mạch dao động để chọn sóng của một máy thu thanh gồm cuộn dây có độ tự cảm L=11,3µH và tụ điện có điện dung C=1000(pF).

a. Mạch điện nói trên có thê thu được bước sóng \(\lambda _{0}\) bằng bao nhiêu?

b. Để thu được dải sóng từ 20(m) đến 50(m) người ta phải ghép thêm 1 tụ xoay \(C_{X}\)

với tụ C nói trên. Hỏi phải ghép như thế nào và giá trị của \(C_{X}\) thuộc khoảng nào?

c. Để thu được sóng 25(m) \(C_{X}\) phải có giá trị bao nhiêu? Các bản tụ di động phải xoay một góc bằng bao nhiêu kể từ vị trí điện dung cực đại để thu được bước sóng trên, biết các bản tụ di động có thể xoay từ \(0^{0}\) đến \(180^{0}\)  ?

 Hướng dẫn giải

a. Bước sóng thu được: \(\lambda_{0} =2\pi v\sqrt{LC}=2\pi .3.10^{8}.\sqrt{11,3.10^{-6}.1000.10^{-12}}=200(m)\)

b. Dải sóng thu được có bước sóng nhỏ hơn bước sóng \(\lambda _{0}\) nên điện dung của bộ tụ phải nhỏ hơn C do đó phải ghép \(C_{X}\) nối tiếp với C

ta có:   \(\frac{1}{C_{b}}=\frac{1}{C}+\frac{1}{C_{X}}\Rightarrow \lambda =2\pi v\sqrt{LC_{b}}=2\pi v\sqrt{L\left ( \frac{1}{C}+\frac{1}{C_{X}} \right )}\)                     

từ giả thiết      \(20\leq \lambda \leq 50\Leftrightarrow 20\leq 2\pi v\sqrt{LC_{b}}\leq 50\)

                                               \(\Leftrightarrow 9,96.10^{-12}(F)\leq C_{b}\leq 62,3.10^{-12}(F)\)

 \(C_{b}=9,96.10^{-12}(F)\rightarrow \frac{1}{C_{X}}=\frac{1}{C_{b}}-\frac{1}{C}=9,94.10^{10}\Leftrightarrow C_{X}=10^{-12}(F)\)

 \(C_{b}=62,3.10^{-12}(F)\rightarrow \frac{1}{C_{X}}=\frac{1}{C_{b}}-\frac{1}{C}=1,5.10^{10}\Leftrightarrow C_{X}=66,4^{-12}(F)\)

 Vậy \(10(pF)\leq C_{b}\leq 66,4(pF)\)

  c. Để thu được bước sóng  \(\lambda =25(m)\Rightarrow C_{b}=15,56(pF)\Rightarrow C_{X}=\frac{C.C_{b}}{C-C_{b}}\)

 theo giả thiết \(C_{X}\) tỉ lệ với góc quay theo dạng hàm bậc nhất y = k.x + b nên

\(k=\frac{(C_{X})_{max}-(C_{X})_{min}}{\alpha _{2}-\alpha _{1}}=\frac{66,4-10}{180}\approx 0,313\) Tại thời điểm có \(C_{X}\) = 15,8(pF)

\(C_{X}=(C_{X})_{min}+k\alpha \Rightarrow \alpha =\frac{C_{X}-(C_{X})_{min}}{k}=\frac{15,8-10}{0,313}=18,5^{0}\) Do góc quay của bản tụ di động xoay từ giá trị cực đại của điện dung( ứng với góc \(180^{0}\)) nên góc xoay khi điện dung của tụ xoay có giá trị 15,8(pF) là \(180^{0}-18,5^{0}=161,5^{0}\).

