Реферат: Электромагнитные волны

Реферат: Электромагнитные волны

 Л(L)+

Московская Государственная Академия Химического Машиностроения

МГАХМ

14.05.1995

Автор: Котяхов Игорь

                             2ДОМАШНЯЯ РАБОТА

                                 тема

                      _ 3Шкала электромагнитных волн

                  _ 3Условия излучения  и поглощения волн

     Источником электромагнитных волн в  действительности  может  быть

любой  электрический  колебательный контур или проводник,  по которому

течет переменный электрический ток,  так как для возбуждения  электро-

магнитных  волн  необходимо создать в пространстве переменное электри-

ческое поле (ток смещения) или соответственно переменное магнитное по-

ле.  Однако  излучающая способность источника определяется его формой,

размерами и частотой колебаний.  Чтобы излучение играло заметную роль,

необходимо увеличить объем пространства, в котором переменное электро-

магнитное поле создается Поэтому для получения  электромагнитных  волн

непригодны закрытые колебательные контуры, так как в них электрическое

поле сосредоточено между обкладками конденсатора, а магнитное -- внут-

ри катушки индуктивности.

     Герц в своих опытах,  уменьшая число  витков  катушки  и  площадь

пластин конденсатора, а также раздвигая их (рис.2 а,б), совершил пере-

ход от закрытого колебательного  контура  к  открытому  колебательному

контуру (вибратору Герца),  представляющему собой два стержня,  разде-

ленных искровым промежутком (рис. 2, в). Если в закрытом колебательном

контуре переменное электрическое тюле сосредоточено внутри конденсато-

ра (рис.  2,  с), то в открытом оно заполняет окружающее контур прост-

ранство (рис.2,а),  что существенно повышает интенсивность электромаг-

нитного излучения.  Колебания в такой системе поддерживаются  за  счет

источника э. д. с , подключенного к обкладкам конденсатора, а искровой

промежуток применяется для того, чтобы увеличить разность потенциалов,

до которой первоначально заряжаются обкладки.

     Для возбуждения электромагнитных волн вибратор Герца 8 подключал-

ся к индуктору И (рис.  3).  Когда напряжение на искровом промежутке

достигало пробивного значении, возникала искра, закорачивающая обе по-

ловины  вибратора,  и  в нем возникали свободные затухающие колебания.

При исчезновении искры контур размыкался и колебания прекращались. За-

тем  индуктор  снова заряжал конденсатор,  возникала искра и в контуре

опять наблюдались колебания и т.  д.  Для регистрации электромагнитных

волн  Герц  пользовался  вторым вибратором,  называемым резонатором Р,

имеющим такую же частоту собственных колебаний,  что и излучающий виб-

                                - 2 -

ратор,  т. е. настроенным в резонанс с вибратором Когда электромагнит-

ные волны достигали резонатора,  то в его зазоре проскакивала электри-

ческая искра.

     С помощью описанного вибратора Герц достиг частот порядка 100 МГц

и получил волны,  длина  7l 0 которых составляла примерно 3 м. П. Н. Лебе-

дев,  применяя миниатюрный вибратор из тонких платиновых  стерженьков,

получил миллиметровые электромагнитные волны с  7l 0 =6-4мм.

     Электромагнитные волны, электромагнитное поле, распространяющееся

в пространстве с конечной скоростью, зависящей от свойств среды. В ва-

кууме скорость распространения электромагнитной волны c 7 ~ 0 300 000 км/c

(скорость света). В однородных изотропных средах направления напряжён-

ностей электрических (Е) и магнитных (Н) полей  электромагнитных  волн

перпендикулярны друг другу и направлению распространения волны,  т. е.

электромагнитные волны являются поперечной.  В каждой точке пространс-

тва колебания  2Е 0 и  2Н 0 происходят в одной фазе.  С увеличением расстояния

R от источника Е и Н убывают как 1/R;  такое медленное убывание  полей

осуществить посредством электромагнитных волн связь на больших рассто-

яниях (радиосвязь, оптич. связь).

     Р а  д и о в о л н ы -- это электромагнитные волны,  служащие для

передачи сигналов (информации) на расстояние без проводов.  Радиоволны

создаются высокочастотными токами, текущими в антенне.

     В радиоволнах переменные электрическое  и  магнитное  поля  тесно

взаимосвязаны,  образуя электромагнитное поле.

