Как излучаются низкочастотные электромагнитные колебания

Коль скоро длина волны определяет расстояние, и тем более назначение, устройство, принцип работы и другие характеристики, правомерно подразделять излучатели электромагнитных сигналов на низкочастотные, высокочастотные и оптические.

Низкочастотные излучатели

Низкочастотными излучателями электромагнитных колебаний в основном выступают звукоусилительные устройства различного функционального назначения и конструктивного исполнения. В ближней зоне таких устройств наиболее мощным выступает магнитное поле опасного сигнала. Такое поле усилительных систем достаточно легко обнаруживается и принимается посредством магнитной антенны и селективного усилителя звуковых частот. На рис. 35 показан вариант состава элементов канала утечки информации по низкочастотному магнитному полю

Высокочастотные излучатели

К группе высокочастотных излучателей относятся высокочастотные автогенераторы, модуляторы высокочастотных колебаний и устройства, генерирующие паразитные высокочастотные колебания по различным причинам и условиям (рис. 36)

. Источниками опасного сигнала выступают высокочастотные генераторы радиоприемников, телевизоров, измерительных генераторов, мониторы электронно-вычислительных машин.

Модуляторы высокочастотных колебаний как элементы, обладающие нелинейными характеристиками (диоды, транзисторы, микросхемы) образуют нежелательные составляющие высокочастотного характера.

Довольно опасными источниками высокочастотных колебаний могут быть усилители и другие активные элементы технических средств в режиме паразитной генерации за счет нежелательной положительной обратной связи.

Источниками излучения высокочастотных колебаний в различной радиотехнической аппаратуре являются встроенные в них генераторы, частота которых по тем или иным причинам может быть промодулирована речевым сигналом.

Встроенные генераторы (гетеродины) обязательно имеются в радиоприемниках, телевизорах, магнитофонах, трехпрограммных громкоговорителях и в ряде электроизмерительных приборов. К ним примыкают различные усилительные системы — усилители низкой частоты, системы звукоусиления, способные по тем или иным причинам войти в режим самовозбуждения (т.е. по существу стать неконтролируемым гетеродином).

В качестве примера опасного сигнала автогенераторов рассмотрим микрофонный эффект гетеродинов радиоприемников бытового назначения. Основным элементом гетеродина радиоприемника является колебательный контур с конденсатором переменной емкости (рис. 37)

Период собственных колебаний гетеродина определяется условием равенства реактивных сопротивлений катушки индуктивности и конденсатора

Частоту , при которой выполняется это равенство, называют собственной частотой колебательного контура. Ее значение определяется из соотношения

Под воздействием акустического давления будет меняться расстояние между пластинами переменного воздушного конденсатора гетеродина. Изменение расстояния приведет к изменению емкости, а последнее — к изменению значения частоты гетеродина по закону акустического давления, т.е. к частотной модуляции гетеродина акустическим сигналом.

Кроме конденсаторов, акустическому воздействию подвержены катушки индуктивности с подстроенными сердечниками, монтажные провода значительной длины, также создающие микрофонный эффект.

Практика показала, что акустическая реакция гетеродина возможна на расстоянии до нескольких метров, особенно в помещениях с хорошей акустикой. В зависимости от типа приемника прием такого сигнала возможен на значительном расстоянии, иногда достигающем порядка 1-2 км. Источником излучения высокочастотных колебаний в аппаратуре звукозаписи является генератор стирания — подмагничивания (ГСП), частота которого может быть промодулирована речевым сигналом за счет нелинейных элементов в усилителе записи, головки, записи и др. из-за наличия общих цепей электропитания, взаимного проникновения в тракты усиления.

Структурная схема магнитофона и пути прохождения сигнала ГСП частотой 50 — 120 кГц на элементы усилителя воспроизведения (УВ) и усилителя записи (УЗ) представлены на рис. 38.

