Elektromagnit to'lqinlar va ularning xususiyatlari. Radio printsiplari va ulardan amaliy foydalanish misollari

Shakl boshi

Shakl oxiri

Shakl boshi

Shakl oxiri

Elektromagnit to'lqinlar va ularning xususiyatlari. Radio printsiplari va ulardan amaliy foydalanish misollari

Rejasi

1. Ta'rif. 2. Vujudga kelish holati.3. Elektromagnit to'lqinlarning xususiyatlari. 4. Ochiq tebranish pallasi. 5. Modulyatsiya va aniqlash.
Ingliz olimi Jeyms Maksvell Faradayning elektr energiyasi bo'yicha eksperimental ishini o'rganishga asoslanib, tabiatda vakuumda tarqaladigan maxsus to'lqinlar borligini taxmin qildi.
Ushbu to'lqinlar Maksvell chaqirdi elektromagnit to'lqinlar. Maksvellga ko'ra:har qanday o'zgarish paytida elektr maydoni Vorteks magnit maydoni hosil bo'ladi va aksinchahar qanday o'zgarish paytida magnit maydoni Vorteks elektr maydoni hosil bo'ladi. Magnit va elektr maydonlarini o'zaro hosil qilish jarayoni boshlanganidan so'ng, u doimiy ravishda davom etishi va atrofdagi kosmosda tobora ko'proq yangi maydonlarni egallashi kerak (rasm). 31). Elektr va magnit maydonlarni o'zaro hosil qilish jarayoni o'zaro perpendikulyar tekisliklarda sodir bo'ladi. O'zgaruvchan elektr maydoni vorteks magnit maydonini hosil qiladi, o'zgaruvchan magnit maydoni aylanma elektr maydonini hosil qiladi.
Elektr va magnit maydonlar nafaqat materiyada, balki vakuumda ham mavjud bo'lishi mumkin. Shuning uchun elektromagnit to'lqinlarni vakuumda tarqatish kerak.
Vujudga kelish holati elektromagnit to'lqinlar tezlashtirilgan harakatdir elektr zaryadlari. Shunday qilib, magnit maydonning o'zgarishi o'tkazgichdagi oqim o'zgarishi bilan va oqimning o'zgarishi zaryadlar tezligining o'zgarishi bilan, ya'ni ular tezlashishi bilan harakat qilganda sodir bo'ladi. Vakuumda elektromagnit to'lqinlarning tarqalish tezligi Maksvell hisob-kitoblariga ko'ra taxminan teng bo'lishi kerak 300.000 km / s
Birinchi marta fizik Xaynrix Xertz yuqori chastotali uchqun bo'shlig'idan (Hertz vibratori) foydalanib, eksperimental ravishda elektromagnit to'lqinlarni oldi. Gerts eksperimental ravishda elektromagnit to'lqinlarning tezligini aniqladi. Bu Maksvell tomonidan to'lqinlar tezligini nazariy jihatdan aniqlashga to'g'ri keldi. Eng oddiy elektromagnit to'lqinlar — bular elektr va magnit maydonlari sinxron garmonik tebranishlarni amalga oshiradigan to'lqinlardir.
Albatta, elektromagnit to'lqinlar to'lqinlarning barcha asosiy xususiyatlariga ega.
Ular itoat qilishadi aks ettirish qonuni to'lqinlar:
tushish burchagi aks ettirish burchagiga teng. Bir vositadan ikkinchisiga o'tishda, ular sinib, bo'ysunadilar sinish qonuni to'lqinlar: berilgan sinish burchagi sinusining sinish burchagi sinusiga nisbati berilgan ikkita muhit uchun doimiydir va birinchi muhitdagi elektromagnit to'lqinlar tezligining ikkinchi muhitdagi elektromagnit to'lqinlar tezligiga nisbati tengdir. va chaqirdi sinishi indeksi birinchisiga nisbatan ikkinchi o'rta.

