50225

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН В ДВУХПРОВОДНОЙ ЛИНИИ

Лабораторная работа

Физика

Принципиальная схема установки или её главных узлов: Блоксхема лабораторной установки для изучения электромагнитных волн в двухпроводной линии Конструкции зондов для изучения распределения составляющих электромагнитного поля: а – петлевой зонд рамка; б – вибратор Схема установки для изучения электромагнитных волн в двухпроводной линии приведена на рис. В линии устанавливается распределение электромагнитного поля зависящее от величины нагрузочного сопротивления . Эти...

Русский

2014-01-18

160.5 KB

52 чел.

PAGE  2

Московский государственный университет

путей сообщения РФ (МИИТ)

Кафедра «Физика-2»

Институт, группа_УАС-111_______________    К работе допущен____________________

        (Дата, подпись преподавателя)

Студент   Рыженков Максим________________ Работа выполнена___________________

 (ФИО студента)      (Дата, подпись преподавателя)

Преподаватель__________________________ Отчёт принят_______________________          (Дата, подпись преподавателя)

ОТЧЁТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №_____31________

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН В ДВУХПРОВОДНОЙ ЛИНИИ

                                                               (Название лабораторной работы)

  1.  Цель работы:

 Изучение распределения электромагнитного поля в двухпроводной линии, влияние сопротивления нагрузки на это распределение и определение частоты колебаний электромагнитного поля.

2. Принципиальная схема установки (или её главных узлов):

Блок-схема лабораторной установки для изучения электромагнитных волн в двухпроводной линии

                                 

Конструкции зондов для изучения распределения составляющих электромагнитного поля: а – петлевой зонд (рамка); б – вибратор

Схема установки для изучения электромагнитных волн в двухпроводной линии приведена на рис. 4. Генератор 1 создает в двухпроводной линии 2 высокочастотные колебания. В линии устанавливается распределение электромагнитного поля, зависящее от величины нагрузочного сопротивления . Вдоль линии перемещается каретка, на которой расположены: зонд 3, детекторная секция 4 и измеритель тока 5. Наводимая в зонде 3 ЭДС детектируется и выпрямленный ток измеряется измерителем 5.


3.
Основные теоретические положения к данной работе 

Э л е к т р о м а г н и т н ы е   в о л н ы   в   д в у х п р о в о д н о й

л и н и и   б е с к о н е ч н о й   д л и н ы

Если в некоторой области свободного пространства возбудить переменное электрическое поле, то, согласно теории Максвелла, в этой области возникает переменное магнитное поле, в свою очередь порождающее переменное вихревое электрическое поле, и т.д. Эти взаимосвязанные электрические и магнитные поля образуют единое электромагнитное поле, распространяющееся, как это следует из теории Максвелла, со скоростью  [2]:

(1)

где  и  – диэлектрическая и магнитная постоянные;  и   относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости среды; показатель преломления среды.

От способа возбуждения электромагнитных волн зависит форма волнового фронта и волновых поверхностей. В простейшем случае, когда волновой фронт – плоскость, и волна распространяется в одном направлении, совпадающем, например, с положительным направлением оси X выбранной системы координат, в однородной, электронейтральной и непроводящей среде, ее можно описать уравнением

  где  – угловая (циклическая) частота;  – частота колебаний;  – волновое число;  – длина волны; x – координата точки, в которой в момент времени t определяется поле.

При рассмотрении отражения электромагнитных волн от нагрузки линии вводят коэффициенты отражения по напряжению  и току [3]:

(5)

(6)

где  – волновое сопротивление линии; сопротивление нагрузки,

Для отыскания распределения электромагнитного поля в двухпроводной линии при наличии отражений на разомкнутом конце запишем уравнения падающей и отраженной волн:

; ;

;

.

Результирующее электрическое поле

. (7)

Результирующее магнитное поле

. (8)

Формулы (7) и (8) показывают, что в линии будут происходить гармонические колебания с частотой . Амплитуды колебаний электрического поля  и магнитного поля  оказываются зависимыми от координаты, которая здесь отсчитывается от конца линии, и поэтому различны в разных точках линии. В определенных точках  (или ) достигает максимума. Эти точки называются пучностями электрического (или магнитного) поля. В точках, называемых узлами электрического (или магнитного) поля, амплитуда  (соответственно ) обращается в нуль.

Координаты пучностей электрического поля находим из условия:

, n = 0, 1, 2, … .

Отсюда координаты пучностей

. (9)

Из выражения (9) видно, что две соседние пучности электрического поля отстоят друг от друга на расстояние, равное .

Координаты узлов электрического поля находим из условия:

, n = 0, 1, 2, … .

Отсюда координаты узлов :

. (10)

Расстояние между двумя соседними узлами электрического поля также составляет .

