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

50 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

11624. Особенности разработки диаграмм классов в среде IBM Rational Rose 2003 176.5 KB
  Лабораторная работа №2 часть1 Особенности разработки диаграмм классов в среде IBM Rational Rose 2003 Диаграмма классов является основным логическим представлением модели и содержит детальную информацию о внутреннем устройстве объектноориентированной программной системы и...
11625. Добавление и редактирование атрибутов классов 163.5 KB
  Лабораторная работа №2 часть2 Добавление и редактирование атрибутов классов Из всех графических элементов среды IBM Rational Rose 2003 класс обладает максимальным набором свойств главными из которых являются его атрибуты и операции. Поскольку именно диаграмма классов исполь...
11626. Добавление отношений на диаграмму классов и редактирование их свойств 183 KB
  Лабораторная работа №2 часть3 Добавление отношений на диаграмму классов и редактирование их свойств Диаграмма классов является логическим представлением структуры модели поэтому она должна содержать столько классов сколько необходимо для реализации всего проек
11627. Определение относительной теплоемкости газа 49 KB
  ОТЧЁТ по лабораторной работе № 4 Определение относительной теплоемкости газа. Цель работы: определить теплоемкость воздуха при постоянном объеме и температуре. Схема установки и расчётная формула: 4
11628. ГЕОДЕЗИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ОСАДОК ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ 922.5 KB
  Наблюдения за деформациями сооружений преследуют как научные цели (обоснование правильности теоретических расчетов устойчивости сооружений), так и производственно-технические (нормальная эксплуатация сооружения и принятие профилактических мер при выявленных недопустимых величинах деформаций).
11629. Оцінка економічних результатів діяльності аптечного підприємства ООО «Євроаптека» 272.5 KB
  Важлива роль в реалізації цього завдання відводиться аналізу господарської діяльності аптечного підприємства. З його допомогою виробляються відображення і тактика розвитку підприємства, обгрунтовуються плани і управлінські рішення, здійснюється контроль за виконанням, виявляються резерви підвищення ефективності торгової діяльності, здійснюються результати діяльності підприємства, його підрозділів і працівників.
11630. Изучение гармонических колебаний физического маятника 208.5 KB
  Цель работы: Изучение гармонических колебаний физического маятника и экспериментальное измерение ускорения свободного падения с помощью физического маятника. Описание установки: 1 – Однородный стержень 2 Опорная призма 3 – Винт 4 – Кронштейн Метод ...
11631. Измерение сопротивления проводника мостиком Уитстона 59.5 KB
  Цель работы: Определение неизвестных сопротивлений проводников катушек при помощи мостика Уитстона. Схема установки: Rx – неизвестное сопротивление R – магазин сопротивлений ADC – реохорд r1 сопротивление участка AD r2 – сопротивление участка DC Г – гальвано
11632. Исследование гальванометра магнитоэлектрической системы 40 KB
  Цель работы: Экспериментальное измерение основных характеристик гальванометра магнитоэлектрической системы. Схема установки: e Г гальванометр с неизвестным внутренним сопротивлением Rg Rm – магазин сопротивлений R потенциометр e ЭДС источника ток