Принципы распространения радиоволн

Распространение пространственных радиоволн.

Пространственные волны распространяются в атмосфере и не касаются земной поверхности.
Атмосферой называется газообразная оболочка Земли, простирающаяся на высоту более 1000 км. Атмосферу подразделяют на три основные сферы (слоя): тропосферу - приземный слой атмосферы, верхний слой которой лежит на высоте 10... 14 км; стратосферу - слой атмосферы до высот 60...80 км; ионосферу - ионизированный воздушный слой малой плотности над стратосферой, переходящий затем в радиационные пояса Земли. На высотах в сотни километров различные газы, составляющие воздух, располагаются слоями, более тяжелые - ниже, более легкие - выше. Таким образом, атмосфера на этих высотах неоднородна по составу.
Под влиянием лучей Солнца, космических лучей и других факторов воздух ионизируется, т.е. часть атомов газов, входящих в состав воздуха, распадается на свободные электроны и положительные ионы. Ионизированный воздух оказывает сильное влияние на распространение радиоволн.
Д
60-80 км


220-500 км 180-220 КМ
90-130 км



Слой D



"-Ч,




Земля


ля различных газов максимум ионизации получается на разной высоте. Ионизированный слой атмосферы - ионосфера - состоит из нескольких слоев .
Ионизированные слои ионосферы
Название: Шкала электромагнитных волн Раздел: Промышленность, производство
Тип: реферат Добавлен 01:13:33 06 июля 2010 Похожие работы
Просмотров: 3991 Комментариев: 36 Оценило: 15 человек Средний балл: 4.2 Оценка: 4 Скачать Реферат
Подготовил ученик 11.С класса Нарвской Гуманитарной гимназии Голубев Сергей
Шкала электромагнитных волн представляет собой непрерывную последовательность частот и длин электромагнитных излучений, представляющих собой распространяющееся в пространстве переменное магнитное поле. Теория электромагнитных явлений Джеймса Максвелла позволила установить, что в природе существуют электромагнитные волны разных длин.
Экспериментальные работы немецкого ученого Г. Герца и русского ученого П. Н. Лебедева подтвердили теорию Максвелла и доказали, что световое излучение представляет собой очень короткие электромагнитные волны, создаваемые естественными вибраторами - атомами и молекулами.
В зависимости от способа получения электромагнитных волн их разделяют на несколько диапазонов частот (или длин волн). Между соседними диапазонами шкалы нет четких границ. Диапазоны волн различных типов перекрывают друг друга, следовательно, волны таких длин можно получить двумя способами.
Принципиального различия между отдельными излучениями нет, так как все они представляют электромагнитные волны, порождаемые заряженными частицами. Но в зависимости от длины волны они обладают различными свойствами: например, проникающей способностью, видимостью, коэффициентом отражения и т.д.
Эти различия определяются общей закономерностью шкалы электромагнитных волн: по мере уменьшения длины волны волновые свойства света, такие как интерференция, дифракция и поляризация, проявляются слабее, а квантовые свойства света, связанные со свойствами частиц, проявляются сильнее.
Шкала электромагнитных излучений
Основное деление
Частота
(Щ)
Длина волны (м)
Название диапазона Основные методы генерации Область применения
До 10 Более 3 10
Низкочастотные
Колебания
Генераторы переменного тока
(искусственные вибраторы)
электротехника
10 3 10 Радиоволны
Генераторы радиочастот
Генераторы СВЧ
Радиотехника,
Радиосвязь,
Телевидение,
Радиолокация
10 3 10 Инфракрасное
излучение
Излучение молекул и атомов при тепловых и электрических воздействиях Тепловые и фотографические теплицы
Глаз, фотография
Фотоэлектрическая жизнь на Земле
3,8 10 8 10
Световые волны
(видимый свет)
Тоже Тоже
7,5 10 4 10
Ультрафиолетовое
излучение
Излучение атомов при воздействии ускоренных электронов Фотография
Фотоэлектрическая
медицина
310 10
Рентгеновское
излучение
Тоже Тоже
310 10
Рентгеновское и
Альфа-излучение
Атомные процессы при воздействии Ускоренных заряженных частиц (возникает в результате изменения состояний электронов на внутренних оболочках атома или в результате резкого торможения электронов и др. заряженных частиц)
Фотография
Ионизационные медицина и металлургия
10 3 10 Альфа- излучения Возбуждение ядра атомов и элементар­ные частицы в результате различных взаимодействий:
Радиоактивный распад ядерные процессы космические процессы
Ионизационный метод меченых атомов Подробное деление
Частоты, Гц
Название группы волн (или частот) Основные способы получения и применения Инфракрасные лучи
6 10 - 3,75 10 (2 10 - 8 10) Декамикронные (ближние) Излучение нагретых тел (дуговые лампы и т.д.) Микронные (средние) Используется в инфракрасной спектроскопии далекие При фотографии в темноте 3 ,75 10 - 7,5 10 (8 10 - 4 10) Световые лучи (видимый свет)
Ультрафиолетовые лучи
Б