┌─────────┬──────────────┬──────────────── 5┬ 0──────────────────────────┐

│Название │ Длина волны  │                 5│ 0        5                   0 │

│диапазона│ в свободном  │ Частота, Мгц    5│ 0   Область применения     │

│         │пространстве  │                 5│ 0                          │

│         │     м        │                 5│ 0                          │

├─────────┼──────────────┼──────────────── 5┼ 0──────────────────────────┤

│Сверхдли-│              │ 5  0                5│ 0 Радионавигация, радиоте- │

│нные     │ 100 000-     │ 3*10 5-3 0-3*10 5-2  │ 0 леграфная связь, переда- │

│ волны   │  10 000      │ 5                 0│ ча метеосводок           │

├─────────┼──────────────┼────────────────┼──────────────────────────┤

│Длинные  │ 10 000-      │                │ Радиотелеграфная и радио-│

│волны    │  1 000       │ 3*10 5-2 0 -3*10 5-1 0 │ телефонная связь, радио- │

│         │              │                │ вещание, радионавигация  │

                                - 3 -

├─────────┼──────────────┼────────────────┼──────────────────────────┤

│Средние  │ 1000-100     │ 3*10 5-1 0-3       │ Радиотелеграфия и радиот-│

│волны    │              │                │ елефонная связь, радиове-│

│         │              │                │ щание, радионавигация    │

├─────────┼──────────────┼────────────────┼──────────────────────────┤

│Короткие │ 100-10       │ 3-3*10         │ Радиовещание; радиотелег-│

│волны    │              │                │ рафия; радиотелефония и  │

│         │              │                │ радиолюбительская связь; │

│         │              │                │ космическая радиосвязь...│

├─────────┼──────────────┼────────────────┼──────────────────────────┤

│Ультра-  │              │                │                          │

│короткие │              │                │                          │

│волны    │              │                │                          │

│ (УКВ)   │              │                │                          │

│Метровые │    10-1      │ 3*10-3*10 52 0     │ Радиовещание, телевидение│

│         │              │                │ радиолокация, космическая│

│         │              │                │ радио связь и пр.        │

│         │              │                │                          │

│Децимет- │              │                │                          │

│ровые    │    1-0.1     │  3*10 52 0-3*10 53 0   │ Телевидение, радиолокация│

│         │              │                │ радиорелейная связь,     │

│         │              │                │ космическая радиосвязь,  │

│         │              │                │ сотовая телефонная связь │

│         │              │                │                          │

│Сантиме- │   0,1-0,01   │  3*10 53 0-3*10 54 0   │ Радиолокация, радиорелей-│

│тровые   │              │                │ ная связь, астрорадиона- │

│         │              │                │ вигация, спутниковое TV  │

│         │              │                │                          │

│миллимет-│ 0.01-0.001   │  3*10 54 0-3*10 55 0   │ Радиолокация             │

│ровые    │              │                │                          │

├─────────┼──────────────┼────────────────┼──────────────────────────┤

│Радиовол-│              │                │                          │

│ны оптич-│              │                │                          │

│еского   │              │                │                          │

│диапазона│              └┐               │                          │

│Инфракра-│1*10 5-3 0-7.5*10 5-7 0│ 3*10 55 0 -4*10 58 0  │  Квантовая радиоэлектро- │

│сные     │               │               │  ника.                   │

│         │               │               │                          │

                                - 4 -

│Видимый  │7.5*10 5-7 0-4*10 5-7 0│ 4*10 58 0-7.5*10 58 0 │                          │

│свет     │               │               │                          │

│         │               │               │                          │

│Ультра-  │               │               └┐                         │

│фиолето- │4*10 5-7 0-20*10 5-10 0│7.5*10 58 0 -15*10 510 0│                         │

│вые      │               │                │                         │

└─────────┴───────────────┴────────────────┴─────────────────────────┘

Радиоволны различной длины распространяются по разному.

     Для того, чтобы понять это, рассмотрим рис. 1, где показан земной

шар и передающая антенна в увеличенном виде. На высоте от 40 до 500 км

над Землей находится 1 ионосфера 0.  Она состоит из очень разреженных воз-

душных частиц,   1которые над действием солнечной радиации ионизированы.

Степень этой ионизации зависит от многих факторов:  день,  ночь, лето,

зима и т.  д., которые влияют на прохождение радиоволн. Например, днем

концентрация ионов больше и в ионосфере формируется несколько слоев, а

ночью концентрация уменьшается,  и эти слои выражены  слабее.  Главное

свойство ионосферы  -  это  возможность,  благодаря наличию заряженных

частиц, 1 отражать 0 радиоволны определенной длины волны.

     Длинные волны сильно поглощаются ионосферой  и  поэтому  основное

значение имеют приземные волны,  которые распространяются, огибая зем-

лю. Поскольку они распространяются в низких и плотных слоях атмосферы,

их  интенсивность  уменьшается сравнительно быстро по мере удаления от

передатчика.  Поэтому длинноволновые передатчики должны иметь  большую

мощность.

     Средние волны днем сильно поглощаются ионосферным слоем D и район

действия определяется только приземной волной.  Вечером однако они хо-

рошо отражаются ионосферой и район  действия  определяется  отраженной

волной (рис:. 1). Поэтому средневолновые передатчики принимаются вече-

ром лучше и дальше, чем днем.

     Короткие волны распространяются исключительно посредством отраже-

ния ионосферой, поэтому около передатчика существует т. н. зона молча-

ния (рис. 1). Короткие волны могут распространяться на большие рассто-

яния при малой мощности передатчика.  Например, в подходящее время су-

ток  с помощью любительского коротковолнового передатчика мощностью 50

Вт по телеграфному коду можно установить прочную связь меж Болгарией и

Австралией.  Добавим еще,  что днем лучшее прохождение имеют "наиболее

                                - 5 -

короткие" короткие волны (напр. 21 и 28 Гц), а ночью лучше распростра-

няются  "более  длинные" короткие волны (напр.  3,5 и 7 МГц).  По этой

причине любительское КВ передатчики, как правило, работают на несколь-

ких диапазонах, т. е. в зависимости от обстоятельств могут работать на

различных частотах, определяемых международной конвенцией для радиолю-

бительской деятельности.

     Ультракороткие волны распространяются только по прямой (как свет)

и,  как правило,  не отражаются ионосферой. Поэтому передающие антенны

для УКВ монтируются на специальных башнях, построенных на соответству-

ющих  высотах.  На УКВ диапазоне работают телевидение,  радиотелефоны,

пункты скорой помощи, машины такси и пр., имеющие район действия 10+50

км.