ШВИДКІСТЬ ПОШИРЕННЯ, ДОВЖИНА, ЧАСТОТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ХВИЛІ. ШКАЛА ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ



МЕХАНІЧНІ І ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ КОЛИВАННЯ І ХВИЛІ

Розділ 3 Коливання і хвилі

§ 30. ВЛАСТИВОСТІ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ ТА ЇХ ЗАСТОСУВАННЯ

Електромагнітні хвилі поглинаються, відбиваються і заломлюються, як і всі інші види хвиль. Це легко спостерігати.

Сучасні радіотехнічні пристрої дають змогу провести наочні досліди з метою виявлення властивостей електромагнітних хвиль. При цьому найкраще користуватися хвилями сантиметрового діапазону, що їх випромінює спеціальний генератор надвисокої частоти (НВЧ).

Електромагнітні хвилі

випромінює рупорна антена в напрямі осі рупора. Приймальна антена, яка має вигляд такого самого рупора, вловлює хвилі, що поширюються вздовж осі рупора. Загальний вигляд установки показано на мал. 133. Рупори розміщують один проти одного і, добившись того, щоб з гучномовця добре було чути звук, між рупорами розміщують різні діелектричні тіла. При цьому помічають зменшення гучності. Це свідчить про те, що електромагнітні хвилі поглинаються.

Якщо діелектрик замінити металевою пластинкою, то хвилі не досягатимуть приймача внаслідок відбивання. Звуку не буде чути. Відбивання відбувається під кутом, що дорівнює куту

падіння, як і для випадку світлових і механічних хвиль. Щоб переконатися в цьому, рупори розміщують під однаковими кутами до великого металевого листа (мал. 134, а). Звук зникає, якщо забрати лист або повернути його. Електромагнітні хвилі відбиваються.

Електромагнітні хвилі змінюють свій напрям (заломлюються) на межі діелектрика. Це можна виявити за допомогою великої трикутної призми з парафіну. Рупори встановлюють під кутом один до одного, як і тоді, коли демонстрували відбивання. Металевий лист замінюють призмою (мал. 134, б). Забираючи призму або повертаючи її, спостерігають зникнення звуку. Електромагнітні хвилі заломлюються.

Електромагнітні хвилі – поперечні. Це означає, що вектори Е і В електромагнітного поля хвилі перпендикулярні до напряму її поширення. Коливання напруженості електричного поля хвилі, яка виходить з рупора, відбуваються у певній площині, а коливання вектора магнітної індукції – в перпендикулярній до неї площині. Хвилі з певним напрямом коливань називаються поляризованими. На мал. 127 показано саме поляризовану

ШВИДКІСТЬ ПОШИРЕННЯ, ДОВЖИНА, ЧАСТОТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ХВИЛІ. ШКАЛА ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ

Мал. 127

ШВИДКІСТЬ ПОШИРЕННЯ, ДОВЖИНА, ЧАСТОТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ХВИЛІ. ШКАЛА ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ

Мал. 134

Хвилю. Приймальний рупор з детектором приймає тільки поляризовану в певному напрямі хвилю. Це можна виявити, повернувши передавальний або приймальний рупор на 90°. Звук при цьому зникне.

Поляризацію спостерігають, розміщуючи між генератором і приймачем решітку з паралельних металевих стержнів (мал. 135). Решітку ставлять так, щоб стержні були горизонтальні або вертикальні. В одному з положень, коли електричний вектор паралельний стержням, у них збуджуються струми, внаслідок чого решітка відбиває хвилі подібно до суцільної металевої пластини. Якщо вектор Е перпендикулярний до стержнів, то струми в них не збуджуються й електромагнітна хвиля проходить.

Ми описали не всі основні властивості електромагнітних хвиль. Повніші відомості одержимо під час вивчення оптики.

Сучасне суспільство не можна уявити без телебачення. Воно міцно ввійшло в наш побут, медицину, астрономію, системи автоматизованого керування та інші галузі діяльності людини.

