Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
Електромагнітні хвилі
Електромагнітне поле. Електромагнітні хвилі та швидкість їх поширення. Шкала електромагнітних хвиль. Принципи радіозв'язку
Вивчення явища електромагнітної індукції показало, що зміна магнітного поля, в якому знаходиться провідний контур, викликає появу в цьому контурі індукційного (вихрового) електричного поля. Максвелл розвинув уявлення Фарадея про електромагнітну індукцію, довівши, що вихрове електричне поле з'являється в довільній частині простору, де існує змінне магнітне поле (незалежно від того, чи є там провідники, чи немає). А в середині 60-х років ХІХ ст. Максвелл дійшов висновку, що існує і зворотний процес: змінне електричне поле викликає появу змінного магнітного поля (вихрового). Отже, магнітне поле може створюватися не тільки електричним струмом (тобто рухомими електричними зарядами), але і змінним електричним полем (рис.5.2.15).
Сукупність нерозривно взаємопов'язаних змінних вихрових електричного і магнітного полів називають електромагнітним полем. У природі взагалі немає відокремлених одне від одного електричних і магнітних полів, а існують електромагнітні поля як особливий вид матерії, через який відбувається електромагнітна взаємодія.
Процес поширення змінного електромагнітного поля в просторі з плином часу називають електромагнітною хвилею. Максвелл показав, що швидкість поширення електромагнітної хвилі є величиною скінченною і у вакуумі дорівнює швидкості світла (тобто c 
3·108 м/с). Електромагнітні хвилі є поперечними, оскільки в кожній точці простору електрична напруженість 
, магнітна індукція 
і швидкість поширення цих хвиль 
взаємно перпендикулярні (рис.5.2.16). Із теорії Максвелла випливає, що швидкість поширення електромагнітної хвилі у речовині визначається за формулою
,
де c - швидкість електромагнітних хвиль у вакуумі;
e - діелектрична проникність;
m - магнітна проникність середовища.
Із формули (5.2.7) видно, що швидкість поширення електромагнітної хвилі в середовищі залежить від електричних і магнітних властивостей цього середовища.
Відстань, на яку поширюється електромагнітна хвиля за один період, тобто найкоротша відстань між таким двома точками хвилі, в яких і коливаються в однакових фазах, називають довжиною електромагнітної хвилі і позначають через l. За аналогією з механічними хвилями: 
= ln = l / T, де T - період, n - частота електромагнітних коливань. Із теорії Максвелла випливає, що довільний заряд, що рухається із прискоренням або коливається, випромінює електромагнітні хвилі.
Електромагнітна хвиля поширюється в діелектрику, але ще краще у вакуумі. Наявність прискорення - головна умова випромінювання електромагнітної хвилі.
У вакуумі електромагнітні хвилі досягають найбільшої швидкості - швидкості світла (c = 3·108 м/с).
Властивості електромагнітних хвиль найлегше вивчати, використовуючи передавач і приймач, які працюють на сантиметровому діапазоні. Випромінювання і приймання таких хвиль можна зробити спрямованими.
Досліди Герца і пізніше проведені експерименти показали, що електромагнітні хвилі мають такі властивості:
1) в однорідному середовищі поширюються рівномірно і прямолінійно;
2) відбиваються діелектриками, а ще краще провідниками, при цьому виконуються закони відбивання хвиль;
3) заломлюються;
4) фокусуються;
5) дають явища дифракції і інтерференції;
6) поляризуються.
Властивості електромагнітних хвиль виявились такими ж, як і властивості хвиль будь-якої іншої природи.
Електромагнітні хвилі мають майже необмежений діапазон частот і довжин хвиль. Шкалу цих хвиль наведено в дод. Весь діапазон поділяють на декілька вузьких ділянок, для яких установлено конкретні межі.
Радіохвилі поділяють на довгі (понад 10 км), середні (сотні метрів), короткі (десятки метрів). Усіх їх переважно використовують у радіозв'язку. Ультракороткі радіохвилі поділяють на метрові, дециметрові та міліметрові. Перші використовують у телебаченні, другі і треті - у радіолокації. Діапазон радіохвиль частково перекривається з інфрачервоними променями, які широко застосовують у техніці. У цьому діапазоні працюють лазери, фокусування променів яких дозволяє краще обробляти матеріали.