Ví dụ 3: Khi mắc tụ điện có điện dung C1với cuộn cảm L thì mạch thu sóng thu được sóng có bước sóng λ1 = 60m; khi mắc tụ điện có điện dung C2 với cuộn cảm L thì mạch thu được sóng có bước sóng λ2 = 80m. Khi mắc C1 nối tiếp C2 và nối tiếp với cuộn cảm L thì mạch thu được bước sóng là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải:

Ta có: \(\lambda =c.2\pi .\sqrt{LC}=c.2\pi.\sqrt{L(C_{1}+C_{2})} \Rightarrow\sqrt{\lambda{_{1}}^{2} +{\lambda _{2}}^{2}} =\sqrt{60^{2}+80^{2}}\) \(=100(m)\)

 Ví dụ 4:Một tụ xoay có điện dung biến thiên tỉ lệ thuận với góc quay từ giá trị 10(pF) đến 460(pF). Khi góc quay của bản tụ tăng dần từ \(0^{0}\) đến \(180^{0}\) . Tụ điện được mắc với cuộn dây có độ tự cảm L=2,5(µH) để tạo thành mạch dao động ở lối vào của máy thu vô tuyến( mạch chọn sóng).

a. Xác định khoảng cách bước sóng của dải sóng thu được với mạch trên

b. Để mạch bắt được sóng có bước sóng 37,7(m) thì phải đặt tụ xoay ở vị trí nào

Hướng dẫn giải:

a. Bước sóng mạch thu được \(\lambda_{0} =2\pi v\sqrt{LC}\)

Theo giả thiết \(\left\{\begin{matrix}L=2,5(\mu H) \\ 10(pF)\leq C\leq 460(pF) \end{matrix}\right.\Rightarrow 9,42(m)\leq \lambda \leq 63,9(m)\)

b. gọi \(\lambda _{\alpha }\) là giá trị bước sóng khi tụ ở góc xoay có giá trị α.

Khi \(\lambda _{\alpha }\) = 37,7(m) ta có \(\frac{C_{\alpha }}{C_{0}}=\left ( \frac{\lambda _{\alpha }}{\lambda _{0}} \right )^{2}=16\Rightarrow C_{\alpha }=160(pF)\)

Điện dung của tụ điện là hàm bậc nhất của góc xoay nên có hệ số góc \(k=\frac{C_{2}-C_{0}}{\alpha _{2}-\alpha _{0}}=\frac{460-10}{180-0}=2,5\)

 Mà theo phương trình của hàm bậc nhất ta được

 \(C_{\alpha }=k\alpha +C_{0}\Rightarrow \alpha =\frac{C_{\alpha }-C_{0} }{k}=\frac{160-10}{2,5}=60^{0}\)

Vậy phải đặt tụ xoay ở vị trí có góc quay  \(\alpha =60^{0}\) .

Ví dụ 5: Mạch chọn sóng của một máy thu vô tuyến điện gồm một cuộn dây có độ tự cảm L và một bộ tụ điện gồm tụ điện chuyển động \(C_{0}\) mắc song song với tụ xoay \(C_{X}\). Tụ xoay có điện dung biến thiên từ \(C_{1}=10(pF)\) đến \(C_{2}=250(pF)\). Khi góc xoay biến thiên từ \(0^{0}\) đến \(120^{0}\) . Nhờ  vậy, mạch thu được sóng điện từ có bước sóng dài từ \(\lambda _{1}=10(m)\) đến \(\lambda _{2}=30(m)\). Cho biết điện dung của tụ điện là hàm bậc nhất của góc xoay.

a. Tính L và \(C_{0}\)

b. Để mạch thu được bước sóng có bước sóng \(\lambda =20(m)\) thì góc xoay của tụ bản bằng bao nhiêu?

Hướng dẫn giải:

a. Tụ  mắc song song với tụ xoay  nên điện dung của bộ tụ là \(C_{b}=C_{0}+C_{X}\)

ta có \(\left\{\begin{matrix}\lambda _{1}=2\pi v\sqrt{LC_{b1}}=2\pi v\sqrt{L(C_{0}+C_{X1})} \\ \lambda _{2}=2\pi v\sqrt{LC_{b2}}=2\pi v\sqrt{L(C_{0}+C_{X2})} \end{matrix}\right.\) \(\Rightarrow \left ( \frac{\lambda _{2}}{\lambda _{1}} \right )^{2}=\frac{C_{0}+C_{X2}}{C_{0}+C_{X1}}=\frac{C_{0}+250}{C_{0}+10}=9\)

