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

33 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

22848. ТЕПЛОВЕ РОЗШИРЕННЯ ТВЕРДОГО ТІЛА 340.5 KB
  Дійсно сили що тримають атоми у вузлах ґратки малі і тому достатньо вже теплової енергії самих атомів аби змістити їх з положення рівноваги. До поняття про коливання атомів твердого тіла можна дійти шляхом аналізу природи міжатомних сил. Положення рівноваги атомів визначається з умови рівності сил притягання і відштовхування діючих на атом. Якщо змінюється відстань тільки відносно одного з атомів то енергію Wx треба...
22849. ВИЗНАЧЕННЯ СЕРЕДНЬОГО ЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОТИ ВИПАРОВУВАННЯ РІДИНИ 120 KB
  ВИЗНАЧЕННЯ СЕРЕДНЬОГО ЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОТИ ВИПАРОВУВАННЯ РІДИНИ. Випаровування це процес зміни агрегатного стану речовини перехід речовини із конденсованого стану в газоподібний. Кількість теплоти яку необхідно надати рідині при ізотермічному утворенні одиниці маси пари називають теплотою випаровування. Для визначення середнього значення теплоти випаровування води в даній роботі використовується метод який грунтується на використанні рівняння КлапейронаКлаузіуса.
22850. ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТУ ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ ПОВІТРЯ 182 KB
  Через довiльну коаксiальну поверхню радiуса y за одиницю часу пройде кiлькiсть теплоти 5 де l довжина дротини.Розділивши в виразі 5 змінні одержимо 6 де внутрішній радiус трубки температура дослiджуваного газу повiтря бiля внутрішньої поверхнi трубки а радiус дротини температура дротини. Зі співвідношення 6 випливає що 7 Таким чином для визначення коефіцієнта теплопровідності треба знати кiлькiсть теплоти яка щосекунди...
22851. ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ ТВЕРДИХ ТІЛ 111 KB
  Кількість теплоти Q що переноситься через поверхню площею S за час при градієнті температур визначається як: 1 де коефіцієнт теплопровідності середовища. Таким чином значення коефіцієнта теплопровідності матеріалу можна знайти безпосередньо якщо користуватись формулою 1. для визначення коефіцієнта теплопровідності твердих тіл.
22852. ПОБУДОВА ДІАГРАМИ СТАНУ СПЛАВІВ 49 KB
  Сплавом називають систему в твердому стані яку отримують сплавленням двох або більшої кількості компонент. Діаграми стану сплавів характеризують залежність температур фазових переходів зокрема плавлення і кристалізації від концентрації сплаву. Евтектика характеризується сталою температурою плавлення яка нижче температури плавлення компонент. Інтерметалічна сполука характеризується сталою температурою плавлення яка як правило вища за температуру плавлення компонент AuZn CdMg та ін.
22853. ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОЄМНІСТі МЕТАЛІВ МЕТОДОМ ОХОЛОДЖЕННЯ 626.5 KB
  Теплоємність термодинамічної системи це кількість теплоти яку необхідно надати цій системі щоб збільшити її температуру на К. Розрізняють теплоємність питому молярну . Теплоємність термодинамічної системи С. Крім того за умовами визначення теплоємності розрізняють теплоємність що визначається за сталого обєму та за сталого тиску .
22854. ВИЗНАЧЕННЯ ВІДНОШЕННЯ ТЕПЛОЄМНОСТЕЙ ПОВІТРЯ ЗА СТАЛОГО ТИСКУ І СТАЛОГО ОБ’ЄМУ 96 KB
  Знання  є важливим оскільки безпосереднє вимірювання CV становить значні експериментальні труднощі при V=const маса газу а отже його теплоємніcть завжди малі порівняно з відповідними величинами для калориметра і теплоємність CV звичайно обчислюють за формулою CV = CP  оскільки вимірювати CP значно зручніше. Відповідно до класичної теорії теплоємності ідеальних газів для одноатомного газу теплоємність CV = 3R 2 для газу що складається із двоатомних молекул міжядерну відстань у яких при не дуже високих температурах можна...
22855. Спостереження броунівського руху і визначення числа Авогадро 89 KB
  1 взятому з роботи Жана Перрена 18701942 точками відмічені послідовні положення однієї і тієї ж частинки через кожні 30 секунд. Напрямок і величина рівнодійної сили ударів молекул змінюється з великою частотою внаслідок чого відбувається зміна напряму руху броунівської частинки. Відносно великі частинки під дією поштовхів набувають невеликих прискорень тому їх швидкість практично не змінюється і частинка лишається нерухомою. Незважаючи на випадковий характер величини і напрямку сили що діє на броунівську частинку хаотичний...
22856. Маркировка: понятие, назначение, виды, носители информации. Содержание маркировки. Требования к маркировке в НД 18.62 KB
  Текст является наиболее распространенным элементом, наиболее доступным для потребителей и других субъектов рыночных отношений. В тексте товарной маркировки могут быть использованы все формы товарной информации.