Elektromagnit to'lqinlarning diffraktsiya hodisasi, ya'ni ularning tarqalish yo'nalishi to'g'ri chiziqdan chetga chiqib, to'siqning chekkasida yoki teshikdan o'tayotganda kuzatiladi. Elektromagnit to'lqinlar qodir aralashish. Shovqin - bu kogerent to'lqinlarning bir-birining ustiga chiqish qobiliyatidir, buning natijasida ba'zi joylarda to'lqinlar bir-birini kuchaytiradi, boshqa joylarda — söndürmek. ( Kogerent to'lqinlar — Bu to'lqinlar chastota va tebranish fazalarida bir xil bo'lgan to'lqinlardir.) Elektromagnit to'lqinlar bor tarqalish ya'ni, elektromagnit to'lqinlar uchun muhitning sinishi indeksi ularning chastotasiga bog'liq bo'lsa. Elektromagnit to'lqinlarning ikkita panjara tizimi orqali o'tishi bilan o'tkazilgan tajribalar bu to'lqinlarning ko'ndalang ekanligini ko'rsatdi.

Elektromagnit to'lqin tarqalganda, intensivlik vektorlariE va magnit indüksiyon B to'lqin tarqalish yo'nalishiga perpendikulyar va bir-biriga o'zaro perpendikulyar (rasm). 32).
Elektromagnit to'lqinlarning simlarsiz aloqani o'rnatish uchun amaliy qo'llanilishi namoyish etildi 1895 yil 7 may Rus fizigi A. Popov. Bu kun radioning tug'ilgan kuni hisoblanadi. Radioaloqani amalga oshirish uchun elektromagnit to'lqinlarning tarqalish ehtimolini ta'minlash kerak. Agar elektromagnit to'lqinlar kontaktlarning zanglashiga olib keladigan lasan va kondansatördan kelib chiqsa, u holda o'zgaruvchan magnit maydoni bobin bilan va o'zgaruvchan elektr maydoni bilan bog'lanadi. — kondansatör plitalari o'rtasida konsentrlangan. Ushbu davr deyiladi yopiq (33-rasm, a). Yopiq tebranish davri deyarli elektromagnit to'lqinlarni atrofdagi kosmosga tarqata olmaydi. Agar kontaktlarning zanglashi lasan va tekis kondensatorning ikkita plitasidan iborat bo'lsa, unda bu plitalar qanchalik kengroq joylashsa, elektromagnit maydon atrofdagi bo'shliqqa shunchalik erkin kirib boradi (rasm). 33, b). Ochiq salınımlı kontaktlarning zanglashiga olib keladigan holat bu lasanning qarama-qarshi uchlarida plitalarni olib tashlashdir. Bunday tizim deyiladi ochiq salınım pallasi(33-rasm, v). Aslida, kontakt zanjir va uzun simdan iborat - antennalar.

Antennada joriy kuchning salınımlarının bir xil amplitudasida chiqariladigan elektromagnit to'lqinlarning energiyasi (tebranmagan tebranishlar generatoridan foydalangan holda) tebranish chastotasining to'rtinchi kuchiga mutanosibdir. O'nlab, yuzlab va hatto minglab gerts chastotalarida elektromagnit to'lqinlarning intensivligi ahamiyatsiz. Shu sababli, radio va televizion aloqalarni amalga oshirish uchun bir necha yuz ming gertsdan yuzlab megahertsgacha chastotali elektromagnit to'lqinlardan foydalaniladi.

