Электромагнитные волны и

их свойства. Принципы радиосвязи и

примеры их практического

использования

План ответа

1.Определение. 2.Условие возникновения.3.Свойства электромагнитных волн. 4.Открытый колебательный контур. 5.Модуляция и детектирова­ние.

Английский ученый Джеймс Максвелл на основании изучения экспериментальных работ Фарадея по электричеству высказал гипотезу о существо­вании в природе особых волн, способных распростра­няться в вакууме.

Эти волны Максвелл назвал электромагнитными волнами. По представлениям Макс­велла:при любом изменении электрического поля возникает вихревое магнитное поле и, наоборот, при любом изменении магнитного поля возникает вихревое электрическое поле. Однажды начавшийся процесс взаимного порождения магнитного и элек­трического полей должен непрерывно продолжаться и захватывать все новые и новые области в окру­жающем пространстве (рис. 31).Процесс взаимопо­рождения электрических и магнитных полей проис­ходит во взаимно перпендикулярных плоскостях. Переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное поле, переменное магнитное поле порож­дает вихревое электрическое поле.

Электрические и магнитные поля могут суще­ствовать не только в веществе, но и в вакууме. По­этому должно быть возможным распространение электромагнитных волн в вакууме.

Условием возникновения электромагнитных волн является ускоренное движение электрических зарядов. Так, изменение магнитного поля происхо­дит при изменении тока в проводнике, а изменение тока происходит при изменении скорости зарядов, т. е. при движении их с ускорением. Скорость рас­пространения электромагнитных волн в вакууме по расчетам Максвелла должна быть приблизительно равна 300 000км/с.

Впервые опытным путем получил электромаг­нитные волны физик Генрих Герц, использовав приэтом высокочастотный искровой разрядник (вибратор Герца). Герц опытным путем определил также ско­рость электромагнитных волн. Она совпала с теоре­тическим определением скорости волн Максвеллом. Простейшие электромагнитные волны -это волны, в которых электрическое и магнитное поля совер­шают синхронные гармонические колебания.

Конечно, электромагнитные волны обладают всеми основными свойствами волн.

Они подчиняются закону отражения волн:

угол падения равен углу отражения. При переходе из одной среды в другую преломляются и подчиня­ются закону преломления волн:отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть вели­чина постоянная для двух данных сред и равная отношению скорости электромагнитных волн в первой среде к скорости электромагнитных волн во второй среде и называется показателем преломле­ния второй среды относительно первой.

Я
вление дифракции электромагнитных волн, т. е. отклонение направления их распространения от прямолинейного, наблюдается у края преграды или при прохождении через отверстие. Электромагнит­ные волны способны к интерференции. Интерферен­ция -это способность когерентных волн к наложе­нию, в результате чего волны в одних местах друг друга усиливают, а в других местах -гасят. (Когерентные волны -это волны, одинаковые по частоте и фазе колебания.) Электромагнитные волны обладают дисперсией, т. е. когда показатель прелом­ления среды для электромагнитных волн зависит от их частоты. Опыты с пропусканием электромагнит­ных волн через систему из двух решеток показы­вают, что эти волны являются поперечными.

При распространении электромагнитной вол­ны векторы напряженности Е и магнитной индук­ции В перпендикулярны направлению распростра­нения волны и взаимно перпендикулярны между со­бой (рис. 32).

Возможность практического применения элек­тромагнитных волн для установления связи без про­водов продемонстрировал 7мая 1895г. русский фи­зик А. Попов. Этот день считается днем рождения радио. Для осуществления радиосвязи необходимо обеспечить возможность излучения электромагнит­ных волн. Если электромагнитные волны возникают в контуре из катушки и конденсатора, то переменное магнитное поле оказывается связанным с катушкой, а переменное электрическое поле -сосредоточенным между пластинами конденсатора. Такой контур на­зывается закрытым (рис. 33,а). Закрытый колеба­тельный контур практически не излучает электро­магнитные волны в окружающее пространство. Если контур состоит из катушки и двух пластин плоского конденсатора, то под чем большим углом разверну­ты эти пластины, тем более свободно выходит элек­тромагнитное поле в окружающее пространство (рис. 33,б). Предельным случаем раскрытого колеба­тельного контура является удаление пластин на противоположные концы катушки. Такая система называется открытым колебательным контуром (рис. 33,в). В действительности контур состоит из катушки и длинного провода -антенны.

Энергия излучаемых (при помощи генератора незатухающих колебаний) электромагнитных коле­баний при одинаковой амплитуде колебаний силы тока в антенне пропорциональна четвертой степени частоты колебаний. На частотах в десятки, сотни и даже тысячи герц интенсивность электромагнитных колебаний ничтожно мала. Поэтому для осуществле­ния радио- и телевизионной связи используются электромагнитные волны с частотой от нескольких сотен тысяч герц до сотен мегагерц.

