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

58 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

29244. Культура 41.5 KB
  Это совпадение имени симптоматично оно лишний раз подчеркивает единство культуры народов включенных в орбиту европейского мира является знаком своеобразной культурной общности всех разноплеменных носителей европейских языков. Понятие цивилизация воспринимается как синоним слова культура В немецкой традиции впервые было сформулировано и стало весьма популярным представление о различии культуры и цивилизации. Со второй половины Х1Х века идея противопоставления культуры и цивилизации приобрела особое значение и...
29245. Религия как культурный феномен 30.5 KB
  Именно религия дает ответ на главный вопрос всех ценностнонормативных систем. Религия формирует у человека чувство независимости и уверенности в себе.Дюркгейм сравнивал религию в качестве интегратора социокультурных систем с клеем поскольку именно религия помогает людям осознавать себя как духовную общность скрепленную общими ценностями и общими целями.
29246. Феномен Ренессанса 37 KB
  Расцвет культуры Ренессанса приходится на XV XVI вв. В этой связи культура Ренессанса рассматривается как отрицание средневековья как антитеза средневековой схоластике. Такова самая общая в значительной мере поверхностная характеристика Ренессанса.
29247. Феномены русской, российской, советской культуры 52.5 KB
  Проблема самосознания русской культуры. Этапы становления русской идеи. Формирование русской национальной культуры на протяжении веков проходило в русле этнического разнообразия преодоления разобщенности в условиях интенсивного воздействия извне: соединение Запада и Востока наслоение различных этнических и региональных культурных типов временных компонентов конфессиональных общностей.
29248. Понятие культурной самоидентичности 32 KB
  Современные глобальные проблемы есть следствие логическое продолжение глубокой структурной несогласованности человеческой субъективности кризиса его самоидентичности. Распад социальной системы начинается с распада социальных связей и разрушения социальных субъектов кризиса их личностных ценностных ориентации и утраты самоидентичности. Проблема самоидентичности является стержнем ядром всей социальной проблематики.
29249. Символ. Смысловая структура символа 53.5 KB
  Языком культуры в широком смысле этого понятия называются те средства знаки символы тексты которые позволяют людям вступать в коммуникативные связи друг с другом ориентироваться в пространстве культуры. Язык культуры это универсальная форма осмысления реальности в которую организуются все вновь возникающие или уже существующие представления восприятия понятия образы и другие подобного рода смысловые конструкции носители смысла. Основной структурной единицей языка культуры с точки зрения семиотики являются знаковые системы.Любой...
29250. Культура как смысловое поле человеческой жизнедеятельности и способ реализации творческих возможностей человека 60.5 KB
  Речь не о какомто единственном и едином способе деятельности а о целом их ансамбле таком же сложном как и система созидательных способов деятельности деятельность распредмечивания изоморфносимметрична деятельности опредмечивания. Но и зеркально симметричным и возвращает нас к исходному пункту деятельности человеку. Какими качествами он должен обладать чтобы выполнить эту функцию Человек субъект деятельности.
29251. КУЛЬТУРА ЗАПАДНОЕВРОПЕЙСКОГО СРЕДНЕВЕКОВЬЯ 53.5 KB
  В этом исторически длительном социокультурном процессе развития феодального общества вырабатывался своеобразный тип отношений человека к миру качественно отличающий его как от культуры античного общества так и от последующей культуры Нового времени эпохи буржуазного производства. Именно христианство стало основной осью складывающегося с V века в Западной Европе мира которая влияла на все стороны жизни человека его духовные приоритеты устои общества. Следование этому образцу становилось смыслом жизни каждого человека так как...
29252. Строение культуры 38 KB
  Кагану Человек общество культура являются системными объектами. Культура понимается как система высшего уровня сложности. Изоморфность филогенеза и онтогенеза свидетельствуют о том что культура есть целостновсесторонний способ очеловечивания человека и человеческого рода и отдельного его представителя в процессе обретения им таких качеств которые природе неизвестны и порождаются преобразованием биологической формы бытия в социокультурную. Таким образом первичная форма существования культуры физическая культура.