                                                               \(\Rightarrow C_{0}=20(pF)\)

 b. Gọi \(\lambda _{\alpha }\) là giá trị bước sóng khi tụ ở góc xoay có giá trị \(\alpha\)

Khi \(\lambda _{\alpha }=20(m)\) ta có \(\frac{C_{\alpha }}{C_{1}}=\left ( \frac{\lambda _{\alpha }}{\lambda _{1}} \right )^{2}=16\Rightarrow C_{\alpha }=160(pF)\)

Điện dung của tụ điện là hàm bậc nhất của góc xoay nên có hệ số góc \(k=\frac{C_{2}-C_{0}}{\alpha _{2}-\alpha _{0}}=\frac{250-10}{120-0}=2\)

 Theo phương trình hàm bậc nhất ta được \(C_{\alpha }=k\alpha +C_{0}\rightarrow \alpha =\frac{C_{\alpha }-C_{0}}{k}=\frac{160-10}{2}=75^{0}\)

Vậy phải đặt tụ xoay ở vị trí có góc quay là  \(75^{0}\).

3. Một số câu hỏi trong đề thi Đại học gần đây

Câu 1:(ĐH 2009) Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về sóng điện từ?

    A. Sóng điện từ là sóng ngang.

    B. Khi sóng điện từ lan truyền, vectơ cường độ điện trường luôn vuông góc với vectơ cảm ứng từ.

    C. Khi sóng điện từ lan truyền, vectơ cường độ điện trường luôn cùng phương với vectơ cảm ứng từ.

    D. Sóng điện từ lan truyền được trong chân không.

Câu 2:(ĐH 2010) Trong thông tin liên lạc bằng sóng vô tuyến, người ta sử dụng cách biến điệu biên độ, tức là làm cho biên độ của sóng điện từ cao tần (gọi là sóng mang) biến thiên theo thời gian với tần số bằng tần số của dao động âm tần. Cho tần số sóng mang là 800 kHz. Khi dao động âm tần có tần số 1000 Hz thực hiện một dao động toàn phần thì dao động cao tần thực hiện được số dao động toàn phần là

    A. 800.                       B. 1000.                   C. 625.                      D. 1600.

Câu 3:(ĐH 2010) Mạch dao động dùng để chọn sóng của một máy thu vô tuyến điện gồm tụ điện có điện dung C0 và cuộn cảm thuần có độ tự cảm L. Máy này thu được sóng điện từ có bước sóng 20 m. Để thu được sóng điện từ có bước sóng 60 m, phải mắc song song với tụ điện C0 của mạch dao động một tụ điện có điện dung

    A. C = C0.                   B. C = 2C0.              C. C = 8C0.               D. C = 4C0.

Câu 4(ĐH 2012) Một mạch dao động gồm một cuộn cảm thuần có độ tự cảm xác định và môt tụ điện là tụ xoay, có điện dung thay đổi được theo quy luật hàm số bậc nhất của góc quay  của bản linh động. khi \(\alpha = 0^{0}\), tần số dao động riêng của mạch là 3MHz. khi \(\alpha =120^{0}\) tần số dao động riêng của mạch là 1,5 MHz. Để mạch này có tần số dao động riêng bằng 1,5 MHz thì  bằng?

A. \(30^{0}\)                             B. \(45^{0}\)                        C. \(60^{0}\)                         D. \(90^{0}\)

Tất cả nội dung bài viết. Các em hãy xem thêm và tải file chi tiết dưới đây:

Luyện Bài tập trắc nghiệm môn Vật lý lớp 12 - Xem ngay

>> Luyện thi TN THPT & ĐH năm 2023 trên trang trực tuyến Tuyensinh247.com. Học mọi lúc, mọi nơi với Thầy Cô giáo giỏi, đầy đủ các khoá: Nền tảng lớp 12; Luyện thi chuyên sâu; Luyện đề đủ dạng; Tổng ôn chọn lọc.

chuyên đề được quan tâm

Cập nhật thông tin mới nhất của kỳ thi tốt nghiệp THPT Quốc Gia 2021