5. 
   10-3 10(4 10-10) Далекие (вакуумные) Рентгеновские лучи
   

5. 
   10-5 10 (2 10-6 10)
   

лижние Излучение Солнца, ртутных ламп, т.д.
Используются в медицине, ультрафиолетовой микроскопии
Ультрамягкие
Получаются в рентгеновских трубках и
Других приборах, где происходит мягкие Торможение электронов.
жесткие Используется в медицине для изучения строения вещества, в дефектоскопии
Гамма-излучение
3 10 - 3 10 (10 - 3 10) Возникают при радиоактивных распадах ядер, при торможении электронов и при других взаимодействиях элементарных частиц. Используется в альфадефектоскопии, при изучении свойств веществ.
Низкочастотные волны
3 10 - 3 10 (10 - 3 10) Инфранизкие частоты Генераторы специальных конструкций
Низкие частоты
Промышленные частоты Генераторы переменного тока. Большинство электрических приборов и двигателей питается переменным током частотой 50-60 Гц.
З
микрофоны,

вуковые частоты Звуковые генераторы. Используются в электроакустике ( громкоговорители), кино, радиовещании.
Радиоволны
Г
3 10-3 10(10-10) Длинные
3 10-310(10-10) средние
3 10-3 10(10-10) короткие
3 10 - 3 10 (10 - 1) Ультракороткие
енераторы электрических колебаний Различных конструкций. Используются в телеграфии, Радиолокации и т.д.
Метровые и дециметровые волны
3
3 10-3 10 (10-10) мазерах.
3 10-3 10 (10-10)
3 10-6 10 (10-5 10) радиоастрономии.
Дополнительные сведения об некоторых излучениях


сантиметровые


Получаются в магнетронных клиоторных генераторах и


миллиметровые Применяются в радиолокации, Субмиллиметровые (переходные) Радиоспектроскопии,

