6968

Изучение диполя. Волновая зона. Мощность изучения диполя

Доклад

Физика

Изучение диполя. Волновая зона. Мощность изучения диполя Диполь идеализированная система, служащая для приближённого описания распространения поля. Дипольное приближение основано на разложении потенциалов поля в ряд по степеням радиус-вектора...

Русский

2013-01-11

19.49 KB

31 чел.

Изучение диполя. Волновая зона. Мощность изучения диполя

Дипо́ль — идеализированная система, служащая для приближённого описания распространения поля. Дипольное приближение основано на разложении потенциалов поля в ряд по степеням радиус-вектора и отбрасывании всех членов выше первого порядка. Полученные функции будут эффективно описывать поле в случае, если:

  1. размеры излучающей поле системы малы по сравнению с рассматриваемыми расстояниями, так что отношение характерного размера системы к длине радиус-вектора является малой величиной и имеет смысл рассмотрение лишь первых членов разложения потенциалов в ряд;
  2. член первого порядка в разложении не равен 0, в противном случае нужно использовать приближение более высокой мультипольности;
  3. в уравнениях рассматриваются градиенты потенциалов не выше первого порядка.

Типичный пример диполя — два заряда, равных по величине и противоположных по знаку, находящихся на расстоянии друг от друга, очень малом по сравнению с расстоянием до точки наблюдения. Поле такой системы полностью описывается дипольным приближением.

Простейшим излучателем электромагнитных волн является электрический диполь, электрический момент которого изменяется во времени по гармоническому закону

р = р0coswt,

где р0 — амплитуда вектора р. Примером подобного диполя может служить система, состоящая из покоящегося положительного заряда +Q и отрицательного заряда -Q, гармонически колеблющегося вдоль направления р с частотой w.

Задача об излучении диполя имеет в теории излучающих систем важное значение, так как всякую реальную излучающую систему (например, антенну) можно рассчитывать рассматривая излучение диполя. Кроме того, многие вопросы взаимодействия излучения с веществом можно объяснить на основе классической теории, рассматривая атомы как системы зарядов, в которых электроны совершают гармонические колебания около их положений равновесия.

Характер электромагнитного поля диполя зависит от выбора рассматриваемой точки. Особый интерес представляет так называемая волновая зона диполя — точки пространства, отстоящие от диполя на расстояниях r, значительно превышающих длину волны (r>>l),— так как в ней кар-

тина электромагнитного поля диполя сильно упрощается. Это связано с тем, что в волновой зоне диполя практически остаются только «отпочковавшиеся» от диполя, свободно распространяющиеся поля, в то время как поля, колеблющиеся вместе с диполем и имеющие более сложную структуру, сосредоточены в области расстояний r<=l.

Если волна распространяется в однородной изотропной среде, то время прохождения волны до точек, удаленных от диполя на расстояние r, одинаково. Поэтому во всех точках сферы, центр которой совпадает с диполем, фаза колебаний одинакова, т. е. в волновой зоне волновой фронт будет сферическим и, следовательно, волна, излучаемая диполем, есть сферическая волна.

В каждой точке векторы Е и Н колеблются по закону cos(wt-kr), амплитуды этих векторов пропорциональны 1/rsinq

(для вакуума), т. е. зависят от расстояния r до излучателя и угла q между направлением радиуса-вектора и осью диполя. Отсюда следует, что интенсивность излучения диполя в волновой зоне I~sin2q/r2.

Зависимость I от q при заданном значении r, в полярных координатах называется диаграммой направленности излучения диполя. диполь сильнее всего излучает в направлениях, перпендикулярных его оси (q=p/2). Вдоль своей оси (q=0 и q=p) диполь не излучает вообще. Диаграмма направленности излучения диполя позволяет формировать излучение с определенными характеристиками и используется при конструировании антенн.

Впервые электромагнитные волны были использованы через семь лет после опытов Герца. 7 мая 1895 г. преподаватель физики офицерских минных классов А.С.Попов (1859—1906) на заседании Русского физико-химического общества продемонстрировал первый в мире радиоприемник, открывший возможность практического использования электромагнитных волн для беспроволочной связи, преобразившей жизнь человечества. Первая переданная в мире радиограмма содержала лишь два слова: «Генрих Герц». Изобретение радио Поповым сыграло огромную роль в деле распространения и развития теории Максвелла.