При передаче по радио речи, музыки и других звуковых сигналов применяют различные виды мо­дуляции высокочастотных (несущих) колебаний. Суть модуляции заключается в том, что высоко­частотные колебания, вырабатываемые генератором, изменяют по закону низкой частоты. В этом и за­ключается один из принципов радиопередачи. Дру­гим принципом является обратный процесс - детек­тирование. При радиоприеме из принятого антенной приемника модулированного сигнала нужно от­фильтровать звуковые низкочастотные колебания.

С помощью радиоволн осуществляется переда­ча на расстояние не только звуковых сигналов, но и изображения предмета. Большую роль в современном морском флоте, авиации и космонавтике играет ра­диолокация. В основе радиолокации лежит свойство отражения волн от проводящих тел. (От поверхности диэлектрика электромагнитные волны отражаются слабо, а от поверхности металлов почти полностью.)

Министерство образования Республики Беларусь

Кафедра радиоэлектроники

Реферат на тему:

Список литературы

Общие схемы организации радиосвязи

Система передачи информации, в которой сигналы электросвязи передаются посредством радиоволн в открытом пространстве, называется радиосистемой. Радиосистемы подразделяются на радиолинии и радиосети.

По способу организации радиолиний различают одностороннюю и двустороннюю радиосвязь. Радиосвязь, при которой одна из радиолиний осуществляет только передачу, а другая - только прием, называется односторонней. Односторонняя радиосвязь, при которой радиопередачу одной (основной) радиостанции могут принимать одновременно несколько корреспондентов, называется циркулярной. Примерами односторонней циркулярной передачи сообщений являются системы оповещения, службы передачи сообщений из пресс-центров редакциям газет, журналов и т.д. Сети телевизионного и звукового вещания также представляют собой типичные образцы циркулярного способа организации радиосвязи. При этом радиопередающая станция, среда распространения радиосигналов (открытое пространство) и каждое радиоприемное устройство, находящееся в зоне действия станции, образуют одностороннюю радиолинию, а совокупность таких радиолиний - сеть радиовещания.

Двусторонняя радиосвязь предполагает возможность передачи и приема информации каждой радиостанцией. Для этого нужны два комплекта оборудования односторонней связи, т.е. в каждом пункте надо иметь и передатчик и приемник. Двусторонняя связь может быть симплексной и дуплексной (рис. 1.1). При симплексной радиосвязи передача и прием на каждой радиостанции ведутся поочередно. Радиопередатчики в конечных пунктах линии связи в этом случае работают на одинаковой частоте, на ту же частоту настроены и приемники.При дуплексной радиосвязи радиопередача осуществляется одновременно с приемом. Для каждой дуплексной линии радиосвязи должны быть выделены две разные частоты. Это делается для того, чтобы приемник принимал сигналы только от передатчика с противоположного пункта и не принимал сигналы собственного радиопередатчика. Радиопередатчики и радиоприемники обоих корреспондентов дуплексной радиосвязи включены в течение всего времени работы линии радиосвязи.

Симплексная связь используется, как правило, при наличии относительно небольших информационных потоков. Для систем передачи с большой информационной нагрузкой характерна дуплексная связь.

Если необходимо иметь радиосвязь с большим числом корреспондентов, то организуется радиосеть (рис. 1.2). В этом случае одна радиостанция, называемая главной, может передавать сообщения как для одного, так и для нескольких подчиненных корреспондентов. Ее радист-оператор контролирует режим работы в радиосети и непосредственно устанавливает очередность на передачу подчиненных станций. Последние при соответствующем разрешении могут обмениваться информацией не только с главной радиостанцией, но и между собой. Этот вариант организации радиосети может быть построен на основе как сложного симплекса (см. рис. 1.2, а), так и сложного дуплекса (см. рис. 1.2, б). В первом случае возможно использование радиостанций (радиопередатчиков), работающих на одной (общей) радиоволне (частоте). Во втором случае главная радиостанция ведет передачу на одной частоте, а принимает на нескольких (по числу подчиненных радиостанций).

Любая радиолиния передачи информации (связная, звукового или телевизионного вещания) содержит на концах радиопередающие и радиоприемные устройства, снабженные антеннами. Передающая антенна излучает электрический сигнал передатчика в виде радио-волны. Приемная антенна улавливает радиоволну, и с ее выхода электрический сигнал поступает на вход приемника. Линии передачи электромагнитной энергии, соединяющие антенну с радиопередатчиком или с приемником, называются фидерами. Антенно-фидерные устройства - очень важные элементы линии радиосвязи. На практике очень часто применяются антенны, обладающие направленным действием. При передаче направленная антенна излучает энергию радиоволн в определенном направлении. Чем больше направленность антенны, тем при меньшей мощности передатчика возможна радиосвязь. Приемные направленные антенны увеличивают отношение сигнал-помеха на входе приемного устройства, что также позволяет уменьшить необходимую мощность радиопередатчика.