Radio nutqini, musiqani va boshqa ovozli signallarni uzatishda yuqori chastotali (tashuvchi) tebranishlarning turli xil modulyatsiyalari qo'llaniladi.Modulyatsiya mohiyati Jeneratör tomonidan ishlab chiqarilgan yuqori chastotali tebranishlar past chastotalar qonuniga muvofiq o'zgarishi haqiqatdir. Bu radio uzatish printsiplaridan biridir. Yana bir printsip - bu teskari jarayon. — aniqlash. Antenna qabul qiluvchisi tomonidan qabul qilingan modulyatsiyalangan signaldan radio signallarni qabul qilishda past chastotali ovoz tebranishlarini filtrlash kerak.
Radio to'lqinlaridan foydalanib, nafaqat audio signallari, balki ob'ekt tasvirlari ham masofaga uzatiladi. Zamonaviy flot, aviatsiya va kosmonavtikada radar katta rol o'ynaydi. Radar to'lqinlarning o'tkazuvchan jismlardan aks ettirish xususiyatiga asoslanadi. (Elektromagnit to'lqinlar dielektrik yuzadan va deyarli butunlay metallarning sirtidan deyarli aks etadi.)
Ingliz olimi Jeyms Maksvell Faradayning elektr energiyasi bo'yicha eksperimental ishini o'rganishga asoslanib, tabiatda vakuumda tarqaladigan maxsus to'lqinlar borligini taxmin qildi. Ushbu to'lqinlar Maksvell elektromagnit to'lqinlar deb nomladi. Maksvellning fikriga ko'ra, vorteksli magnit maydon elektr maydonidagi har qanday o'zgarish bilan yuzaga keladi va aksincha magnit maydonning har qanday o'zgarishi bilan vorteks elektr maydoni yuzaga keladi. Magnit va elektr maydonlarni o'zaro hosil qilish jarayoni boshlanganidan so'ng, u doimiy ravishda davom etishi va atrofdagi kosmosda tobora ko'proq yangi maydonlarni egallashi kerak (42-rasm). Elektr va magnit maydonlarni o'zaro hosil qilish jarayoni o'zaro perpendikulyar tekisliklarda sodir bo'ladi. O'zgaruvchan elektr maydoni vorteks magnit maydonini hosil qiladi, o'zgaruvchan magnit maydoni aylanma elektr maydonini hosil qiladi.
Elektr va magnit maydonlar nafaqat materiyada, balki vakuumda ham mavjud bo'lishi mumkin. Shuning uchun elektromagnit to'lqinlarni vakuumda tarqatish kerak.
Elektromagnit to'lqinlarning paydo bo'lishi uchun shart bu elektr zaryadlarining tezlashishi. Shunday qilib, magnit maydonida o'zgarish yuz beradi
Supero'tkazuvchilarda oqim o'zgarishi bilan va oqim o'zgarishi zaryadlar tezligining o'zgarishi bilan, ya'ni ular tezlashganda harakat qiladi. Vakuumda elektromagnit to'lqinlarning tarqalish tezligi, Maksvellning hisob-kitoblariga ko'ra, taxminan 300000 km / s ga teng bo'lishi kerak.
Birinchi marta fizik Xaynrix Xertz yuqori chastotali uchqun bo'shlig'idan (Hertz vibratori) foydalanib, eksperimental ravishda elektromagnit to'lqinlarni oldi. Gerts eksperimental ravishda elektromagnit to'lqinlarning tezligini aniqladi. Bu Maksvell tomonidan to'lqinlar tezligini nazariy jihatdan aniqlashga to'g'ri keldi. Eng oddiy elektromagnit to'lqinlar elektr va magnit maydonlari sinxron harmonik tebranishlarni amalga oshiradigan to'lqinlardir.
Albatta, elektromagnit to'lqinlar to'lqinlarning barcha asosiy xususiyatlariga ega.
Ular to'lqinlarning aks ettirish qonuniga bo'ysunadilar: burilish burchagi aks ettirish burchagiga teng. Bir muhitdan ikkinchisiga o'tish paytida ular to'lqinlarning sinishi qonuniga rioya qilishadi va ular sinish burchagi sinusining sinish burchagi sinusiga nisbati ikkita berilgan muhit uchun doimiy bo'lib, birinchi vositadagi elektromagnit to'lqinlar tezligining ikkinchi muhitdagi elektromagnit to'lqinlar tezligiga nisbati va ikkinchisining sinishi indeksi deb ataladi. birinchisiga nisbatan muhit.
Elektromagnit to'lqinlarning diffraktsiya hodisasi, ya'ni ularning tarqalish yo'nalishi to'g'ri chiziqdan chetga chiqib, to'siqning chekkasida yoki teshikdan o'tayotganda kuzatiladi. Elektromagnit to'lqinlar aralashishga qodir. Shovqin - bu izchil to'lqinlarning bir-birining ustiga tushish qobiliyatidir, buning natijasida bir joyda to'lqinlar bir-birini kuchaytiradi, boshqa joylarda esa ular o'chib ketadi. (Kogerent to'lqinlar chastota va tebranish fazalarida bir xil bo'lgan to'lqinlardir.) Elektromagnit to'lqinlar dispersiyaga ega, ya'ni elektromagnit to'lqinlar uchun muhitning sinishi indekslari ularning chastotasiga bog'liq bo'lsa. Elektromagnit to'lqinlarning ikkita panjara tizimi orqali o'tishi bilan o'tkazilgan tajribalar bu to'lqinlarning ko'ndalang ekanligini ko'rsatdi.
Elektromagnit to'lqinning tarqalishi paytida E intensivligining vektorlari va magnit indüksiyali B to'lqin tarqalish yo'nalishiga perpendikulyar va bir-biriga o'zaro perpendikulyar bo'ladi (43-rasm).