В цепях технических средств, находящихся в зоне воздействия мощных высокочастотных излучений, наводятся сигналы напряжения до единиц и даже десятков вольт. Если в указанных цепях имеются элементы, параметры которых (индуктивность, емкость или сопротивление) изменяются под действием низкочастотных сигналов, то в окружающем пространстве будет создаваться вторичное поле высокочастотного излучения, модулированное низкочастотным сигналом (рис. 39)

.В качестве нелинейного элемента могут выступать:

— телефон, различные датчики (ВЧ навязывание по проводам);

— приемники, магнитофоны (ВЧ навязывание по эфиру).

У вас большие запросы!

Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.

Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.

Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад

История открытия низкочастотных колебаний. История открытия электромагнитных волн. Вступительное слово учителя

Открытие электромагнитных волн — замечательный пример взаимодействия эксперимента и теории. На нем видно, как физика объединила, казалось бы, абсолютно разнородные свойства — электричество и магнетизм, — обнаружив в них различные стороны одного и того же физического явления — электромагнитного взаимодействия. На сегодня это одно из четырех известных фундаментальных физических взаимодействий, к числу которых также относятся сильное и слабое ядерные взаимодействия и гравитация. Уже построена теория электрослабого взаимодействия, которая с единых позиций описывает электромагнитные и слабые ядерные силы. Имеется и следующая объединяющая теория — квантовая хромодинамика — которая охватывает электрослабое и сильное взаимодействия, но ее точность несколько ниже. Описать все фундаментальные взаимодействия с единых позиций пока не удается, хотя в этом направлении ведутся интенсивные исследования в рамках таких направлений физики, как теория струн и квантовая гравитация.

Электромагнитные волны были предсказаны теоретически великим английским физиком Джеймсом Кларком Максвеллом (вероятно, впервые в 1862 году в работе «О физических силовых линиях», хотя подробное описание теории вышло в 1867 году). Он прилежно и с огромным уважением пытался перевести на строгий математический язык немного наивные картинки Майкла Фарадея, описывающие электрические и магнитные явления, а также результаты других ученых. Упорядочив одинаковым образом все электрические и магнитные явления, Максвелл обнаружил ряд противоречий и отсутствие симметрии. Согласно закону Фарадея переменные магнитные поля порождают электрические поля. Но не было известно, порождают ли переменные электрические поля — магнитные. Избавиться от противоречия и восстановить симметрию электрического и магнитного полей Максвеллу удалось, введя в уравнения дополнительный член, который описывал возникновение магнитного поля при изменении электрического. К тому времени благодаря опытам Эрстеда уже было известно, что постоянный ток создает вокруг проводника постоянное магнитное поле. Новый член описывал другой источник магнитного поля, но его можно было представить как некий воображаемый электрический ток, который Максвелл назвал током смещения , чтобы отличить от обычного тока в проводниках и электролитах — тока проводимости. В итоге получилось, что переменные магнитные поля порождают электрические поля, а переменные электрические — магнитные. И тогда Максвелл понял, что в такой связке колеблющиеся электрическое и магнитное поля могут отрываться от порождающих их проводников и двигаться через вакуум с определенной, но очень большой скоростью. Он вычислил эту скорость, и она оказалась около трехсот тысяч километров в секунду.

Потрясенный полученным результатом, Максвелл пишет Уильяму Томсону (лорду Кельвину, который, в частности, ввел абсолютную шкалу температур): «Скорость поперечных волновых колебаний в нашей гипотетической среде, вычисленная из электромагнитных опытов Кольрауша и Вебера, столь точно совпадает со скоростью света, вычисленной из оптических опытов Физо, что мы едва ли может отказаться от вывода, что свет состоит из поперечных колебаний той же самой среды, которая является причиной электрических и магнитных явлений ». И далее в письме: «Я получил свои уравнения, живя в провинции и не подозревая о близости найденной мной скорости распространения магнитных эффектов к скорости света, поэтому я думаю, что у меня есть все основания считать магнитную и светоносную среды как одну и ту же среду. »

Уравнения Максвелла далеко выходят за рамки школьного курса физики, но они так красивы и лаконичны, что их стоит разместить на видном месте в кабинете физики, ведь большинство значимых для человека явлений природы удается описать с помощью всего нескольких строчек этих уравнений. Так сжимается информация, когда объединяются ранее разнородные факты. Вот один из видов уравнений Максвелла в дифференциальном представлении. Полюбуйтесь.