Успешная работа радиолиний зависит не только от конструктивных особенностей и качества изготовления радиоаппаратуры. При сооружении и эксплуатации радиолиний необходимо учитывать особенности распространения радиоволн на пути от передающей до приемной антенны. Эти особенности различны в зависимости от диапазона частот.

Радиоволны на радиолиниях распространяются в естественных условиях, а эти условия разнообразны и непостоянны. Прежде всего необходимо учитывать, что Земля круглая. На пути от передающей до приемной антенны радиоволны должны обогнуть выпуклость Земли.

Сами по себе электромагнитные колебания информации не несут. Для передачи информации необходимо на электромагнитные колебания наложить отпечаток сообщения, т.е. использовать высокочастотные электромагнитные колебания лишь в роли переносчика сообщения, содержащего информацию. С этой целью нужно изменять один или несколько параметров несущего колебания (например, амплитуду, частоту, фазу и другие параметры) в соответствии с изменениями сообщения. Тогда получается высокочастотное колебание. О меняющимися во времени параметрами по закону передаваемого сообщения. Рассмотренный процесс называется модуляцией.

Таким образом, всякое радиопередающее устройство должно состоять из генератора электрических колебаний, подключенного к передающей антенне, и модулятора, с помощью которого осуществляется модуляция.

В приемном пункте должно находиться устройство, преобразующее энергию электромагнитных волн в энергию электрических колебаний, т.е. приемная антенна. Антенна улавливает электромагнитные волны, излучаемые разными передатчиками, работающими на различных частотах. Чтобы принимать сигналы только одной станции, необходимо иметь избирательное устройство, способное выделить из колебаний различных частот только те колебания, которые передаются нужной радиостанцией. Для решения этой задачи используются электрические колебательные контуры, настраиваемые на частоту принимаемой радиостанции.

Выделенные с помощью колебательного контура высокочастотные колебания нужно подвергнуть обратному преобразованию, т.е. получить из них токи или напряжения, изменяющиеся в соответствии с законом модуляции электрических колебаний в радиопередатчике. Для решения этой задачи приемник должен иметь специальное устройство, которое называется детектором.

Наконец, выделенный сигнал нужно подать на некоторое оконечное устройство, которое запишет его или позволит человеку воспринимать его в виде звука или света (изображения).

Распространение радиоволн в земных условиях

Излучение радиоволн

Любой колеблющийся электрический заряд является источником переменного электромагнитного поля, излучающего в окружающее пространство. Излучение зарядом электромагнитной волны можно пояснить следующим образом. Рассмотрим два проводящих шара, находящихся на расстоянии L друг от друга (рис. 1.3) . Такая система называется электрическим диполем. После выключения генератора шары будут заряжаться и разряжаться. При этом по проводу L протекают токи зарядки и разрядки емкости, образованной шарами. Емкость шаров много больше емкости отрезков ab и cd провода L, поэтому током смещения между отрезками провода можно пренебречь. Можно считать, что ток проводимости, протекающий в проводе L, замыкается только через ток смещения, протекающий в пространстве между шарами. В этом случае амплитуда тока вдоль провода L остается постоянной. Такой электрический диполь называют диполем Герца.

На рис. 1.3 графически изображено распределение амплитуды тока вдоль провода диполя. На этом же рисунке показаны силовые линии электрического поля диполя для момента времени, когда шары заряжены. Линии тока смещения расположены в пространстве N так же, как и линии электрического поля. При работе генератора г переменный ток смещения вызывает появление переменного магнитного поля, силовые линии которого окружают линии тока смещения. В свою очередь переменное магнитное поле по закону электромагнитной индукции вызывает в окружающем пространстве появление переменного электрического поля и соответствующего тока смещения и т.д. Рассмотренный процесс распространяется в окружающей среде самоподдерживаясь. Если, например, выключить генератор, питающий диполь, то в окружающей среде продолжает распространяться возникшая электромагнитная волна - ток смещения вызывает переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, создает переменное электрическое поле и ток смещения в соседних областях пространства. Если генератор, возбуждающий диполь, генерирует напряжение, изменяющееся по гармоническому закону U= L/msincof, то и электромагнитное поле изменяется во времени по гармоническому закону с

той же частотой.

Строение атмосферы Земли

В земных условиях радиоволны распространяются в атмосфере. Атмосферу разделяют по высоте на три области: тропосферу, стратосферу и ионосферу. Нижняя область - тропосфера простирается до высоты 7... 10 км в полярных районах и до 16... 18 км над экватором. Тропосфера переходит в стратосферу, верхняя граница которой находится на высоте около 50...60 км. Стратосфера отличается от тропосферы почти полным отсутствием водяного пара, осадки образуются только в тропосфере. Тропосфера и стратосфера влияют только на распространение УКВ.

Анализ активов организации и оценка эффективности их использования.

