42526

Определение длины электромагнитной волны в двухпроводной линии

Лабораторная работа

Физика

Исследование электромагнитных волн в пространстве связано с некоторыми экспериментальными трудностями поэтому Лехером была предложена система состоящая из двухпроводной линии источника и приёмника электромагнитных волн. В двухпроводной линии реализуются два различных процесса передачи электромагнитного поля: с помощью токов проводимости и с помощью токов смещения. В этом случае электрические явления существенно зависят от сопротивления линии и следовательно от материала проводников.

Русский

2013-10-30

96 KB

28 чел.

Лабораторная работа № 28

определение длины электромагнитной волны

в двухпроводной линии

Цель работы: изучить устройство и принцип действия генератора незатухающих колебаний, образование электромагнитных волн и их распространение, образование стоячей волны в двухпроводной линии и определить длину волны.

Оборудование: генератор дециметровых волн, двухпроводная линия, индикатор напряжений.

28.1. Краткие теоретические сведения и обоснование метода

Процесс распространения колебаний в пространстве называется волновым процессом. Возмущения электромагнитного поля (взаимно связанных электрического  и магнитного  полей), распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью называются электромагнитными волнами. В вакууме электромагнитные волны (рис. 28.1) являются поперечными и их скорость распространения с = 299792458 м/с.

Особенности электромагнитных волн, законы их возбуждения и распространения полностью описываются уравнениями Максвелла.

Исследование электромагнитных волн в пространстве связано с некоторыми экспериментальными трудностями, поэтому Лехером была предложена система, состоящая из двухпроводной линии, источника и приёмника электромагнитных волн. В двухпроводной линии реализуются два различных процесса передачи электромагнитного поля: с помощью токов проводимости и с помощью токов смещения. Если быстрота изменения полей мала (малые частоты), то токами смещения по сравнению с токами проводимости можно пренебречь и последние играют основную роль. В этом случае электрические явления существенно зависят от сопротивления линии, и, следовательно, от материала проводников. Если же поля изменяются быстро (большие частоты), то основную роль играют токи смещения и электрические явления определяются электромагнитными волнами. При этом основные процессы происходят между проводами, в окружающей среде, и электрические явления практически не зависят от свойств материала проводов. В бесконечной двухпроводной линии распространяется бегущая волна. Длина электромагнитной волны равна кратчайшему расстоянию между двумя точками, в которых колебания отличаются по фазе на 2:

или ,                                (28.1)

где − скорость распространения фазы колебаний: Т − период колебаний: − частота.

Во многих случаях приходится иметь дело с короткими двухпроводными линиями, на длине которых укладывается сравнительно небольшое число длин волн. В этих случаях существенную роль играет отражение электромагнитных волн от концов линии. Отражённая волна складывается с прямой волной, в результате чего возникают более сложные формы электромагнитных колебаний – стоячие электромагнитные волны, подобные стоячим механическим волнам в упругом шнуре или струне. Форма стоячей волны и её характеристики зависят от граничных условий.

В двухпроводной линии, замкнутой с двух концов, могут возникнуть стоячие волны, удовлетворяющие условию

,                                        (28.2)

где , l − длина соответственно бегущей волны и двухпроводной линии: n = 1, 2, 3,... и т.д.

В линии, замкнутой только с одного конца, могут возникнуть стоячие волны, удовлетворяющие условию

,                                 (28.3)

где n = 1, 2, 3,... и т.д.

То есть в ограниченной двухпроводной линии возможны только определённые стоячие волны (только с определёнными дискретными частотами), которые удовлетворяют условиям на границах линии.

В стоячей волне, в отличие от бегущей, колебания электрического и магнитного полей не находятся в одной фазе − они сдвинуты, причём так, что пучность одного поля совпадает с узлом другого. Это объясняется изменением фазы колебаний при отражении от конца двухпроводной линии.

Зная о существовании связи между напряжённостью  и напряжением , а также между  и током , можно для исследования стоячей волны использовать простые индикаторы: неоновую лампу или лампу накаливания.

Неоновая лампа, подключенная к двухпроводной линии в местах пучности напряжения, ярко загорается. Измеряя расстояние между двумя соседними пучностями в стоячей волне и учитывая то, что оно равно половине длины бегущей волны, легко вычислить искомую длину волны.

Определив частоту генератора электромагнитных колебаний, можно рассчитать и скорость распространения электромагнитных волн в воздухе

,                                               (28.4)

Экспериментальная установка состоит из генератора электромагнитных колебаний, индуктивно связанного с двухпроводной линией. В качестве индикатора использована миниатюрная неоновая лампа.

