Випромінювання і прийом електромагнітних хвиль. Передача інформації за допомогою електромагнітних хвиль.

В коливальному контурі,який складається з конденсатора ємністю С та котушки індуктивності L (рис.60.6) відбуваються електромагнітні коливання. Відбувається періодична перезарядка конденсатора, енергія електричного поля конденсатора переходить в енергію магнітного поля і навпаки. В такому коливальному контурі (рис. 60.6а) електричне поле зосереджене між пластинами конденсатора, а магнітне поле всередині котушки і такий контур не випромінює електромагнітних хвиль (маємо закритий коливальний контур). Щоб контур випромінював, необхідно, щоб поля охоплювали все більший простір. Це можна зробити, збільшуючи відстань між пластинами конденсатора (рис. 60.6б).

Маємо відкритий коливальний контур (рис.60.6в), який вже випромінює електромагнітні хвилі. Такий відкритий коливальний контур називається антеною (антена - від грецького - щогла).Незатухаючі коливання в антені здійснюються за допомогою генератора (лампового або транзисторного).

Передача інформації (радіомовлення, телебачення) за допомогою електромагнітних хвиль здійснюється їх модуляцією[13].

Наприклад, амплітудна модуляція – це значить амплітуда високочастотних електромагнітних хвиль змінюється за законом низькочастотних коливань (звук). В останній чає широкого застосування набув принцип частотної модуляції. Цей принцип полягає в тому, що амплітуда несучої частоти (частоти електромагнітної хвилі) залишається сталою, зате в такт з коливаннями низької частоти (звуку) відбувається незначна зміна несучої частоти. Такий принцип модуляції робить радіозв'язок більш стійким до перешкод. Особливо цей принцип модуляції застосовується на радіостанціях FM (від англійського frequency modulation, frequency – частота). Рис. 60.7 ілюструє амплітудну та частотну модуляції.

Виявити електромагнітні хвилі та добути з них інформацію, що передається можна за допомогою радіоприймача. Досягаючи антени радіоприймача електромагнітні хвилі збуджують в ній слабі змінні високочастотні струми. В приймальній антені одночасно наводяться високочастотні коливання від багатьох радіопередавачів (телецентрів). Тому одним з найважливіших елементів радіоприймача є селективний (вибірний) пристрій. Таким вибірним пристроєм є коливальний контур, який за допомогою конденсатора змінної ємності або котушки змінної індуктивності настроюється на частоту передавальної станції - наступає явище резонансу. Далі відібраний сигнал підсилюється, а потім з високочастотного сигналу за допомогою детектора виділяється корисний сигнал низької частоти, який теж підсилюється, але вже підсилювачем низької частоти. Підсилений низькочастотний сигнал поступає на гучномовець і ми чуємо звук (музику), що передає радіостанція.

 

 

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ.

1.Записати і пояснити рівняння Максвелла.

2.Що собою являє електромагнітна хвиля? Яка хвиля називається плоскою? Намалювати і пояснити графічне зображення плоскої хвилі.

3.Записати і пояснити рівняння плоскої електромагнітної хвилі.

4.Дати означення енергетичної характеристики електромагнітної хвилі (вектора Умова-Пойнтінга).

5.Пояснити утворення стоячої електромагнітної хвилі. Записати рівняння хвилі і дати означення пучностей та вузлів стоячої хвилі.

6.Пояснити експериментальний метод, дослідження стоячих електромагнітних хвиль.

7.Пояснити послідовність виконання лабораторної роботи. Пояснити метод визначення довжини електромагнітної хвилі за допомогою двопровідної лінії.

8.Як здійснюється випромінювання та прийом електромагнітних хвиль. Поясніть принципи амплітудної та частотної модуляцій.

 

Перелік використаних джерел

 

1. Кучерук І..М., Горбачук І.Т. Загальна фізика. Електрика і магнетизм.-К.: Вища школа., 1990-§§ 10.4, § §12.1-12.4,

2. Трофимова Т.Н. Курс физики. - М.: - Высшая школа, -1985 - § § 143, § § 14.6-14.8

3. Савельев И.В. Курс физики. Т.2: Электричество. Колебания и волны. -М.: Наука, 1989 §§ 66-67, §§ 70-71.

4. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Милковская Л.Б. Т.2 Электричество и магнетизм. -М.: Высшая школа, 1977 - §§ 22.1-22.4.

 

[1] Лоренц Хендрік (1853-1478) - нідерландський фізик

[2] „Силові лінії магнітного поля повинні входити в долоню лівої руки, чотири пальці напрямити в напрямі руху позитивно зарядженої частинки, тоді великий палець вкаже напрям сили Лоренца.”

[3] “ спін ” від англійського – обертатись. Спочатку вважали, що спіновий магнітний момент пов'язаний з обертанням самого електрона. Але таке механічне трактування виявилось зовсім нездатним. Спін електрона треба розуміти як його невід'ємну властивість таку саму, як і його електричний заряд, і будь-які механічні аналогії тут несприйнятливі.

[4] напруженість магнітного поля, як його характеристика, визначається тільки макрострумами (струмами провідності), які створюють магнітне поле і одиниця напруженості магнітного поля 1 А/м (див. лабораторну роботу № 59).

[5] індукція магнітного поля – силова характеристика поля. Одиниця індукції магнітного поля 1 Тл(див. лабораторну роботу № 54).

[6] Вивчаючи властивості сегнетоелектриків ми теж мали справу з фазовим переходом другого роду, де відбуваються руйнування електричних доменів – областей спонтанної поляризації.

[7] Індукція магнітного поля - силова характеристика поля. Одиниця індукції 1 Тл (тесла). 1 Тл=1 Н/А×м

[8] Області спонтанної (самовільної) поляризації теж називають доменами. такі електричні домени існують в сегнетоелектриках (див. Л. Р. №39).

[9] Явище гістерезису також властиве і сегнетоелектрикам, для яких крива поляризації при збільшенні напруженості зовнішнього поля не співпадає (відстає) від кривої при зменшенні зовнішнього електричного поля.

[10] Генрі Дж. (1757-1878) – американський фізик. Наукові роботи стосуються електромагнетизму. Відкрив явище самоіндукції.

[11] Магнітна проникність речовини μ – безрозмірна величина, яка визначається відношенням індукції В магнітного поля в речовині (за рахунок мікрострумів) до індукції В₀ магнітного поля у вакуумі (намагнічуючого поля мікрострумів), тобто μ= В/В₀. Магнітна проникність показує в скільки разів речовина “посилює” зовнішнє магнітне поле.

* Англійський фізик П.Дірак теоретично допустив існування особливих частинок з одним магнітним полюсом, які назвали монополі. Але поки що магнітні монополі експериментально не виявлені.

[12] Умов Н.А. (1846-1915) - російський фізик. Його роботи стосуються теорії коливних процесів, електрики, магнетизму, оптики.

Пойтінг Дж. Генрі (1852-1914) - англійський фізик. Його роботи стосуються явищ переносу енергії, теорії випромінювання і тиску світла.

[13] модуляція - від латинського modulatio - перехід з однієї тональності на іншу (в музиці)