Анализ практического применения технологии «лечение алкоголизма без желания пациента»

Английский ученый Джеймс Максвелл на основании изучения экспериментальных работ Фарадея по электричеству высказал гипотезу о существовании в природе особых волн, способных распространяться в вакууме. Эти волны Максвелл назвал электромагнитными волнами. По представлениям Максвелла: при любом изменении электрического поля возникает вихревое магнитное поле и, наоборот, при любом изменении магнитного поля возникает вихревое электрическое поле. Однажды начавшийся процесс взаимного порождения магнитного и электрического полей должен непрерывно продолжаться и захватывать все новые и новые области в окружающем пространстве (рис. 42). Процесс взаимопорождения электрических и магнитных полей происходит во взаимно перпендикулярных плоскостях. Переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное поле, переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле.

Электрические и магнитные поля могут существовать не только в веществе, но и в вакууме. Поэтому должно быть возможным распространение электромагнитных волн в вакууме.

Условием возникновения электромагнитных волн является ускоренное движение электрических зарядов. Так, изменение магнитного поля происходит

При изменении тока в проводнике, а изменение тока происходит при изменении скорости зарядов, т. е. при движении их с ускорением. Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме, по расчетам Максвелла, должна быть приблизительно равна 300 000 км/с.

Впервые опытным путем получил электромагнитные волны физик Генрих Герц, использовав при этом высокочастотный искровой разрядник (вибратор Герца). Герц опытным путем определил также скорость электромагнитных волн. Она совпала с теоретическим определением скорости волн Максвеллом. Простейшие электромагнитные волны - это волны, в которых электрическое и магнитное поля совершают синхронные гармонические колебания.

Конечно, электромагнитные волны обладают всеми основными свойствами волн.

Они подчиняются закону отражения волн: угол падения равен углу отражения. При переходе из одной среды в другую преломляются и подчиняются закону преломления волн: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред и равная отношению скорости электромагнитных волн в первой среде к скорости электромагнитных волн во второй среде и называется показателем преломления второй среды относительно первой.

Явление дифракции электромагнитных волн, т. е. отклонение направления их распространения от прямолинейного, наблюдается у края преграды или при прохождении через отверстие. Электромагнитные волны способны к интерференции. Интерференция - это способность когерентных волн к наложению, в результате чего волны в одних местах друг друга усиливают, а в других местах - гасят. (Когерентные волны - это волны, одинаковые по частоте и фазе колебания.) Электромагнитные волны обладают дисперсией, т. е. когда показатель преломления среды для электромагнитных волн зависит от их частоты. Опыты с пропусканием электромагнитных волн через систему из двух решеток показывают, что эти волны являются поперечными.

При распространении электромагнитной волны векторы напряженности Е и магнитной индукции В перпендикулярны направлению распространения волны и взаимно перпендикулярны между собой (рис. 43).

Возможность практического применения электромагнитных волн для установления связи без проводов продемонстрировал 7 мая 1895 г. русский физик А. Попов. Этот день считается днем рождения радио. Для осуществления радиосвязи необходимо обеспечить возможность излучения электромагнитных волн. Если электромагнитные волны возникают в контуре из катушки и конденсатора, то переменное магнитное поле оказывается связанным с катушкой, а переменное электрическое поле - сосредоточенным между пластинами конденсатора. Такой контур называется закрытым (рис. 44, а).

Закрытый колебательный контур практически не излучает электромагнитные волны в окружающее пространство. Если контур состоит из катушки и двух пластин плоского конденсатора, то под чем большим углом развернуты эти пластины, тем более свободно выходит электромагнитное поле в окружающее пространство (рис. 44, б). Предельным случаем раскрытого колебательного контура является удаление пластин на противоположные концы катушки. Такая система называется открытым колебательным контуром (рис. 44, в). В действительности контур состоит из катушки и длинного провода - антенны.

Энергия излучаемых (при помощи генератора незатухающих колебаний) электромагнитных колебаний при одинаковой амплитуде колебаний силы тока в антенне пропорциональна четвертой степени частоты колебаний. На частотах в десятки, сотни и даже тысячи герц интенсивность электромагнитных колебаний ничтожно мала. Поэтому для осуществления радио- и телевизионной связи используются электромагнитные волны с частотой от нескольких сотен тысяч герц до сотен мегагерц.

При передаче по радио речи, музыки и других звуковых сигналов применяют различные виды модуляции высокочастотных (несущих) колебаний. Суть модуляции заключается в том, что высокочастотные колебания, вырабатываемые генератором, изменяют по закону низкой частоты. В этом и заключается один из принципов радиопередачи. Другим принципом является обратный процесс - детектирование. При радиоприеме из принятого антенной приемника модулированного сигнала нужно отфильтровать звуковые низкочастотные колебания.

С помощью радиоволн осуществляется передача на расстояние не только звуковых сигналов, но и изображения предметов. Большую роль в современном морском флоте, авиации и космонавтике играет радиолокация. В основе радиолокации лежит свойство отражения волн от проводящих тел. (От поверхности диэлектрика электромагнитные волны отражаются слабо, а от поверхности металлов почти полностью.)