Ультрафіолетові промені використовують для знезаражування приміщень у лікарнях, стимуляції хімічних реакцій, утворення потрібних генних мутацій та ін. Поверхня Землі захищена від шкідливих складових ультрафіолетових променів Сонця озоновим шаром (О 3). Його збереження - це одна з важливих екологічних проблем.
Рентгенівське проміння отримують під час гальмування електронів, які прискорюються напругою в десятки кіловольтів. На відміну від світлового проміння видимого спектра й ультрафіолетового проміння, воно має значно меншу довжину хвиль. Причому довжина хвилі рентгенівського проміння є тим меншою, чим більша енергія електронів, які бомбардують перешкоду.
У встановленні природи цього випромінювання визначальними були дослідження українського вченого Івана Пулюя (1845 - 1918 рр.) на електронних вакуумних трубках власної конструкції, проведені задовго до відкриття В. Рентгена. Однак, В. Рентген першим запатентував відкриття Х-променів і тому їх називають рентгенівськими.
На сучасному етапі для добування рентгенівського проміння розроблені досить досконалі пристрої, які називають рентгенівськими трубками (рис.5.2.17). Катод 1 - вольфрамова спіраль, яка випромінює електрони внаслідок термоелектронної емісії. Циліндр 2 фокусує потік електронів, які потім падають на металевий електрод (анод) 3. При цьому виникає рентгенівське проміння. Напруга між анодом і катодом досягає кількох десятків кіловольтів. У трубці створюється глибокий вакуум; тиск газу в ній не перевищує 10-5 мм. рт. ст.
У потужних рентгенівських трубках анод охолоджують проточною водою, оскільки внаслідок гальмування електронів виділяється велика кількість теплоти. На корисне випромінювання йде лише близько 3 % енергії електронів.
Рентгенівські промені майже одразу знайшли застосування в медицині. Ці промені за довжиною перекриваються із g-промінням, яке утворюється під час розпаду нестійких ядер. Вони проходять через товстий шар металу, тому їх використовують для перевірки якості великих злитків, зон зварювання товстого металу та іншого. g-проміння використовують у медицині, геології та інших галузях.
Для утворення інтенсивних електромагнітних хвиль необхідно створити електромагнітні коливання досить високої частоти. Коливання високої частоти, яка значно перевищує частоту промислового струму (50 Гц), можна отримати за допомогою коливального контуру, частота власних коливань якого буде тим більшою, чим менша індуктивність і ємність конденсатора:
.
Для отримання електромагнітних хвиль Г. Герц використав простий пристрій, який нині називають вібратором Герца. Цей пристрій є відкритим коливальним контуром.
До відкритого коливального контуру можна перейти від закритого, якщо поступово збільшувати відстань між пластинами конденсатора, одночасно зменшуючи їх площу і кількість витків у котушці. Це і є відкритий коливальний контур (рис.5.2.18). Значення ємності та індуктивності вібратора Герца малі. Тому частота коливань досить велика.
Такий пристрій, що здатний випромінювати електромагнітні хвилі, Герц назвав антеною, що в перекладі означає вуса. Електромагнітні хвилі, які випромінюються, переносять із собою енергію. Поверхню площею S, через яку електромагнітні хвилі переносять енергію, називають хвильовою поверхнею (рис.5.2.19).
Густиною потоку електромагнітного випромінювання J називають електромагнітну енергію D W, яка проходить за час D t через перпендикулярну до променів поверхню площею S:
.
Іноді величину називають інтенсивністю хвилі. У СІ [ J ] = Вт/м2.
Густина потоку електромагнітних хвиль дорівнює добутку густини електромагнітної енергії wм на швидкість її поширення.
J = wм c.
Електромагнітні хвилі переносять енергію. Густина потоку випромінювання пропорційна значенню частоти в четвертому ступені:
J w4.
У зв'язку з цим на антенах радіостанцій виникають коливання великих частот.
Date: 2015-05-18; view: 1355; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА... |