Из сравнения формул (9) и (10) видно, что между двумя соседними пучностями располагается один узел и наоборот.

Из формулы (8) найдём координаты узлов и пучностей магнитного поля. Координаты узлов H находим из условия

, n = 0, 1, 2, … .

Отсюда координаты узлов :

. (11)

Из условия

находим координаты пучностей :

. (12)

Из формул (11) и (12) видно, что для магнитного поля, так же, как и для электрического, расстояние между двумя соседними узлами составляет  и между соседними узлами располагается одна пучность, а между пучностями – узел. Отличие в распределении электрического и магнитного  полей в стоячей электромагнитной волне состоит в том, что узлу электрического поля соответствует пучность магнитного поля, а пучности – узел.

Расстояние от конца линии

0

Линия на конце разомкнута

ZH =

E

H

Пучность

Узел

Узел

Пучность

Пучность

Узел

Узел

Пучность

Пучность

Узел

Узел

Пучность

Линия на конце коротко замкнута

ZH = 0

E

H

Узел

Пучность

Пучность

Узел

Узел

Пучность

Пучность

Узел

Узел

Пучность

Пучность

Узел

  Линия замкнута на волновое сопротивление .

В этом случае, как видно из формул (5) и (6), коэффициенты отражения .


4. Таблицы и графики
1.

п/п

Расстояние от конца линии

X, см

Показания прибора

I, мкА

Растояние от конца линии

X, см

Показания прибора

I, мкА


5. Расчёт погрешностей измерений
 

(указать метод расчёта погрешностей).

6. Окончательные результаты:

Подпись студента:


Лист – вкладыш

5. Расчёт погрешностей измерений (продолжение):


7. Дополнительная страница

(для размещения таблиц, теоретического материала и дополнительных сведений).

1 Графики выполняются на миллиметровой бумаге или в компьютерном виде с использованием программ построения графиков. Необходимо соблюдать правила построения графиков.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

3034. Альтернативные источники энергии: энергия волн 167 KB
  Энергия волн — энергия волн на поверхности океана, используемая для совершения полезной работы — генерации электроэнергии, опреснения воды и перекачки воды в резервуары. Энергия волн — возобновляемый источник энергии. Мощность волнени...
3035. Філософія Середніх віків 63.15 KB
  Середньовічна філософія являє собою той тривалий відрізок в історії європейської філософії, який безпосередньо пов'язаний з християнською релігією. Лише ті філософи, які розділяли релігійні та світські позиції християнства, могли розраховувати на популярність і визнання.
3036. Расчет гомогенизатора 138.29 KB
  Расчет гомогенизатора Цель работы: изучение теоретических основ процесса гомогенизации, знакомство с классификацией гомогенизаторов, изучение устройства и принципа действия плунжерного гомогенизатора и приобретение практических навыков по расчету пл...
3037. Исследование бессознательного человека 86 KB
  Безсознательное Существует масса примеров, на которых можно отобразить безсознательное, как модель. Присвоить ей определённые характеристики. Исследовать её. Например пробуждение человека от сна является ничем иным, как конфронтацией двух взаимно пр...
3038. СОБЕСЕДОВАНИЕ: ВАШ ЯЗЫК ЖЕСТОВ 42 KB
  Итак, вам необходимо найти работу. В ходе телефонных переговоров вами заинтересовались и пригласили на собеседование. Вы мысленно прокручиваете в голове сценарий предстоящей беседы и предвкушаете желаемый результат. А ...
3039. Вступ до мовознавства 253.26 KB
  Лекція №1 Тема: Предмет, завдання, місце і значення науки про мову. Галузі мовознавства. Наукове і практичне значення мовознавства. Термінологічний словник теми Білінгвізм, гуманітарні науки, діахронія, етнолінгвістика, загальне мовознавство, індиві...
3040. Моя чудова рідна мова. Виховний захід 57 KB
  Тема: Моя чудова рідна мова Мета: Розширити знання учнів про  рідну мову, формувати розуміння того, що мова – скарб народу, розвивати комунікативну компетентність учнів, виховувати почуття національної гідності, любові і поваги до рі...
3041. Бухгалтерский учет, анализ и аудит 571 KB
  Настоящее учебно-методическое пособие разработано в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования к уровню подготовки выпускника. Итоговым контролем процесса обучения в вузе и основанием для присвоения студенту высшей квалификации экономиста по специальности «Бухгалтерский учет, анализ и аудит» является междисциплинарный государственный экзамен...
3042. Будівельне матеріалознавство 2.45 MB
  Будівництво є частиною матеріальної культури суспільства, за ним можна судити про прогрес науки і техніки, особливості побуту, національні традиції. Людина почала будувати перші житла ще в епоху неоліту (3 тис. років до н.е.), використовуючи природні матеріали: камені, шматки дерева, глину.