Английский ученый Джеймс Максвелл на основании изучения экспериментальных работ Фарадея по электричеству высказал гипотезу о существовании в природе особых волн, способных распространяться в вакууме. Эти волны Максвелл назвал электромагнитными волнами. По представлениям Максвелла: при любом изменении электрического поля возникает вихревое магнитное поле и, наоборот, при любом изменении магнитного поля возникает вихревое электрическое поле. Однажды начавшийся процесс взаимного порождения магнитного и электрического полей должен непрерывно продолжаться и захватывать все новые и новые области в окружающем пространстве (рис. 42). Процесс взаимопорождения электрических и магнитных полей происходит во взаимно перпендикулярных плоскостях. Переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное поле, переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле.

Электрические и магнитные поля могут существовать не только в веществе, но и в вакууме. Поэтому должно быть возможным распространение электромагнитных волн в вакууме.

Условием возникновения электромагнитных волн является ускоренное движение электрических зарядов. Так, изменение магнитного поля происходит

При изменении тока в проводнике, а изменение тока происходит при изменении скорости зарядов, т. е. при движении их с ускорением. Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме, по расчетам Максвелла, должна быть приблизительно равна 300 000 км/с.

Впервые опытным путем получил электромагнитные волны физик Генрих Герц, использовав при этом высокочастотный искровой разрядник (вибратор Герца). Герц опытным путем определил также скорость электромагнитных волн. Она совпала с теоретическим определением скорости волн Максвеллом. Простейшие электромагнитные волны - это волны, в которых электрическое и магнитное поля совершают синхронные гармонические колебания.

Конечно, электромагнитные волны обладают всеми основными свойствами волн.

Они подчиняются закону отражения волн: угол падения равен углу отражения. При переходе из одной среды в другую преломляются и подчиняются закону преломления волн: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред и равная отношению скорости электромагнитных волн в первой среде к скорости электромагнитных волн во второй среде и называется показателем преломления второй среды относительно первой.

Явление дифракции электромагнитных волн, т. е. отклонение направления их распространения от прямолинейного, наблюдается у края преграды или при прохождении через отверстие. Электромагнитные волны способны к интерференции. Интерференция - это способность когерентных волн к наложению, в результате чего волны в одних местах друг друга усиливают, а в других местах - гасят. (Когерентные волны - это волны, одинаковые по частоте и фазе колебания.) Электромагнитные волны обладают дисперсией, т. е. когда показатель преломления среды для электромагнитных волн зависит от их частоты. Опыты с пропусканием электромагнитных волн через систему из двух решеток показывают, что эти волны являются поперечными.

При распространении электромагнитной волны векторы напряженности Е и магнитной индукции В перпендикулярны направлению распространения волны и взаимно перпендикулярны между собой (рис. 43).

Возможность практического применения электромагнитных волн для установления связи без проводов продемонстрировал 7 мая 1895 г. русский физик А. Попов. Этот день считается днем рождения радио. Для осуществления радиосвязи необходимо обеспечить возможность излучения электромагнитных волн. Если электромагнитные волны возникают в контуре из катушки и конденсатора, то переменное магнитное поле оказывается связанным с катушкой, а переменное электрическое поле - сосредоточенным между пластинами конденсатора. Такой контур называется закрытым (рис. 44, а).

Закрытый колебательный контур практически не излучает электромагнитные волны в окружающее пространство. Если контур состоит из катушки и двух пластин плоского конденсатора, то под чем большим углом развернуты эти пластины, тем более свободно выходит электромагнитное поле в окружающее пространство (рис. 44, б). Предельным случаем раскрытого колебательного контура является удаление пластин на противоположные концы катушки. Такая система называется открытым колебательным контуром (рис. 44, в). В действительности контур состоит из катушки и длинного провода - антенны.

Энергия излучаемых (при помощи генератора незатухающих колебаний) электромагнитных колебаний при одинаковой амплитуде колебаний силы тока в антенне пропорциональна четвертой степени частоты колебаний. На частотах в десятки, сотни и даже тысячи герц интенсивность электромагнитных колебаний ничтожно мала. Поэтому для осуществления радио- и телевизионной связи используются электромагнитные волны с частотой от нескольких сотен тысяч герц до сотен мегагерц.

При передаче по радио речи, музыки и других звуковых сигналов применяют различные виды модуляции высокочастотных (несущих) колебаний. Суть модуляции заключается в том, что высокочастотные колебания, вырабатываемые генератором, изменяют по закону низкой частоты. В этом и заключается один из принципов радиопередачи. Другим принципом является обратный процесс - детектирование. При радиоприеме из принятого антенной приемника модулированного сигнала нужно отфильтровать звуковые низкочастотные колебания.

