24986

Электромагнитные волны и их свойства. Принципы радиосвязи и примеры их практического использования

Шпаргалка

Физика

Свойства электромагнитных волн. 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.

Русский

2013-08-09

48 KB

64 чел.

Билет № 20

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 300 000 км/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.

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. 32).

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. 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.)


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

33008. Рационализм нового времени 24.77 KB
  Рационализм можно понять как уверенность в мощи и способности разума особенно разума просвещённого руководимого правильным методом постигнуть тайны природы познать окружающий мир и самого человека с помощью здравого смысла решать практические жизненные задачи и в конечном счёте построить общество на разумных началах. И непременно с помощью разума постигать Бога. Но и Декарт Спиноза Лейбниц которых считают рационалистами также уделяли немалое внимание чувственному опыту к которому однако относились критически воле и “страстям...
33009. Философия И. Канта 28.93 KB
  Канта 22. Основные достижения философии Канта: 1. Периодизация творчества Имеет место разделение творчества Канта на докритический и критический период.: Кант находится под влиянием Лебница и разрабатывает философию как умозрительное знание.
33010. Философия Фихте и Шеллинга. Основоположения «наукоучения» в философии Фихте. Понятие «абсолютного тождества» в философии Шеллинга 25.61 KB
  Кроме того следует признать недостаточным у Канта и то что он всего лишь только описал формы мышления умственные категории и законы мысли но не выявил основного единого общего принципа познания. Ведь только наличием подобного единого общего принципа познания можно объяснить не только слаженность форм мышления умственных категорий и законов мысли но и само их внутреннее единство между собой.И это есть вопрос не только выявления недостаточности кантовской философии это вопрос концептуальный потому что задача раскрытия данного единого...
33011. Философия Гегеля 23.36 KB
  Введением к гегелевской философской системе служит его Феноменология духа где Гегель рассматривает последовательный ряд развития различных ступеней человеческого сознания от низшей формы непосредственного чувственного восприятия до высшей ступени абсолютного или чистого знания на которой все внешние предметы оказываются полностью преодоленными и дух мыслит только собственную сущность. От бытия понимаемого как явление Гегель переходит к более глубоким внутренним закономерностям к: сущности. Гегель утверждает что противоречие ...
33012. Философия марксизма 18.68 KB
  Дарвина открытие клеточного строения живых организмов изобретение проволочного телеграфа паровоза парохода автомобиля фотографии многочисленные открытия в сфере производства механизация труда; крушение идеалов Великой французской революции свобода равенство братство идеи французского Просвещения их невозможность воплощения в реальной жизни; нарастание социальноклассовых противоречий и конфликтов революция 1848 1849 гг. Суть исторического материализма в следующем: на каждом этапе общественного развития люди для...
33013. Позитивизм и его разновидности 16.86 KB
  Логика и основания развития науки в позитивизме заключались в том чтобы наблюдать описывать и систематизировать факты и на этой основе формулировать научные законы и теории. Современная философия науки начинается с Венского кружка философов участники кот выпустили манифест научное мировоззрение. По мнению неопозитивистов предметом философии д б язык науки а также деятельность философов направленная на анализ знания выраженного в языке науки. культ науки философия должна быть заменена науками в результате логического анализа языка3.
33014. Иррационализм в середине XIX века 14.55 KB
  Они вообще говоря не отвергали науку ее практическое значение для человеческой жизни но отказывались видеть в ней адекватный способ познания окружающего мира и самого человека.Кьергегор на первый план выдвигает проблему человека. Рассмотрим каковы по Кьеркегору методы и способы познания человека. По Кьеркегору никакие научные рациональные методы не годятся для познания человека.
33015. Западноевропейская философия XX века 38.12 KB
  Метод основан на идее специфики философского изучения сознания заключающегося в применении метода интуиции. Метод Эдмунда Гуссерля позволяет философии стать на позиции внутреннего вхождения в поток сознания обеспечивающий возможность непосредственно наблюдать видение структур чистого сознания. Основные формы эмоционального состояния обыденного сознания: забота вина страх ответственность страх смерти и т. В отличие от классических онтологий что как правило рассматривают бытие как объективный независимый от сознания мир Мартин...
33016. Русская православная философия 18.37 KB
  Поэтому философия приобретает религиозный характер что проявляется в русской философии в целом и ее религиозноидеалистическом направлении в частности. Важнейшие философскомировоззренческие проблемы по поводу понимания и толкования духовного и материального веры и разума смысла жизни свободы человека смерти и бессмертия и другие были в поле зрения как философии так и религии. О русской философии. Ее фундамент закладывает Киреевский определив задачи русской религиозной философии.