Elektromagnit to'lqinlardan simlarsiz aloqani o'rnatish uchun amaliy foydalanish imkoniyati 1895 yil 7-mayda rus fizigi A. Popov tomonidan namoyish etildi. Bu kun radioning tug'ilgan kuni hisoblanadi. Radioaloqani amalga oshirish uchun elektromagnit to'lqinlarning tarqalish ehtimolini ta'minlash kerak. Agar elektromagnit to'lqinlar kontaktlarning zanglashiga olib keladigan lasan va kondensatordan kelib chiqsa, u holda o'zgaruvchan magnit maydon lasan bilan bog'lanadi va o'zgaruvchan elektr maydoni kondansatör plitalari orasida to'planadi. Bunday zanjir yopiq deb nomlanadi (44-rasm, a).

Yopiq tebranish davri deyarli elektromagnit to'lqinlarni atrofdagi kosmosga tarqata olmaydi. Agar kontaktlarning zanglashi lasan va tekis kondensatorning ikkita plitasidan iborat bo'lsa, unda bu plitalar qanchalik keng aylantirilsa, elektromagnit maydon atrofdagi bo'shliqqa shunchalik erkin kirib boradi (44-rasm, b). Ochiq salınımlı kontaktlarning zanglashiga olib keladigan holat bu lasanning qarama-qarshi uchlarida plitalarni olib tashlashdir. Bunday tizim ochiq salınımlı elektron deb ataladi (44-rasm, c). Aslida, kontakt lasan va uzun sim - antennadan iborat.
Antennada joriy kuchning salınımlarının bir xil amplitudasida chiqariladigan elektromagnit to'lqinlarning energiyasi (tebranmagan tebranishlar generatoridan foydalangan holda) tebranish chastotasining to'rtinchi kuchiga mutanosibdir. O'nlab, yuzlab va hatto minglab gerts chastotalarida elektromagnit to'lqinlarning intensivligi ahamiyatsiz. Shu sababli, radio va televizion aloqalarni amalga oshirish uchun bir necha yuz ming gertsdan yuzlab megahertsgacha chastotali elektromagnit to'lqinlardan foydalaniladi.
Radio nutqini, musiqani va boshqa ovozli signallarni uzatishda yuqori chastotali (tashuvchi) tebranishlarning turli xil modulyatsiyalari qo'llaniladi. Modulyatsiyaning mohiyati shundan iboratki, generator tomonidan ishlab chiqarilgan yuqori chastotali salınımlar past chastotalar qonuniga muvofiq o'zgaradi. Bu radio uzatish printsiplaridan biridir. Yana bir printsip - bu teskari jarayon - aniqlash. Antenna qabul qiluvchisi tomonidan qabul qilingan modulyatsiyalangan signaldan radio signallarni qabul qilishda past chastotali ovoz tebranishlarini filtrlash kerak.
Radio to'lqinlaridan foydalanib, nafaqat audio signallari, balki ob'ektlarning tasvirlari ham masofaga uzatiladi. Zamonaviy flot, aviatsiya va kosmonavtikada radar katta rol o'ynaydi. Radar to'lqinlarning o'tkazuvchan jismlardan aks ettirish xususiyatiga asoslanadi. (Elektromagnit to'lqinlar dielektrik yuzadan va deyarli butunlay metallarning sirtidan deyarli aks etadi.)