С помощью радиоволн осуществляется передача на расстояние не только звуковых сигналов, но и изображения предметов. Большую роль в современном морском флоте, авиации и космонавтике играет радиолокация. В основе радиолокации лежит свойство отражения волн от проводящих тел. (От поверхности диэлектрика электромагнитные волны отражаются слабо, а от поверхности металлов почти полностью.)

Английский ученый Джеймс Максвелл на основании изучения экспериментальных работ Фарадея по электричеству высказал гипотезу о существовании в природе особых волн, способных распространяться в вакууме. Эти волны Максвелл назвал электромагнитными волнами. По представлениям Максвелла: при любом изменении электрического поля возникает вихревое магнитное поле и, наоборот, при любом изменении магнитного поля возникает вихревое электрическое поле. Однажды начавшийся процесс взаимного порождения магнитного и электрического полей должен непрерывно продолжаться и захватывать все новые и новые области в окружающем пространстве (рис. 42). Процесс взаимопорождения электрических и магнитных полей происходит во взаимно перпендикулярных плоскостях. Переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное поле, переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле.

Электрические и магнитные поля могут существовать не только в веществе, но и в вакууме. Поэтому должно быть возможным распространение электромагнитных волн в вакууме.

Условием возникновения электромагнитных волн является ускоренное движение электрических зарядов. Так, изменение магнитного поля происходит

При изменении тока в проводнике, а изменение тока происходит при изменении скорости зарядов, т. е. при движении их с ускорением. Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме, по расчетам Максвелла, должна быть приблизительно равна 300 000 км/с.

Впервые опытным путем получил электромагнитные волны физик Генрих Герц, использовав при этом высокочастотный искровой разрядник (вибратор Герца). Герц опытным путем определил также скорость электромагнитных волн. Она совпала с теоретическим определением скорости волн Максвеллом. Простейшие электромагнитные волны - это волны, в которых электрическое и магнитное поля совершают синхронные гармонические колебания.

Конечно, электромагнитные волны обладают всеми основными свойствами волн.

Они подчиняются закону отражения волн: угол падения равен углу отражения. При переходе из одной среды в другую преломляются и подчиняются закону преломления волн: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред и равная отношению скорости электромагнитных волн в первой среде к скорости электромагнитных волн во второй среде и называется показателем преломления второй среды относительно первой.

Явление дифракции электромагнитных волн, т. е. отклонение направления их распространения от прямолинейного, наблюдается у края преграды или при прохождении через отверстие. Электромагнитные волны способны к интерференции. Интерференция - это способность когерентных волн к наложению, в результате чего волны в одних местах друг друга усиливают, а в других местах - гасят. (Когерентные волны - это волны, одинаковые по частоте и фазе колебания.) Электромагнитные волны обладают дисперсией, т. е. когда показатель преломления среды для электромагнитных волн зависит от их частоты. Опыты с пропусканием электромагнитных волн через систему из двух решеток показывают, что эти волны являются поперечными.

При распространении электромагнитной волны векторы напряженности Е и магнитной индукции В перпендикулярны направлению распространения волны и взаимно перпендикулярны между собой (рис. 43).

Возможность практического применения электромагнитных волн для установления связи без проводов продемонстрировал 7 мая 1895 г. русский физик А. Попов. Этот день считается днем рождения радио. Для осуществления радиосвязи необходимо обеспечить возможность излучения электромагнитных волн. Если электромагнитные волны возникают в контуре из катушки и конденсатора, то переменное магнитное поле оказывается связанным с катушкой, а переменное электрическое поле - сосредоточенным между пластинами конденсатора. Такой контур называется закрытым (рис. 44, а).

Закрытый колебательный контур практически не излучает электромагнитные волны в окружающее пространство. Если контур состоит из катушки и двух пластин плоского конденсатора, то под чем большим углом развернуты эти пластины, тем более свободно выходит электромагнитное поле в окружающее пространство (рис. 44, б). Предельным случаем раскрытого колебательного контура является удаление пластин на противоположные концы катушки. Такая система называется открытым колебательным контуром (рис. 44, в). В действительности контур состоит из катушки и длинного провода - антенны.

Энергия излучаемых (при помощи генератора незатухающих колебаний) электромагнитных колебаний при одинаковой амплитуде колебаний силы тока в антенне пропорциональна четвертой степени частоты колебаний. На частотах в десятки, сотни и даже тысячи герц интенсивность электромагнитных колебаний ничтожно мала. Поэтому для осуществления радио- и телевизионной связи используются электромагнитные волны с частотой от нескольких сотен тысяч герц до сотен мегагерц.

При передаче по радио речи, музыки и других звуковых сигналов применяют различные виды модуляции высокочастотных (несущих) колебаний. Суть модуляции заключается в том, что высокочастотные колебания, вырабатываемые генератором, изменяют по закону низкой частоты. В этом и заключается один из принципов радиопередачи. Другим принципом является обратный процесс - детектирование. При радиоприеме из принятого антенной приемника модулированного сигнала нужно отфильтровать звуковые низкочастотные колебания.