Хочется подчеркнуть, что из расчетов Максвелла получалось обескураживающее следствие: колебания электрического и магнитного полей — поперечные (что он сам все время подчеркивал). А поперечные колебания распространяются только в твердых телах, но не в жидкостях и газах. К тому времени было надежно измерено, что скорость поперечных колебаний в твердых телах (попросту скорость звука) тем выше, чем, грубо говоря, тверже среда (чем больше модуль Юнга и меньше плотность) и может достигать нескольких километров в секунду. Скорость поперечной электромагнитной волны была почти в сто тысяч раз выше, чем скорость звука в твердых телах. А надо заметить, что характеристика жесткости входит в уравнение скорости звука в твердом теле под корнем. Получалось, что среда, через которую идут электромагнитные волны (и свет), имеет чудовищные характеристики упругости. Возник крайне тяжелый вопрос: «Как же через такую твердую среду движутся другие тела и не чувствуют ее?» Гипотетическую среду назвали — эфиром, приписав ему одновременно странные и, вообще говоря, взаимоисключающие свойства — огромную упругость и необычайную легкость.

Работы Максвелла вызвали шок среди ученых-современников. Сам Фарадей с удивлением писал: «Сначала я даже испугался, когда увидел такую математическую силу, примененную к вопросу, но потом удивился, видя, что вопрос выдерживает это столь хорошо». Несмотря на то, что взгляды Максвелла опрокидывали все известные на то время представления о распространении поперечных волн и о волнах вообще, прозорливые ученые понимали, что совпадение скорости света и электромагнитных волн — фундаментальный результат, который говорит, что именно здесь физику ожидает основной прорыв.

К сожалению, Максвелл умер рано и не дожил до надежного экспериментального подтверждения своих расчетов. Международное научное мнение изменилось в результате опытов Генриха Герца, который через 20 лет (1886–89) в серии экспериментов продемонстрировал генерацию и прием электромагнитных волн. Герц не только в тиши лаборатории получил правильный результат, но страстно и бескомпромиссно защищал взгляды Максвелла. Причем он не ограничился экспериментальным доказательством существование электромагнитных волн, но и исследовал их основные свойства (отражение от зеркал, преломление в призмах, дифракцию, интерференцию и т. д.), показав полную тождественность электромагнитных волн со светом.

Любопытно, что за семь лет до Герца, в 1879 году английский физик Дэвид Эдвард Юз (Хьюз — D. E. Hughes) тоже продемонстрировал перед другими крупными учеными (среди них был также блестящий физик и математик Георг-Габриель Стокс) эффект распространения электромагнитных волн в воздухе. В результате обсуждений ученые пришли к выводу, что видят явление электромагнитной индукции Фарадея. Юз расстроился, не поверил самому себе и опубликовал результаты лишь в 1899 году, когда теория Максвелла-Герца стала общепринятой. Этот пример говорит, что в науке настойчивое распространение и пропаганда полученных результатов имеет часто не меньшее значение, чем сам научный результат.

Генрих Герц так подытожил результаты своих экспериментов: «Описанные эксперименты, как, по крайне мере, кажется мне, устраняют сомнения в тождественности света, теплового излучения и электродинамического волнового движения».

Цель урока : обеспечить в ходе урока повторение основных законов, свойств электромагнитных волн;

Образовательная: Систематизировать материал по теме, осуществить коррекцию знаний, некоторое ее углубление;

Развивающая : Развитие устной речи учащихся, творческих навыков учащихся, логики, памяти; познавательных способностей;

Воспитательная : Формировать интерес учащихся к изучению физики. воспитывать аккуратность и навыки рационального использования своего времени;

Тип урока : урок повторения и коррекции знаний;

Оборудование : компьютер, проектор, презентация «Шкала электромагнитных излучений», диск « Физика. Библиотека наглядных пособий».

1. Объяснение нового материала.