Схема телебачення в основному збігається зі схемою радіомовлення. Відмінність у тому, що в передавачі коливання модулюються не тільки звуковими сигналами, а й сигналами зображення. Зображення предметів перетворюються в електричні сигнали за допомогою електронно-променевих трубок, які називають іконоскопами. Електричні коливання від іконоскопа надходять до радіопередавача і модулюють випромінювану ним радіохвилю подібно до того, як змінний струм у колі мікрофона модулює радіохвилю при передаванні звуку.

У приймачі вакуумна електронно-променева трубка – кінескоп – одержаний сигнал перетворює у видиме зображення. Електронний пучок у приймачі рухається по екрану точно синхронно з рухом електронного пучка в передавачі. Телевізійні сигнали передаються в діапазоні ультракоротких хвиль (УКХ). Ці сигнали приймаються в межах прямої видимості. Щоб передавати телепередачі на великі відстані, застосовують ретранслятори (мал. 136). За допомогою супутників зв’язку можна приймати і передавати телепрограми практично з будь-якої точки земної кулі.

ШВИДКІСТЬ ПОШИРЕННЯ, ДОВЖИНА, ЧАСТОТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ХВИЛІ. ШКАЛА ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ

Мал. 135

ШВИДКІСТЬ ПОШИРЕННЯ, ДОВЖИНА, ЧАСТОТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ХВИЛІ. ШКАЛА ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ

Мал. 136

Радіолокація – це виявлення різних предметів і вимірювання відстані до них за допомогою радіохвиль.

В основу радіолокації покладено явище відбивання УКХ від предметів. Радіолокатор (радар) – це радіопередавач і радіоприймач, які мають спільну антену, що містить перемикач з приймання на передавання. Ця антена створює гостронапрямлене випромінювання – радіопромінь – короткими імпульсами тривалістю 10-6 с. Між двома послідовними імпульсами антена автоматично перемикається на приймання електромагнітної хвилі, відбитої від досліджуваного об’єкта.

У момент посилання радіосигналу датчик часу починає зміщувати електронний промінь. Радіосигнал надходить у антену, випромінюється у простір і одночасно створює на екрані електронно – променевої трубки відхилення електронного променя вздовж вертикалі. Радіосигнал, відбитий від предмета, приймає та сама антена, потім він проходить через приймач і на екрані електронно-променевої трубки дає вертикальне відхилення променя на деякій відстані від першого відхилення. Знаючи час руху променя по горизонталі, відстань між вертикальними відхиленнями можна проградуювати в кілометрах. Напрям, в якому перебуває виявлений об’єкт, визначається положенням антени радіолокатора, за якого на екрані електронно-променевої трубки з’являється відбитий радіосигнал (мал. 137).

ШВИДКІСТЬ ПОШИРЕННЯ, ДОВЖИНА, ЧАСТОТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ХВИЛІ. ШКАЛА ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ

Мал. 137

Радіолокацію і її методи широко застосовують як для воєнних, так і для мирних цілей. За її допомогою розв’язують завдання повітряної і морської навігації, визначено відстань до Місяця і планет, спостерігають за метеоритами.

На відміну від радіолокації, яка досліджує тіла за допомогою відбитих ними радіохвиль, радіоастрономія досліджує небесні тіла за їх власним радіовипромінюванням. Радіоастрономічні спостереження здійснюють радіотелескопами, пристроями, що складаються з антенної системи і чутливого радіоприймача з підсилювачем. Найбільший телескоп у світі – РАТАН-600 (діаметр 600 м).

Джерела випромінювання в радіоастрономії – галактики, міжзоряне галактичне середовище, зорі, Сонце, планети, Місяць тощо.

Радіовипромінювання зір – це електромагнітне випромінювання їх у діапазоні.