С помощью радиоволн осуществляется передача на расстояние не только звуковых сигналов, но и изображения предметов. Большую роль в современном морском флоте, авиации и космонавтике играет радиолокация. В основе радиолокации лежит свойство отражения волн от проводящих тел. (От поверхности диэлектрика электромагнитные волны отражаются слабо, а от поверхности металлов почти полностью.)

Электромагнитная волна – это меняющееся с течением времени и распространяющееся в пространстве электромагнитное поле.

Свойства электромагнитных волн :

1.Возникают при ускоренном движении зарядов.

2.Являются поперечными.

3.Имеют скорость в вакууме 3٠ 10 8 м/с.

4.Переносят энергию

5.Проникающая способность и энергия зависит от частоты.

6.Отражаются.

7.Обладают интерференцией и дифракцией.

Свойство отражения электромагнитных волн используется в радиолокации.

Радиолокация – это обнаружение и определение местонахождения объектов с помощью радиоволн.

Радиолокационная установка (радиолокатор) состоит из передающей и приёмной частей.

От передающей антенны идёт электромагнитная волна, доходит до объекта и отражается.

Радиолокаторы используют в военных целях, а также службой погоды для наблюдения за облаками. С помощью радиолокации исследуются поверхности Луны, Венеры и других планет.

Билет №13

1. Механическая работа. Мощность. Энергия; кинетическая энергия; потенциальная энергия тела в однородном поле тяготения и энергия упруго деформированного тела; закон сохранения энергии; закон сохранения энергии в механических процессах; границы применимости закона сохранения механической энергии, работа как мера изменения механической энергии тела.
2. Принципы радиосвязи: излучение электромагнитных волн зарядом, движущимся с ускорением; амплитудная модуляция; детектирование; развитие средств связи; радиолокация.
3. Задача на применение уравнения состояния идеального газа.

Вопрос 1. Механическая работа. Мощность. Кинетическая и потенциальная энергия. Закон сохранения энергии механических процессов.

Работа – это величина, равная произведению силы, приложенной к телу на величину перемещения.

А= F*s , где А – работа, Дж

F – сила, Н

s - перемещение, м

Механическая энергия – эта сумма потенциальной и кинетической энергии тела: W=W кин *W п

W кин - кинетическая энергия – это энергия движения. Этой энергией обладает любое тело, которое находится в движении: , где m - масса тела (кг),V - скорость (м/с 2)

W п - потенциальная энергия (Дж) – это энергия взаимодействия, зависит от массы тела (m ) и его высотой над землей (h ):

Если тело или система тел могут совершить работу, то они обладают энергией.

Энергия – это физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело.

Энергия обозначается буквой Е, измеряется в Джоулях (Дж).

Механическая энергия бывает двух видов: кинетическая и потенциальная.

Кинетической энергией называется величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости.

Кинетическая энергия – это энергия движения. Например, кинетической энергией обладает двигающаяся машина, летящий воздушный шарик и т.д.

Потенциальная энергия определяется положением тела по отношению к другим телам или взаимным расположением частей одного и того же тела.

Величину, равную произведению массы тела на ускорение свободного падения и на высоту тела над поверхностью Земли, называют потенциальной энергией взаимодействия тела и Земли .

Величину, равную половине произведения коэффициента упругости на квадрат деформации, называют потенциальной энергией упруго деформированного тела .

Например, потенциальной энергией обладает подброшенный на высоту мяч или сжатая пружина.

Для замкнутой системы тел выполняется закон сохранения энергии: полная механическая энергия тела или замкнутой системы тел остаётся постоянной (если не действуют силы трения).

Вопрос 2. Принципы радиотелефонной связи. Амплитудная модуляция и детектирование. Простейший радиоприёмник.

Для осуществления радиосвязи используются электромагнитные волны частотой от нескольких сотен тысяч герц до сотен тысяч мегагерц. Такие волны хорошо излучаются антеннами передатчиков, распространяются в пространстве и доходят до антенны приёмника.

Микрофон передатчика преобразует звуковые волны в электрические колебания низкой частоты, которые не излучаются антенной. Эти колебания складываются с колебаниями, которые вырабатывает генератор высокой частоты, и получаются амплитудно-модулированные колебания . Они являются высокочастотными, но изменёнными по амплитуде в соответствии со звуковыми колебаниями.

Амплитудно-модулированные колебания излучаются передающей антенной и доходят до приёмной антенны . В приёмнике происходит детектирование – выделение из высокочастотных модулированных колебаний сигнала звуковой частоты.

Простейший приёмник состоит из приёмной антенны, колебательного контура, детектора, конденсатора, усилителя и динамика.

В антенне приёмника возникают колебания той же частоты, на которой работает передатчик. Чтобы настроить радиоприёмник на частоту какой-нибудь радиостанции обычно используют конденсатор переменной ёмкости . С изменением его ёмкости меняется собственная частота контура приёмника. При совпадении этой частоты с частотой какой-нибудь радиостанции наступает резонанс – резкое увеличение силы тока.