1. Мы знаем, что длина электромагнитных волн бывает самой различной: от значений порядка 1013 м (низкочастотные колебания) до 10 -10 м (g- лучи). Свет составляет ничтожную часть широкого спектра электромагнитных волн. Тем не менее, именно при изучении этой малой части спектра были открыты другие излучения с необычными свойствами.
2. Принято выделять низкочастотное излучение, радиоизлучение, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и g-излучение. Со всеми этими излучениями, кроме g -излучения, вы уже знакомы. Самое коротковолновое g -излучение испускают атомные ядра.
3. Принципиального различия между отдельными излучениями нет. Все они представляют собой электромагнитные волны, порождаемые заряженными частицами. Обнаруживаются электромагнитные волны, в конечном счете, по их действию на заряженные частицы. В вакууме излучение любой длины волны распространяется со скоростью 300 000 км/с. Границы между отдельными областями шкалы излучений весьма условны.
4. Излучения различной длины волны отличаются друг от друга по способу их получения (излучение антенны, тепловое излучение, излучение при торможении быстрых электронов и др.) и методам регистрации.
5. Все перечисленные виды электромагнитного излучения порождаются также космическими объектами и успешно исследуются с помощью ракет, искусственных спутников Земли и космических кораблей. В первую очередь это относится к рентгеновскому и g -излучениям, сильно поглощаемом атмосферой.
6. По мере уменьшения длины волны количественные различия в длинах волн приводят к существенным качественным различиям.
7. Излучения различной длины волны очень сильно отличаются друг от друга по поглощению их веществом. Коротковолновые излучения (рентгеновское и особенно g -лучи) поглощаются слабо. Непрозрачные для волн оптического диапазона вещества прозрачны для этих излучений. Коэффициент отражения электромагнитных волн также зависит от длины волны. Но главное различие между длинноволновым и коротковолновым излучениями в том, что коротковолновое излучение обнаруживает свойства частиц.

Обобщим знания о волнах и запишем все виде таблиц.

1. Низкочастотные колебания

2. Радиоволны

4. Видимое излучение

5. Ультрафиолетовое излучение

6. Рентгеновское излучение

7. Гамма — излучение

Вывод
Вся шкала электромагнитных волн является свидетельством того, что все излучения обладают одновременно квантовыми и волновыми свойствами. Квантовые и волновые свойства в этом случае не исключают, а дополняют друг друга. Волновые свойства ярче проявляются при малых частотах и менее ярко — при больших. И наоборот, квантовые свойства ярче проявляются при больших частотах и менее ярко — при малых. Чем меньше длина волны, тем ярче проявляются квантовые свойства, а чем больше длина волны, тем ярче проявляются волновые свойства. Все это служит подтверждением закона диалектики (переход количественных изменений в качественные).

1. « Физика- 11» Мякишев
2. Диск «Уроки физики Кирилла и Мефодия. 11 класс»())) «Кирилл и Мефодий, 2006)
3. Диск « Физика. Библиотека наглядных пособий. 7-11 классы»((1С: «Дрофа» и «Формоза» 2004)
4. Ресурсы Интернета

«Волны в океане» — Разрушительные последствия Цунами. Движение земной коры. Изучение нового материала. Узнать объекты на контурной карте. Цунами. Длина в океане до 200 км, а высота 1 м. Высота Цунами у берега до 40 м. Г.Пролив. В.Залив. Ветровые волны. Приливы и отливы. Ветер. Закрепление изученного материала. Средняя скорость Цунами 700 – 800 км/час.

«Волны» — «Волны в океане». Распространяются со скоростью 700-800км\ч. Угадай, какой внеземной объект вызывает приливы и отливы? Наибольшие приливы в нашей стране – на Пенжинской губе в Охотском море. Приливы и отливы. Длинные пологие волны, без пенистых гребней, возникающие в безветренную погоду. Ветровые волны.

«Сейсмические волны» — Полное разрушение. Ощущается почти всеми; многие спящие просыпаются. Географическое распространение землетрясений. Регистрация землетрясений. На поверхности аллювия образуются просадочные котловины, заполняющиеся водой. Меняется уровень воды в колодцах. На земной поверхности видны волны. Общепринятого объяснения таких явлений пока нет.

«Волны в среде» — То же относится к газообразной среде. Процесс распространения колебаний в среде называется волной. Следовательно, среда должна обладать инертными и упругими свойствами. Волны на поверхности жидкости имеют как поперечную, так и продольную компоненты. Следовательно, поперечные волны не могут существовать в жидкой или газообразной средах.

