Реферат: Электромагнитные волны
<span Courier New""> Л(L)+
<span Courier New"">МосковскаяГосударственная Академия Химического Машиностроения
<span Courier New"">МГАХМ
<span Courier New"">14.05.1995
<span Courier New"">Автор: КотяховИгорь
<span Courier New"">
<span Courier New"">
<span Courier New""> 2ДОМАШНЯЯРАБОТА
<span Courier New"">
<span Courier New""> тема
<span Courier New"">
<span Courier New""> _ 3Шкалаэлектромагнитных волн
<span Courier New""> _ 3Условияизлучения и поглощения волн
<span Courier New"">
<span Courier New""> Источником электромагнитных волн в действительности может быть
<span Courier New"">любой электрический колебательный контур или проводник, по которому
<span Courier New"">течет переменныйэлектрический ток, так как длявозбуждения электро-
<span Courier New"">магнитных волн необходимо создать в пространстве переменное электри-
<span Courier New"">ческое поле (токсмещения) или соответственно переменное магнитное по-
<span Courier New"">ле. Однако излучающая способность источника определяется его формой,
<span Courier New"">размерами и частотойколебаний. Чтобы излучение игралозаметную роль,
<span Courier New"">необходимоувеличить объем пространства, в котором переменное электро-
<span Courier New"">магнитное полесоздается Поэтому для получения электромагнитных волн
<span Courier New"">непригоднызакрытые колебательные контуры, так как в них электрическое
<span Courier New"">полесосредоточено между обкладками конденсатора, а магнитное — внут-
<span Courier New"">ри катушкииндуктивности.
<span Courier New""> Герц в своих опытах, уменьшая число витков катушки и площадь
<span Courier New"">пластинконденсатора, а также раздвигая их (рис.2 а, б), совершил пере-
<span Courier New"">ход от закрытогоколебательного контура к открытому колебательному
<span Courier New"">контуру(вибратору Герца), представляющему собойдва стержня, разде-
<span Courier New"">ленных искровымпромежутком (рис. 2, в). Если в закрытом колебательном
<span Courier New"">контурепеременное электрическое тюле сосредоточено внутри конденсато-
<span Courier New"">ра (рис. 2, с),то в открытом оно заполняет окружающее контур прост-
<span Courier New"">ранство(рис.2, а), что существенно повышаетинтенсивность электромаг-
<span Courier New"">нитногоизлучения. Колебания в такой системеподдерживаются за счет
<span Courier New"">источника э. д. с, подключенного к обкладкам конденсатора, а искровой
<span Courier New"">промежутокприменяется для того, чтобы увеличить разность потенциалов,
<span Courier New"">до которойпервоначально заряжаются обкладки.
<span Courier New""> Для возбуждения электромагнитных волнвибратор Герца 8 подключал-
<span Courier New"">ся к индуктору И(рис. 3). Когда напряжение на искровом промежутке
<span Courier New"">достигалопробивного значении, возникала искра, закорачивающая обе по-
<span Courier New"">ловины вибратора, и в нем возникали свободныезатухающие колебания.
<span Courier New"">При исчезновенииискры контур размыкался и колебания прекращались. За-
<span Courier New"">тем индуктор снова заряжал конденсатор, возникала искра и в контуре
<span Courier New"">опять наблюдалиськолебания и т. д. Для регистрации электромагнитных
<span Courier New"">волн Герц пользовался вторымвибратором, называемым резонатором Р,
<span Courier New"">имеющим такую жечастоту собственных колебаний, что иизлучающий виб-
<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA"><span Courier New"">
<span Courier New""> — 2 -
<span Courier New"">
<span Courier New"">ратор, т. е. настроенным в резонанс с вибраторомКогда электромагнит-
<span Courier New"">ные волныдостигали резонатора, то в его зазорепроскакивала электри-
<span Courier New"">ческая искра.
<span Courier New""> С помощью описанного вибратора Герц достигчастот порядка 100 МГц
<span Courier New"">и получилволны, длина 7l 0 которыхсоставляла примерно 3 м. П. Н. Лебе-
<span Courier New"">дев, применяя миниатюрный вибратор из тонкихплатиновых стерженьков,
<span Courier New"">получилмиллиметровые электромагнитные волны с 7l 0 =6-4мм.
<span Courier New""> Электромагнитные волны, электромагнитноеполе, распространяющееся
<span Courier New"">в пространстве сконечной скоростью, зависящей от свойств среды. В ва-
<span Courier New"">кууме скоростьраспространения электромагнитной волны c 7 ~ 0 300 000 км/c
<span Courier New"">(скорость света).В однородных изотропных средах направления напряжён-
<span Courier New"">ностейэлектрических (Е) и магнитных (Н) полей электромагнитных волн
<span Courier New"">перпендикулярныдруг другу и направлению распространения волны, т. е.
<span Courier New"">электромагнитныеволны являются поперечной. В каждойточке пространс-
<span Courier New"">тва колебания 2Е 0 и 2Н 0 происходят в одной фазе. С увеличением расстояния
<span Courier New"">R от источника Еи Н убывают как 1/R; такое медленноеубывание полей
<span Courier New"">осуществитьпосредством электромагнитных волн связь на больших рассто-
<span Courier New"">яниях(радиосвязь, оптич. связь).