10 - 3 10 (1 -10) дециметровыеИспользуются для исследования свойств веществ.
Инфракрасные излучения
Область спектра за красным его краем впервые экспериментально была исследована в 1880 году английским
Астрономом Вильямом Гершелем (1738-1822). Гершель поместил термометр с зачерненным шариком за красный край спектра и обнаружил повышение температуры. Шарик термометра нагревался излучением, невидимым глазом. Это излучение назвали инфракрасным.
Инфракрасное излучение-это электромагнитные волны, которые испускает любое нагретое тело, даже если оно не светится.
Инфракрасные волны также тепловые волны, т.к. многие источники этих волн вызывают заметное нагревание окружающих тел.
Видимый свет
(от красного до фиолетового света волны)
Все сведения об окружающем мире человек получает с помощью зрения.
Свет - обязательное условие для развития зеленых растений; необходимое условие для существования жизни на Земле.
Ультрафиолетовое излучение
1801 год - немецкий ученый Иоганн Риттер (1776-1810) открыл, что за фиолетовым краем имеется область, создаваемая невидимыми глазом лучами. Эти лучи воздействуют на некоторые химические соединения.
В малых дозах ультрафиолетовые лучи целебны. Ультрафиолет способствует росту и укреплению организма.
Образует в коже защитные пигменты (загар, витамин Д), обладает бактерицидным действием, оказывает влияние на Ц.Н.С.
В больших количествах эти лучи вредны: разрушается сетчатка глаза, поэтому нужно носить защитные очки (солнечные очки). Разрушается также кожа.
Ультрафиолет попадает на Землю, т.к. недостаточно поглощается верхними слоями атмосферы.
Рентгеновское излучение
Время открытия: ноябрь 1895г. Вильгельм Рентген (1845-1923) Провел опыт с электрическим разрядом в газах. Применение разнообразно: медицина (диагностика + лечение заболеваний), физика, химия, биология, техника, криминалистика, искусствоведение.
Гамма-излучение
Особенность: ярко выраженные корпускулярные свойства.
Гамма-излучение возникает при переходе атомных ядер из одного энергетического состояния в другое, более низкое, подобное тому, как это имеет место в атоме. Источником гамма лучей могут быть радиоактивные ядра, либо ядра, бомбардируемые, например, альфа частицами.
По мере уменьшения длины волны проявляются и существенные качественные различия электромагнитных волн. Излучения различных длин волн отличаются друг от друга по способу их получения и методом регистрации, то есть по характеру взаимодействия с веществами.
На высоте 60...80 км находится слой D, существующий только днем. Следующий слой Е располагается на высоте 90... 130 км. Еще выше находится слой F, имеющий ночью высоту 250...350 км, а днем разделяющийся на два слоя: F ₂ - на высоте 180...220 км и F₂ - на высоте 220...500 км.
Высота, толщина и проводимость ионизированных слоев различны в разное время суток и года вследствие изменения ионизирующего действия солнечных лучей. Чем больше ионизирующее действие солнечных лучей, тем больше проводимость и толщина ионизированных слоев и тем ниже они располагаются. Днем проводимость и толщина их больше, а высота над землей меньше, чем ночью. Летом проводимость и толщина ионосферных слоев больше, а высота меньше, чем зимой. Через каждые 11 лет на Солнце повторяется максимум солнечных пятен, являющихся мощными источниками ионизирующих излучений. В это время проводимость и толщина ионизированных слоев достигают максимума, и они располагаются ниже.
Таким образом, свойства земной атмосферы, влияющие на распространение радиоволн, изменяются по довольно сложным законам. Происходят также изменения случайного характера, которые
предусмотреть вообще невозможно.
Влияние ионосферы на распространение радиоволн заключается прежде всего в том, что радиоволны, попадая в ионосферу, изменяют свое направление. Происходит это вследствие неоднородного характера ионосферы. Если бы относительные диэлектрические проницаемости воздуха и ионосферы были одинаковы, то волна не меняла бы своего направления. Так как в ионосфере имеются свободные электроны, ее относительная диэлектрическая проницаемость меньше диэлектрической проницаемости неионизированного воздуха. Вследствие этого при переходе из воздуха в ионосферу происходит преломление волны, а поскольку концентрация электронов в верхних слоях ионосферы возрастает, то волна, многократно преломляясь, возвращается на землю.
Кроме изменения направления распространения радиоволн в ионосфере происходит поглощение их энергии. Объясняется это тем, что радиоволны, попадая в ионосферу, вызывают колебания находящихся там свободных электронов. Совершая колебательное движение, электроны сталкиваются с тяжелыми частицами - ионами и молекулами. При этом они теряют энергию, приобретенную от радиоволны, и передают ее указанным частицам; ионосфера нагревается. Таким образом, часть энергии радиоволны в ионосфере теряется. Чем выше частота радиоволн, тем меньше скорость колебательного движения электронов. Кинетическая энергия, получаемая ими от радиоволны и отдаваемая затем тяжелым частицам, оказывается меньше. Поэтому с повышением частоты потери энергии радиоволны в ионосфере уменьшаются.
Подводя итоги вышесказанному, можно отметить следующее:

• 
  из-за неоднородностей ионосферы радиоволны преломляются в ней и отражаются на землю;
  
• 
  с ростом частоты отражательная способность уменьшается;
  
• 
  с ростом частоты уменьшается поглощение волн в ионосфере;
  
• 
  состояние ионосферы и связанные с ним условия распространения имеют периодические и непериодические изменения.
  

3. 
   Распространение мириаметровых и километровых волн