«Звуковые волны» — Процесс распространения звуковых волн. Тембр является субъективной характеристикой восприятия, в целом отражающей особенность звука. Характеристики звука. Тон. Рояль. Громкость. Громкость – уровень энергии в звуке – измеряется в децибелах. Звуковая волна. На основной тон, как правило, накладываются дополнительные тоны (обертоны).

«Механические волны 9 класс» — 3.По природе волны бывают: А. Механическими или электромагнитными. Плоская волна. Объясните ситуацию: Всё описать не хватит слов, Весь город перекошенный. В тихую погоду — нет нас нигде, А ветер подует — бежим по воде. Природа. Что «движется» в волне? Параметры волны. В. Плоскими или сферическими. Источник совершает колебания вдоль оси OY перпендикулярно ОХ.

Низкочастотные колебания

Длина волны (м)

10 13 — 10 5

3 · 10 -3 — 3 · 10 5

Реостатный альтернатор, динамомашина,

Вибратор Герца,

Генераторы в электрических сетях (50 Гц)

Машинные генераторы повышенной (промышленной) частоты (200 Гц)

Телефонные сети (5000Гц)

Звуковые генераторы (микрофоны, громкоговорители)

Электрические приборы и двигатели

История открытия

Оливер Лодж (1893 г.), Никола Тесла (1983)

Кино, радиовещание (микрофоны, громкоговорители)

Радиоволны

Длина волны(м)

10 5 — 10 -3

3 · 10 5 — 3 · 10 11

Колебательный контур

Макроскопические вибраторы

Звёзды, галактики, метагалактики

Искры в зазоре приемного вибратора (вибратор Герца)

Свечение газоразрядной трубки, когерера

История открытия

Б. Феддерсен (1862 г.), Г. Герц (1887 г.), А.С. Попов, А.Н. Лебедев

Сверхдлинные — Радионавигация, радиотелеграфная связь, передача метеосводок

Длинные – Радиотелеграфная и радиотелефонная связь, радиовещание, радионавигация

Средние — Радиотелеграфия и радиотелефонная связь радиовещание, радионавигация

Короткие — радиолюбительская связь

УКВ — космическая радио связь

ДМВ — телевидение, радиолокация, радиорелейная связь, сотовая телефонная связь

СМВ- радиолокация, радиорелейная связь, астронавигация, спутниковое телевидение

ММВ — радиолокация

Инфракрасное излучение

Длина волны(м)

2 · 10 -3 — 7,6∙10 -7

3∙10 11 — 3,85∙10 14

Любое нагретое тело: свеча, печь, батарея водяного отопления, электрическая лампа накаливания

Человек излучает электромагнитные волны длиной 9 · 10 -6 м

Термоэлементы, болометры, фотоэлементы, фоторезисторы, фотопленки

История открытия

У. Гершель (1800 г.), Г. Рубенс и Э. Никольс (1896 г.),

В криминалистике, фотографирование земных объектов в тумане и темноте, бинокль и прицелы для стрельбы в темноте, прогревание тканей живого организма (в медицине), сушка древесины и окрашенных кузовов автомобилей, сигнализация при охране помещений, инфракрасный телескоп,

Видимое излучение

Длина волны(м)

6,7∙10 -7 — 3,8 ∙10 -7

4∙10 14 — 8 ∙10 14

Солнце, лампа накаливания, огонь

Глаз, фотопластинка, фотоэлементы, термоэлементы

История открытия

Биологическая жизнь

Ультрафиолетовое излучение

Длина волны(м)

3,8 ∙10 -7 — 3∙10 -9

8 ∙ 10 14 — 3 · 10 16

Входят в состав солнечного света

Газоразрядные лампы с трубкой из кварца

Излучаются всеми твердыми телами, у которых температура больше 1000 ° С, светящиеся (кроме ртути)

Фотоэлементы,

Фотоумножители,

Люминесцентные вещества

История открытия

Иоганн Риттер, Лаймен

Промышленная электроника и автоматика,

Люминисценнтные лампы,

Текстильное производство

Стерилизация воздуха

Медицина, косметология

Рентгеновское излучение

Длина волны(м)