Электромагнитные волны сантиметрового и миллиметрового диапазонов, встречая на своем пути преграды, отражаются от них. Это явление лежит в основе радиолокации — обнаружения предметов (например, самолетов, кораблей и т. д.) на больших расстояниях и точного определения их положения. Помимо этого, методы

радиолокации используются для наблюдения прохождения и образования облаков, движения метеоритов в верхних слоях атмосферы и т. д.

Для электромагнитных волн характерно явление дифракции — огибания волнами различных препятствий. Именно благодаря дифракции радиоволн возможна устойчивая радиосвязь между удаленными пунктами, разделенными между собой выпуклостью Земли. Длинные волны (сотни и тысячи метров) применяются в фототелеграфии, короткие волны (несколько метров и меньше) применяются в телевидении для передачи изображений на небольшие расстояния (немногим больше пределов прямой видимости). Электромагнитные волны используются также в радиогеодезии для очень точного определения расстояний с помощью радиосигналов, в радиоастрономии для исследования радиоизлучения небесных тел и т. д. Полное описание применения электромагнитных волн дать практически невозможно, так как нет областей науки и техники, где бы они не использовались.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

3364. Антикризисное управление. Конспект лекций 774 KB
  Конспект лекций соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования. Доступность и краткость изложения позволяют быстро и легко получить основные знания по предмету, подготовиться и успешно сда...
3365. АУДИТ Опорний курс лекцій 1.15 MB
  Даний опорний курс лекцій присвячений дисципліні «Аудит» («Організація і методика аудиту»), яка завершує процес підготовки фахівців з бухгалтерського обліку  і аудиту, і розкриває основні теми дисципліни, передбачені навчальними планами підгото...
3366. Відсоткові розрахунки 38.51 KB
  Відсоткові розрахунки Мета: повторити і систематизувати зі студентами матеріал шкільного курсу по темам «Відношення та пропорції», «Відсотки», навести приклади, виробляти уміння та навички знаходити невідомий член пропорції, відсоток від числа, числ...
3367. Логістика в морському транспорті 444.5 KB
  ВСТУП Актуальність дисципліни “Логістика в морському транспорті” полягає в застосуванні логістичних принципів в організації руху матеріалопотоку і супутніх йому фінансових та інформаційних потоків на морському транспорті сприяє підв..
3368. Безпека життєдіяльності як категорія. Наукові засади безпеки життєдіяльності 27.04 KB
  Безпека життєдіяльності як категорія. Наукові засади безпеки життєдіяльності. Згідно з європейською програмою Form-ose, науки про безпеку пов’язані з: гуманітарними науками (філософія, теологія, лінгвістика та інші) природничими нау...
3369. Биохимия. Гормоны, белки, углеводы, холестерин и другие биохимические элементы жизнедеятельности человека 1.02 MB
  Структура, свойства и функции белков. Выяснение структуры белков является одной из главных проблем современной биохимии. Белковые молекулы представляют собой высокомолекулярные соединения, образованные аминокислотами. Большинство белков имеют 4 уров...
3370. Классическая генетика 130.5 KB
  Код раздела :1   Что такое аллельные гены? -гены, отвечающие за проявление разных вариантов одного и того же признака; -гены, расположенные в негомологичных локусах хромосом; +гены, расположенные в одинаковых локусах гомологичных хромосом; -ген...
3371. Медицинская генетика 171.5 KB
  Ретроспективное консультирование в МГК это: +консультирование после рождения больного ребенка, относительно здоровья будущих детей; -в семье нет больных детей, но имеет место близкородственный брак, -консультирование в связи с бесплод...
3372. Молекулярные основы наследственности 983 KB
  Молекулярные основы наследственности Свойство организмов обеспечивать материальную и функциональную преемственность между поколениями. Связь между поколениями, которая обеспечивается половыми или соматическими клетками называется..