Радіовипромінювання в основному відбувається від нейтрального водню на довжині хвилі 0,21 м, а також від йонізованого гарячого водню світлих туманностей. Крім того, галактики є джерелами нетеплового радіовипромінювання, причиною якого є гальмування електронів магнітним полем галактик. Таке випромінювання називають синхротронним.

У 1963 р. радіоастрономи відкрили нові зіркоподібні об’єкти – квазари (від англ. quasai – джерело радіовипромінювання), а у 1967 р. було відкрито нові космічні джерела електромагнітного імпульсного випромінювання – нейтронні зорі – пульсари.

Сучасні дослідження дали можливість не тільки виявити тисячі космічних радіоджерел (Сонце, нейтронні зорі, квазари і т. д.), а й дослідити їх спектри. Було відкрито спектральні лінії багатьох хімічних елементів неорганічних і органічних молекул, що дало можливість підняти завісу над процесами утворення зір і планетних систем. Відкриття фонового (реліктового) випромінювання було підтвердженням моделі “гарячого” Всесвіту.

Задачі та вправи

Розв’язуємо разом

1. Коливальний контур, що складається з повітряно го конденсатора з двома пластинами по 200 см кожна і котушки індуктивністю 10″6 Гн, резонує на довжині хвилі 40 м. Визначте відстань між пластинами конденсатора.

Розв’язання

Скориставшись формулою ємності плоского конденсатора

ШВИДКІСТЬ ПОШИРЕННЯ, ДОВЖИНА, ЧАСТОТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ХВИЛІ. ШКАЛА ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ

Визначимо ШВИДКІСТЬ ПОШИРЕННЯ, ДОВЖИНА, ЧАСТОТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ХВИЛІ. ШКАЛА ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ

Невідому ємність С визначимо з формули Томсона

ШВИДКІСТЬ ПОШИРЕННЯ, ДОВЖИНА, ЧАСТОТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ХВИЛІ. ШКАЛА ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ

Виразимо через довжину хвилі λ і швидкість поширення електромагнітних хвиль у

Вакуумі с:

ШВИДКІСТЬ ПОШИРЕННЯ, ДОВЖИНА, ЧАСТОТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ХВИЛІ. ШКАЛА ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ

Врахувавши попередні співвідношення, отримаємо

ШВИДКІСТЬ ПОШИРЕННЯ, ДОВЖИНА, ЧАСТОТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ХВИЛІ. ШКАЛА ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ

Підставляючи значення відомих фізичних величин, маємо d = 4 ·10-4 м.

2. Різниця потенціалів на обкладках конденсатора в коливальному контурі змінюється за законом и = 80cos104nf, В. Ємність конденсатора дорівнює 10 -8 Ф. Визначте період коливань контуру, індуктивність контуру, довжину хвилі, що відповідає цьому контуру.

Розв’язання

У загальному вигляді закон зміни різниці потенціалів на обкладках конденсатора можна записати так:

ШВИДКІСТЬ ПОШИРЕННЯ, ДОВЖИНА, ЧАСТОТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ХВИЛІ. ШКАЛА ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ

Порівнюючи з умовою задачі ШВИДКІСТЬ ПОШИРЕННЯ, ДОВЖИНА, ЧАСТОТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ХВИЛІ. ШКАЛА ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ маємо

ШВИДКІСТЬ ПОШИРЕННЯ, ДОВЖИНА, ЧАСТОТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ХВИЛІ. ШКАЛА ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ

Індуктивність визначимо з формули

Томсона: ШВИДКІСТЬ ПОШИРЕННЯ, ДОВЖИНА, ЧАСТОТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ХВИЛІ. ШКАЛА ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ

А довжину хвилі, що відповідає цьому контуру, визначимо із співвідношення λ = сТ, λ = 6 · 104 м.


1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (No Ratings Yet)
Loading...


Дослід майкельсона.
Ви зараз читаєте: ШВИДКІСТЬ ПОШИРЕННЯ, ДОВЖИНА, ЧАСТОТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ХВИЛІ. ШКАЛА ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