28. 2. Порядок выполнения работы

  1.  

Включить генератор колебаний (рис. 28.2).

  1.  Установить слабую индуктивную связь двухпроводной линии с генератором.
  2.  Перемещая индикатор напряжения вдоль двухпроводной разомкнутой на одном конце линии, отметить на шкале места пучностей стоячей волны и затем определить её длину.
  3.  Определить частоту генератора и рассчитать скорость распространения электромагнитных волн в воздухе.
  4.  Замкнуть двухпроводную линию и повторить пп. 3, 4.
  5.  Определить погрешность и сделать выводы.

Контрольные вопросы

  1.  Что называется колебательным контуром?
  2.  

Какие превращения энергии имеют место в колебательном контуре (рис. 28.3)?

  1.  Какие физические явления обусловливают электромагнитные колебания в контуре?
  2.  Какими параметрами определяется период электромагнитных колебаний?
  3.  

Каковы причины затухания колебаний в контуре?

  1.  Назвать способы получения незатухающих колебаний. Объяснить работу генератора (рис. 28.4).
  2.  Что называется электромагнитной волной?
  3.  Каковы причины распространения электромагнитной волны в двухпроводной линии?
  4.  Раскрыть физическое содержание уравнений Максвелла.
  5.  Каковы причины образования стоячих волн?
  6.  Как образуются волны в двухпроводной линии?

[2, § 299 − 234, 214]

191


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

12711. Создание простой модели в SolidWorks 2001 132 KB
  Практическая работа №2. Тема: Создание простой модели в SolidWorks 2001.Цель: Создание простой модели основания с применением инструментов эскиза прямоугольник окружность нанесением размеров добавлением бобышки выреза изменением элементов добавление скруглений измен...
12712. Создание модели детали типа Корпус в SolidWorks 2001 233.5 KB
  Практическая работа №3. Тема: Создание модели детали типа Корпус в SolidWorks 2001.Цель: Создание модели детали типа корпус с применением объектов эскиза: многоугольник окружность линия ось нанесением размеров добавлением бобышки выреза изменением элементов добавлен
12713. Создание модели детали типа Качалка в SolidWorks 2001 381 KB
  Практическая работа №4. Тема: Создание модели детали типа Качалка в SolidWorks 2001.Цель: Создание модели детали типа Качалка с применением различных инструментов эскиза знакомство с взаимосвязями эскиза и элементами. Необходимое оборудование и материалы: ПК перс
12714. Создание модели детали по сечениям в SolidWorks 2001Plus 151.5 KB
  Практическая работа №5. Тема: Создание модели детали по сечениям в SolidWorks 2001Plus.Цель: Создание твердотельного элемента путём соединения профилей элемента по сечениям. Необходимое оборудование и материалы: ПК персональный компьютер. Операционная система Windo...
12715. Создание сборки из нескольких деталей в SolidWorks2001Plus 427 KB
  Практическая работа №6. Тема: Создание сборки из нескольких деталей в SolidWorks2001Plus.Цель: Создание сборки из моделей деталей типа корпус кольцо вал и штифт. Необходимое оборудование и материалы: ПК персональный компьютер с операционной системой Windows 2000. Пр...
12716. Создание модели детали типа вал в SolidWork 2006 и чертежа вала в Компас 3D v8 477.5 KB
  Практическая работа №7. Тема:Создание модели детали типа вал в SolidWork 2006 и чертежа вала в Компас 3D v8.Цель: Научиться сохранять созданные в SolidWorks модели в промежуточном формате импортировать их в Компас и создавать чертежи деталей. Необходимое оборудование и материа...
12717. Создание чертежа детали типа Корпус2 в программе компас 3D 221 KB
  Практическая работа №8. Тема:Создание чертежа детали типа Корпус2 в программе компас 3D.Цель: Создание чертежа детали типа корпус с применением модели корпусной детали созданной в практической работе № 3. Необходимое оборудование и материалы: ПК персональный
12718. Организация производственного процесса во времени 171.5 KB
  Лабораторная работа №1 по дисциплине Организация производства и менеджмент: Организация производственного процесса во времени Вариант №6 1.ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА ВО ВРЕМЕНИ. Тема: Производственный цикл изготовления изделий и его виды. ...
12719. ПОТОЧНЫЕ МЕТОДЫ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА 194 KB
  Лабораторная работа №2 по дисциплине Организация производства и менеджмент: ПОТОЧНЫЕ МЕТОДЫ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА Вариант №6 Расчет и построение стандартпланов работы однопредметных поточных линий. Задача 2.1. Определить длину сборочного конвейера ...