Затем с колебательного контура модулированные колебания поступают на детектор , который пропускает ток только в одном направлении. После детектора ток становится пульсирующий. Импульсы тока делятся: часть заряжает конденсатор, другая часть идёт на динамик. В промежутке между импульсами, когда через детектор ток не идет, конденсатор разряжается через динамик. В результате этого через нагрузку течёт ток звуковой частоты, и из динамика слышны музыка или речь.

Шкала электромагнитных излучений. Применение электромагнитных излучений на практике.

Шкала электромагнитных волн простираются от длинных радиоволн (λ>1 км) до γ-лучей (λ<10 -10 м) . Электромагнитные волны различной длины условно делят на диапазоны по различным признакам (способу получения, способу регистрации, характеру взаимодействия с веществом).

Принято выделять следующие семь излучений: низкочастотное излучение, радиоизлучение, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и гамма- излучение.

Низкочастотное излучение имеет самую маленькую частоту и самую большую длину волны. Его источники: переменные токи и электрические машины. Это излучение слабо поглощается воздухом, намагничивает железо. Применяется для изготовления постоянных магнитов, в электротехнической промышленности.

Радиоволны находятся в интервале частот от 10 3 до 10 11 Гц. Они излучаются антеннами передатчиков и также лазерами. Радиоволны хорошо распространяются в воздухе, отражаются от металлических предметов, облаков. Радиоволны используются для радиосвязи и радиолокации.

Инфракрасное излучение имеет ещё большую частоту, чем радиоволны (до 10 14 Гц) и излучается всеми нагретыми телами. Оно хорошо проходит через туман и другие непрозрачные тела, действует на термоэлементы. Применяется для плавки, сушки, в приборах ночного видения, в медицине.

Видимый свет имеет частоту порядка 10 14 Гц, длину волны 10 7 м. Это единственное видимое излучение. Источники: Солнце, лампы. Свет делает видимыми окружающие предметы, разлагается на лучи разного цвета, вызывает фотоэффект и фотосинтез.

Используется для освещения.

Ультрафиолетовое излучение имеет частоту от 10 14 до 10 17 Гц. Его источники: Солнце, кварцевые лампы. Это излучение вызывает фотохимические реакции, на коже образуется загар, убивает бактерии, поглощается озоном. Применяется в медицине, в газоразрядных лампах.

Рентгеновские лучи образуются в рентгеновской трубке при резком торможении электронов. Они обладают большой проникающей способностью, активно воздействуют на клетки, фотоэмульсию. Применяются в медицине, в рентгенографии.

Гамма-лучи (γ-лучи) имеют самую большую частоту (10 19 -10 29 Гц). Они образуются при радиоактивном распаде, при ядерных реакциях. Имеют наибольшую проникающую способность, не отклоняются полями, разрушают живые клетки. Применяются в медицине, военном деле.

Билет №14

1. Основные положения молекулярно-кинетической теории и их опытное обоснование. Масса и размеры молекул.
2. Свет как электромагнитная волна. Скорость света. Интерференция света, опыт Юнга; цвета тонких пленок.
3. Экспериментальное задание: «Измерение плотности вещества твердого тела».

Вопрос 1. Основные положения молекулярно-кинетической теории и их опытное обоснование. Масса и размеры молекул.

Молекулярно-кинетическая теория (МКТ) – это учение о строении и свойствах вещества, использующее представления о существовании атомов и молекул как мельчайших частиц вещества.

В основе МКТ лежат три основных положения:

1.Все вещества состоят из мельчайших частиц: атомов и молекул.

2.Эти частицы беспорядочно двигаются.

3.Частицы взаимодействуют друг с другом.

Основные положения МКТ подтверждаются опытными фактами.

Существование атомов и молекул доказано экспериментально, получены фотографии с помощью электронных микроскопов.

Способность газов неограниченно расширяться и занимать весь объём объясняется непрерывном хаотичным движением молекул. Также его объясняет диффузия и броуновское движение.

Упругость газов, твёрдых и жидких тел, способность жидкостей смачивать некоторые твёрдые тела, процессы окрашивания, склеивания, сохранения формы твёрдыми телами говорят о существовании сил притяжения и отталкивания между молекулами.

Массы и размеры молекул очень малы, и удобно использовать не абсолютные значения масс, а относительные. Относительные атомные массы всех химических элементов указаны в таблице Менделеева (в сравнении с массой атома углерода).

Количество вещества, содержащее столько же частиц, сколько атомов содержится в 0,012 кг углерода, называется одним молем .

В одном моле любого вещества содержится одно и то же число атомов или молекул. Это число называется постоянной Авогадро: .

Массу одного моля называют молярной массой : .

Количество вещества равно отношению массы вещества к его молярной массе: .