Излучение и прием электромагнитных волн.
В колебательном контуре происходит взаимное превращение магнитного и электрического полей. При этом электрические заряды движутся ускоренно. Электрическое поле ограничено в пространстве между обкладками конденсатора, магнитное – внутри соленоида. Поэтому распространение электромагнитных волн в окружающем пространстве не происходит. Такую цепь называют закрытым колебательным контуром.
Закрытый колебательный контур не излучает электромагнитные волны в окружающее пространство.
Если колебательный контур состоит из катушки и двух пластин плоского конденсатора, не параллельных друг другу, то чем под большим углом развернуты эти пластины, тем более свободно выходит электромагнитное поле в окружающее пространство.
Предельным случаем раскрытия колебательного контура является удаление пластин конденсатора на противоположные концы прямой катушки.
В действительности контур состоит из катушки и длинного провода — антенны. Один конец антенны заземлен, второй поднят над поверхностью земли.
Принципы радиосвязи
В передающей антенне создаются незатухающие электромагнитные колебания высокой частоты. Энергия излучаемых электромагнитных волн пропорциональна четвертой степени частоты колебаний. Поэтому для осуществления радио- и телевизионной связи используются электромагнитные волны с частотой от нескольких сотен тысяч герц до тысяч мегагерц. Эти высокочастотные (ВЧ) волны называют несущими волнами
В окружающем пространстве распространяется электромагнитная волна.
Колебательный контур в цепи приемной антенны настраивается в резонанс с несущей частотой. Он используется для усиления полученного сигнала в приемной цепи
В приемной антенне возбуждаются вынужденные колебания с частотой передачи
Для передачи информации используется модуляция несущей волны, то есть наложение колебаний звуковой частоты на высокую частоту
Амплитудный модулятор в структуре любого радиопередающего устройства изменяет амплитуду высокочастотных колебаний в соответствии со звуковыми колебаниями микрофона
несущая волна высокой частоты
ЭМВ звуковой частоты
Амплитудная модуляция высокочастотной электромагнитной волны
Шкала электромагнитных волн
По мере развития науки и техники были обнаружены различные виды излучений: радиоволны, видимый свет, рентгеновские лучи, гамма- излучение. Все эти излучения имеют одну и ту же природу. Они являются электромагнитными волнами. Разнообразие свойств этих излучений обусловлено их частотой (или длиной волны). Между отдельными видами излучений нет резкой границы, один вид излучения плавно переходит в другой. Различие свойств становится заметным только в том случае, когда длины волн различаются на несколько порядков.
Для систематизации всех видов излучений составлена единая шкала электромагнитных волн:
Шкала электромагнитных волн это непрерывная последовательность частот (длин волн) электромагнитных излучений. Разбиение шкалы ЭМВ на диапазоны весьма условное.
Известные электромагнитные волны охватывают огромный диапазон длин волн от 10 4 до 10 -10 м. По способу получения можно выделить следующие области длин волн:
1. Низкочастотные волны более 100 км (10 5 м). Источник излучения — генераторы переменного тока
2. Радиоволны от 10 5 м до 1 мм. Источник излучения — открытый колебательный контур (антенна) Выделяются области радиоволн:
ДВ длинные волны — более 10 3 м,
СВ средние — от 10 3 до 100 м,
КВ короткие — от 100 м до 10 м,
УКВ ультракороткие — от 10 м до 1 мм;
3 Инфракрасное излучении (ИК) 10 –3 -10 –6 м. Область ультракоротких радиоволн смыкается с участком инфракрасных лучей. Граница между ними условная и определяется способом их получения: ультракороткие радиоволны получают с помощью генераторов (радиотехнические методы), а инфракрасные лучи излучаются нагретыми телами в результате атомных переходов с одного энергетического уровня на другой.
4. Видимый свет 770-390 нм Источник излучения – электронные переходы в атомах. Порядок цветов в видимой части спектра, начиная с длинноволновой области КОЖЗГСФ. Излучаются в результате атомных переходов с одного энергетического уровня на другой.
5. Ультрафиолетовое излучение (УФ) от 400 нм до 1 нм. Ультрафиолетовые лучи получают с помощью тлеющего разряда, обычно в парах ртути. Излучаются в результате атомных переходов с одного энергетического уровня на другой.
6. Рентгеновские лучи от 1 нм до 0,01 нм. Излучаются в результате атомных переходов с одного внутреннего энергетического уровня на другой.
7. За рентгеновскими лучами идет область гамма-лучей (γ) с длинами волн менее 0,1 нм. Излучаются при ядерных реакциях .
Область рентгеновских и гамма-лучей частично перекрывается, и различать эти волны можно не по свойствам, а по методу получения: рентгеновские лучи возникают в специальных трубках, а гамма-лучи испускаются при радиоактивном распаде ядер некоторых элементов.
По мере уменьшения длины волны количественные различия в длинах волн приводят к существенным качественным различиям. Излучения различной длины волны очень сильно отличаются друг от друга по поглощению веществом. Коэффициент отражения веществом электромагнитных волн также зависит от длины волны.
Электромагнитные волны отражаются и преломляются согласно законам отражения и преломления.
Для электромагнитных волн можно наблюдать волновые явления — интерференции, дифракции, поляризации, дисперсии.
Оптика – раздел физики, в котором изучаются явления и закономерности, связанные с возникновением, распространением и взаимодействием с веществом световых электромагнитных волн.
В геометрической оптике рассматриваются законы распространения свет в прозрачных средах на основе представления о свете как о совокупности световых лучей.
Световой луч – геометрическое (не физическое!) понятие – линия, вдоль которой распространяется световая волна.
Волновая оптика – учение о волновых свойствах световых волн.
§11. Излучение и прием электромагнитных волн
Источником электромагнитных волн может быть любой электрический колебательный контур или проводник, по которому течет переменный электрический ток. Для получения электромагнитных волн необходимо создать в пространстве переменное электрическое поле (Iсм) или переменное магнитное поле. Для получения электромагнитных волн не пригодны закрытые колебательные контуры, т.к. в них электрическое поле сосредоточено между обкладками конденсатора, а магнитное – внутри катушки индуктивности.
Герц, уменьшая число витков в катушке и площадь пластин конденсатора и раздвигая их, перешел от закрытого колебательного контура к открытому.
Колебания в такой системе поддерживаются с помощью источника ε, подключенного к обкладкам конденсатора, а искровой промежуток применяется, чтобы разность потенциалов,для которого заряжают конденсатор.
Для получения волн контур подключается к индуктору:
Когда напряжение на искровом промежутке достигло пробивного значения, возникает искра, закорачивающая обе половины контура, и в нем возникли свободные затухающие колебания. При исчезновении искры колебания прекращаются.
Для регистрации электромагнитных волн Герц использовал второй контур (резонатор), имеющий такую же собственных колебаний, что и излучаемый.
3 м – первые электромагнитные волны;
4–6 мм – у Лебедева;
50–80 мкм – у Глаголевой-Аркадьевой –1923г.
Недостатком в контурах этих ученых было то, что колебания были малой мощности и быстро затухали. Затем (в 20-е годы) стали получать электромагнитные волны с помощью электрических ламп (ламповых генераторов). В их основе лежали автоколебания.
Оптика §1. Развитие взглядов на природу света
В 17 веке господствовали две теории:
- Теория Ньютона (корпускулярная):
- Волновая теория (Гюйгенс и Френель)
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
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