10 -12 — 10 -8

3∙10 16 — 3 · 10 20

Электронная рентгеновская трубка (напряжение на аноде – до 100 кВ, катод – накаливаемая нить, излучение – кванты большой энергии)

Солнечная корона

Свечение некоторых кристаллов

История открытия

В. Рентген, Р. Милликен

Диагностика и лечение заболеваний (в медицине), Дефектоскопия (контроль внутренних структур, сварных швов)

Гамма — излучение

Длина волны(м)

3,8 · 10 -7 — 3∙10 -9

8∙10 14 — 10 17

9,03 10 3 – 1, 24 10 16 Эв

Радиоактивные атомные ядра, ядерные реакции, процессы превращения вещества в излучение

История открытия

Поль Виллар (1900 г.)

Дефектоскопия

Контроль технологических процессов

Исследование ядерных процессов

Терапия и диагностика в медицине

ОБЩИЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ

физическая природа

всех излучений одинакова

все излучения распространяются

в вакууме с одинаковой скоростью,

равной скорости света

все излучения обнаруживают

общие волновые свойства

поляризация

преломление

интерференция

Вся шкала электромагнитных волн является свидетельством того, что все излучения обладают одновременно квантовыми и волновыми свойствами. Квантовые и волновые свойства в этом случае не исключают, а дополняют друг друга. Волновые свойства ярче проявляются при малых частотах и менее ярко — при больших. И наоборот, квантовые свойства ярче проявляются при больших частотах и менее ярко — при малых. Чем меньше длина волны, тем ярче проявляются квантовые свойства, а чем больше длина волны, тем ярче проявляются волновые свойства.

«Электромагнитные колебания» — Энергия магнитного поля. Вариант1. Организационный этап. Величина, обратная емкости, Радиан (рад). Радиан в секунду (рад/ с). Вариант2. Заполни таблицу. Этап обобщения и систематизации материала. План урока. Вариант1 1.Какая из систем, изображенных на рисунке, не является колебательной? 3.По графику определите а)амплитуду, б)период в) частоту колебаний. а) А. 0,2м Б.-0,4 м В.0,4м б) А. 0,4с Б. 0,2с В.0.6с в) А. 5Гц Б.25Гц В. 1.6Гц.

«Механические колебания» — Длина волны (?) – расстояние между ближайшими частицами, колеблющимися в одинаковой фазе. График гармонических колебаний. Примеры свободных механических колебаний: Пружинный маятник. Упругие волны – механические возмущения, распространяющиеся в упругой среде. Математический маятник. Колебания. Гармонические колебания.

«Механические колебания 11 класс» — Волны бывают: 2. Продольные — в которых колебания происходят вдоль направления распространения волн. Величины, характеризующие волну: Визуальное представление звуковой волны. В вакууме механическая волна возникнуть не может. 1. Наличие упругой среды 2. Наличие источника колебаний – деформации среды.

«Малые колебания» — Волновые процессы. Звуковые колебания. В процессе колебаний происходит превращение кинетической энергии в потенциальную и обратно. Математический маятник. Пружинный маятник. Положение системы задаётся углом отклонения. Малые колебания. Явление резонанса. Гармонические колебания. Механика. Уравнение движения: m?l2. =-m?g?l?? или??+(g/l)??=0 Частота и период колебаний:

«Колебательные системы» — Внешними силами — это силы, действующие на тела системы со стороны тел, не входящих в неё. Колебания – это движения, которые повторяются через определённые интервалы времени. Трение в системе должно быть достаточно мало. Условия возникновения свободного колебания. Вынужденными колебаниями называются колебания тел под действием внешних периодически изменяющихся сил.

«Гармонические колебания» — Рисунок 3. Ox – опорная прямая. 2.1 Способы представления гармонических колебаний. Такие колебания называются линейно поляризованными. Модулированными. 2. Разность фаз равна нечетному числу?, то есть. 3. Начальная разность фаз равна?/2. 1. Начальные фазы колебаний одинаковы. Начальная фаза определяется из соотношения.