3. Sóng điện từ - Liên lạc bằng thông tin vô tuyến – Mạch chọn sóng với bộ tụ điện có các tụ điện ghép.

* Kiến thức liên quan:

Sóng điện từ là quá trình lan truyền trong không gian của điện từ trường biến thiên theo thời gian.

Sóng điện từ là sóng ngang, lan truyền trong chân không với vận tốc bằng vận tốc ánh sáng (c = 3.108 m/s).

Các loại sóng vô tuyến:

Trong thông tin liên lạc bằng vô tuyến để phát sóng điện từ đi xa người ta phải "trộn" sóng âm tần hoặc thị tần với sóng cao tần (gọi là biến điệu sóng điện từ). Có thể biến điệu biên độ, tần số hoặc pha của dao động cao tần: làm cho biên độ, tần số hoặc pha của dao động cao tần biến thiên theo tần số của dao động âm tần hoặc thị tần.

Bộ tụ mắc nối tiếp : + . Bộ tụ mắc song song: C = C₁ + C₂ + …+ C_n.

* Bài tập minh họa:

1. 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 (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,  tần số của dao động âm tần là 1000 Hz. Xác định số dao động toàn phần của dao động cao tần khi dao động âm tần thực hiên được một dao động toàn phần.

2. Một mạch thu sóng điện từ gồm cuộn dây thuần cảm có hệ số tự cảm không đổi và tụ điện có điện dung biến đổi. Để thu được sóng có bước sóng 90 m, người ta phải điều chỉnh điện dung của tụ là 300 pF. Để thu được sóng 91 m thì phải điều chỉnh điện dung của tụ điện đến giá trị nào?

3. Mạch 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, thu được sóng điện từ có bước sóng 20 m. Để thu được sóng điện từ có bước sóng 60 m thì phải mắc với C₀ một tụ điện có điện dung C_X. Hỏi phải mắc C_X thế nào với C₀? Tính C_X theo C₀.

4. Mạch chọn sóng của một máy thu vô tuyến là một mạch dao động có một cuộn thuần cảm mà độ tự cảm có thể thay đổi trong khoảng từ 10 mH đến 160 mH và một tụ điện mà điện dung có thể thay đổi 40 pF đến      250 pF. Tính băng sóng vô tuyến (theo bước sóng) mà máy này bắt được.

5. Mạch chọn sóng của một máy thu vô tuyến là một mạch dao động có một cuộn thuần cảm có độ tự cảm    10 mH và một tụ điện có điện dung biến thiên trong một giới hạn nhất định. Máy này thu được băng sóng vô tuyến có bước sóng nằm trong khoảng từ 10 m đến 50 m. Hỏi khi thay cuộn thuần cảm trên bằng cuộn thuần cảm khác có độ tự cảm 90 mH thì máy này thu được băng sóng vô tuyến có bước sóng nằm trong khoảng nào?

6. Một mạch dao động được cấu tạo từ một cuộn thuần cảm L và hai tụ điện C₁ và C₂. Khi dùng L với C₁ thì mạch dao động bắt được sóng điện từ có bước sóng l₁ = 75 m. Khi dùng L với C₂ thì  mạch dao động bắt được sóng điện từ có bước sóng l₂ = 100 m. Tính bước sóng điện từ mà mạch dao động bắt được khi:

    a) Dùng L với C₁ và C₂ mắc nối tiếp.

    b) Dùng L với C₁ và C₂ mắc song song.

7. Một mạch dao động LC lí tưởng gồm cuộn cảm thuần có độ tự cảm không đổi. Khi mắc cuộn cảm với tụ điện có điện dung C₁ thì tần số dao động riêng của mạch là 7,5 MHz và khi mắc cuộn cảm với tụ điện có điện dung C₂ thì tần số dao động riêng của mạch là 10 MHz. Tính tần số dao động riêng của mạch khi mắc cuộn cảm với:

    a) Hai tụ C₁ và C₂ mắc nối tiếp.

    b) Hai tụ C₁ và C₂ mắc song song.

8. Xét hai mạch dao động điện từ lí tưởng. Chu kì dao động riêng của mạch thứ nhất là T₁, của mạch thứ hai là T₂ = 2T₁. Ban đầu điện tích trên mỗi bản tụ điện có độ lớn cực đại Q₀. Sau đó mỗi tụ điện phóng điện qua cuộn cảm của mạch. Khi điện tích trên mỗi bản tụ của hai mạch đều có độ lớn bằng q (0 < q < Q₀) thì tỉ số độ lớn cường độ dòng điện trong mạch thứ nhất và độ lớn cường độ dòng điện trong mạch thứ hai là bao nhiêu?

* Hướng dẫn giải và đáp số:

1. Thời gian để dao động âm tần thực hiện được một dao động toàn phần: T_A =  = 10^-3 s. Thời gian để dao động cao tần thực hiện được một dao động toàn phần T_C =  = 0,125.10^-5 s. Số dao động toàn phần của dao động cao tần khi dao động âm tần thực hiên được một dao động toàn phần: N =  = 800.

2. Ta có: ð C₂ = = 306,7 pF.

3. Ta có: l₀ =  2pc ; l_X = = 2pc ð = 3 ð C_b = 9C₀. Vì C_b > C₀ nên phải mắc C_X song song với C₀ và C_X  = C_b – C₀ = 8C₀.

4. Ta có: l_min = 2pc = 37,7 m; l_max = 2pc = 377 m.

5. Ta có: l_min = 2pc ; l = 2pc ð l = .l_min = 30 m; l = .l_max = 150 m.

6.   a) Ta có: l_nt = 2pcð l_nt = = 60 m.

      b) Ta có: l_// = 2pc => l_// = = 125 m.

7.   a) Ta có: f_nt = ð f_nt = = 12,5 Hz.

      b) Ta có: f_// = ð f_// = = 6 Hz.

8. Ta có: w₁ = ; w₂ = = = ð w₁ = 2w₂; I₀₁ = w₁Q₀; I₀₂ = w₂Q₀ ð I₀₁ = 2I₀₂.

Vì: + = 1; + = 1; Q₀₁ = Q₀₂ = Q₀ và |q₁| = |q₂| = q > 0 ð =

ð = = 2.