To'lqinlar jarayoni tabiatda juda keng tarqalgan. Tabiatda ikki xil to'lqin mavjud: mexanik va elektromagnit. Mexanik to'lqinlar bir moddada tarqaladi: gaz, suyuq yoki qattiq. Elektromagnit to'lqinlar, ularning tarqalishi uchun, xususan, radio to'lqinlari va yorug'likni o'z ichiga oladigan moddalarga muhtoj emas. Elektromagnit maydon vakuumda, ya'ni atomlari bo'lmagan joyda mavjud bo'lishi mumkin. Elektromagnit va mexanik to'lqinlar orasidagi sezilarli farqga qaramay, elektromagnit to'lqinlar ularning tarqalishi paytida mexanik to'lqinlarga o'xshaydi. Ammo salınımlar kabi, to'lqinlarning barcha turlari bir xil yoki deyarli bir xil qonunlar tomonidan miqdoriy tavsiflanadi. O'z ishimda men elektromagnit to'lqinlarning sabablarini, ularning xususiyatlarini va hayotimizda qo'llashni ko'rib chiqishga harakat qilaman.
To'lqin tushunchasi va uning xususiyatlari
To'lqin vaqt ichida kosmosda tarqaladigan tebranishlar deyiladi.
To'lqinning eng muhim xususiyati uning tezligi. Har qanday tabiatdagi to'lqinlar kosmosda darhol tarqalmaydi. Ularning tezligi cheklangan.
Mexanik to'lqin tarqalganda, harakat tananing bir qismidan boshqasiga uzatiladi. Harakat uzatilishi bilan energiya uzatiladi. Tabiatdan qat'i nazar, barcha to'lqinlarning asosiy xususiyati, moddalarni uzatmasdan energiya berishidir. Energiya manbadan kelib chiqadi, simning, ipning va hokazolarning boshidagi qiziqarli tebranishlar va to'lqin bilan birga tarqaladi. Har qanday kesma orqali energiya doimiy ravishda oqadi. Bu energiya simning kesimlari kinetik energiyasidan va potentsial energiya uning elastik deformatsiyasi. To'lqin tarqalishi paytida salınımların amplitudasining asta-sekin pasayishi mexanik energiyaning bir qismini ichki qismga aylantirish bilan bog'liq.
Agar siz cho'zilgan kauchuk shnurining uchini ma'lum bir chastota bilan uyg'unlashtirsangiz, u holda tebranishlar sim bo'ylab tarqala boshlaydi. Kabelning istalgan qismidagi tebranishlar simning uchidagi tebranishlar bilan bir xil chastota va amplituda sodir bo'ladi. Faqat bu tebranishlar fazalar bir-biriga nisbatan siljiydi. Shunga o'xshash to'lqinlar deyiladi monoxromatik .
Agar simning ikki nuqtasi tebranishlari orasidagi fazaviy siljish 2n bo'lsa, u holda bu nuqtalar bir xil tebranadi: oxirida ss (2lvt + 2l) \u003d \u003d cos2p vt .  Bunday tebranishlar deyiladi umumiy rejim (bir xil fazalarda sodir bo'ladi).
Xuddi shu fazalarda tebranuvchi bir-biriga yaqin bo'lgan nuqtalar orasidagi masofaga to'lqin uzunligi deyiladi.
To'lqin uzunligi λ, chastota v va to'lqin tarqalish tezligi o'rtasidagi bog'liqlik c. Bir davr tebranishlari uchun to'lqin masofaga tarqaladi. Shuning uchun uning tezligi formula bo'yicha aniqlanadi
Davrdan beri T va chastota v T \u003d 1 / v bilan bog'liq