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

30 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

73740. Социально-экономические и правовые основы государственного регулирования несостоятельности (банкротств) в России 33.19 KB
  Особое внимание в Уставе уделялось статусу торгового предприятия должника. Конечная цель данного правового института соразмерное удовлетворение требований кредиторов несостоятельного должника и освобождение последнего от долгов с предоставлением возможности снова приступить к коммерческой деятельности. Нормы дореволюционного конкурсного права характеризуются высокой степенью разработанности с точки зрения интересов как должника так и кредиторов. Несостоятельность банкротство признанная арбитражным судом неспособность должника в полном...
73742. Актуальные проблемы истории философии 185 KB
  Философия зародилась примерно 2500 лет назад в странах древнего мира — Индии, Китае, Египте. Совершенства и классических форм она достигла позднее, в Древней Греции и Риме.
73743. Западная философия ХХ века: диалог о человеке и человечестве 136 KB
  Если классическая философия Запада характеризовалась общностью понимания целей и задач философии, то в современной философии, на первый план выходят различия, зачастую анализ отдельных философских проблем оформляется в самостоятельные направления.
73744. ПРЕСТУПЛЕНИЯ ПРОТИВ ЖИЗНИ И ЗДОРОВЬЯ ЧЕЛОВЕКА 201 KB
  Убийство при отягчающих обстоятельствах относящихся к объективным признакам преступления пункты 16 ч. Убийство при отягчающих обстоятельствах относящихся к субъективным признакам преступления пункты 714 16 ч. Убийство матерью новорожденного ребенка. Убийство совершенное в состоянии аффекта.
73746. Теоретичні засади анімації в туризмі 74.5 KB
  Анімаційна діяльність у сфері туризму є невід’ємною частиною культурно-дозвіллєвої діяльності соціуму взагалі і окремої людини зокрема. Для розуміння анімаційних процесів необхідно чітко визначитись з більш ґрунтовними поняттями, з поняттям „дозвілля”.