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

65 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

2662. Бухгалтерський облік в Україні 91.5 KB
  Бухгалтерський облік в Україні: завдання, вимоги, стандарти. Завдання бухгалтерського обліку Господарська діяльність кожного виробничо-комерційного підприємства базується на найбільш раціональному використанні матеріальних і грошових ресурсів,...
2663. Микропроцессоры и микро-ЭВМ 166.7 KB
  Целью изучения дисциплины “Микропроцессоры и микро-ЭВМ” является формирование у студентов знания общей методологии, а также конкретных методов проектирования основных разновидностей современных микропроцессорных средств. Необходимо...
2664. Экология как наука. Предмет и задачи экологии 237 KB
  Предмет и задачи экологии. Предмет экологии – совокупность связей между организмом и средой. Экология – наука изучающая взаимодействия организмов с окружающей средой и друг с другом. Сюда относятся и все условия существования, как неорганиченные...
2665. Социальная психология. Особенности предмета исследования социально психологии 1.8 MB
  Настоящее издание предпринято через восемь лет после последнего выхода учебника в свет. Как минимум два обстоятельства потребовали существенных изменений. Прежде всего, это значительные изменения в самом предмете исследования, т.е. в социально-психо...
2666. Биоэнергетика – альтернативное моторное топливо 1.39 MB
  Мир вступает в эру биоэкономики, т. е. экономики, основанной на биотехнологиях, использующих возобновляемое сырье для производства энергии и материалов. Международная энергетическая ассоциация (IEA) прогнозирует, что к 2030 г. производство биотоплив...
2667. Основы стандартизации как инструмента обеспечения качества 441.5 KB
  Стандартизация является инструментом обеспечения качества продукции, работ и услуг – важного аспекта многогранной коммерческой деятельности. Проблема качества актуальна для всех стран независимо от зрелости их рыночной экономики. Чтобы стать уч...
2668. Исследование характеристик конструкционных материалов 145.5 KB
  Диаграмма состояния железо-цементит. Проведена вертикальная линия соответствующая 0,2% содержания углерода. Точки 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 соответствуют изменениям сплава при медленном охлаждении. На промежутке от точки 1 до 2, сплав...
2669. Основы общей психологии 1.51 MB
  Классический труд С.Л. Рубинштейна Основы общей психологии относится к числу наиболее значительных достижений отечественной психологической науки. Широта теоретических обобщений в сочетании с энциклопедическим охватом исторического и экспериментал...
2670. Механическая обработка детали на универсальных станках с ЧПУ 591.31 KB
  Главными направлениями повышения эффективности народного хозяйства страны являются ускорение научно-технического прогресса, перевод экономики на интенсивный путь развития, рост производительности труда, повышение качества и количества выпуск...