<span Courier New"">
<span Courier New"">
<span Courier New""> Р а д и о в о л н ы — это электромагнитные волны, служащие для
<span Courier New"">передачи сигналов(информации) на расстояние без проводов. Радиоволны
<span Courier New"">создаютсявысокочастотными токами, текущими в антенне.
<span Courier New""> В радиоволнах переменныеэлектрическое и магнитное поля тесно
<span Courier New"">взаимосвязаны, образуя электромагнитное поле.
<span Courier New"">┌─────────┬──────────────┬──────────────── 5┬ 0──────────────────────────┐
<span Courier New"">│Название│ Длина волны │ 5│ 0 5 0 │
<span Courier New"">│диапазона│в свободном │ Частота, Мгц 5│ 0 Область применения │
<span Courier New"">│ │пространстве │ 5│ 0 │
<span Courier New"">│ │ м │ 5│ 0 │
<span Courier New"">├─────────┼──────────────┼──────────────── 5┼ 0──────────────────────────┤
<span Courier New"">│Сверхдли-│ │ 5 0 5│ 0Радионавигация, радиоте- │
<span Courier New"">│нные │ 100 000- │3*10 5-3 0-3*10 5-2 │ 0 леграфная связь, переда- │
<span Courier New"">│волны │ 10 000 │ 5 0│ ча метеосводок │
<span Courier New"">├─────────┼──────────────┼────────────────┼──────────────────────────┤
<span Courier New"">│Длинные │ 10 000- │ │ Радиотелеграфная ирадио-│
<span Courier New"">│волны │ 1 000 │3*10 5-2 0 -3*10 5-1 0 │ телефонная связь, радио-│
<span Courier New"">│ │ │ │ вещание,радионавигация │
<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA"><span Courier New"">
<span Courier New""> — 3 -
<span Courier New"">
<span Courier New"">├─────────┼──────────────┼────────────────┼──────────────────────────┤
<span Courier New"">│Средние │ 1000-100 │ 3*10 5-1 0-3 │ Радиотелеграфия и радиот-│
<span Courier New"">│волны │ │ │ елефонная связь,радиове-│
<span Courier New"">│ │ │ │ щание,радионавигация │
<span Courier New"">├─────────┼──────────────┼────────────────┼──────────────────────────┤
<span Courier New"">│Короткие│ 100-10 │ 3-3*10 │ Радиовещание;радиотелег-│
<span Courier New"">│волны │ │ │ рафия; радиотелефонияи │
<span Courier New"">│ │ │ │ радиолюбительскаясвязь; │
<span Courier New"">│ │ │ │ космическаярадиосвязь...│
<span Courier New"">├─────────┼──────────────┼────────────────┼──────────────────────────┤
<span Courier New"">│Ультра- │ │ │ │
<span Courier New"">│короткие│ │ │ │
<span Courier New"">│волны │ │ │ │
<span Courier New"">│(УКВ) │ │ │ │
<span Courier New"">│Метровые│ 10-1 │ 3*10-3*10 52 0 │ Радиовещание, телевидение│
<span Courier New"">│ │ │ │ радиолокация,космическая│
<span Courier New"">│ │ │ │ радио связь и пр. │
<span Courier New"">│ │ │ │ │
<span Courier New"">│Децимет-│ │ │ │
<span Courier New"">│ровые │ 1-0.1 │ 3*10 52 0-3*10 53 0 │ Телевидение, радиолокация│
<span Courier New"">│ │ │ │ радиорелейнаясвязь, │
<span Courier New"">│ │ │ │ космическаярадиосвязь, │
<span Courier New"">│ │ │ │ сотовая телефоннаясвязь │
<span Courier New"">│ │ │ │ │
<span Courier New"">│Сантиме-│ 0,1-0,01 │ 3*10 53 0-3*10 54 0 │ Радиолокация, радиорелей-│
<span Courier New"">│тровые │ │ │ ная связь,астрорадиона- │
<span Courier New"">│ │ │ │ вигация, спутниковое TV │
<span Courier New"">│ │ │ │ │
<span Courier New"">│миллимет-│0.01-0.001 │ 3*10 54 0-3*10 55 0 │ Радиолокация │
<span Courier New"">│ровые │ │ │ │
<span Courier New"">├─────────┼──────────────┼────────────────┼──────────────────────────┤
<span Courier New"">│Радиовол-│ │ │ │
<span Courier New"">│ныоптич-│ │ │ │
<span Courier New"">│еского │ │ │ │
<span Courier New"">│диапазона│ └┐ │ │
<span Courier New"">│Инфракра-│1*10 5-3 0-7.5*10 5-7 0│3*10 55 0 -4*10 58 0 │ Квантовая радиоэлектро-│
<span Courier New"">│сные │ │ │ ника. │
<span Courier New"">│ │ │ │ │
<span Courier New";mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA"><span Courier New"">
<span Courier New""> — 4 -
<span Courier New"">
<span Courier New"">│Видимый │7.5*10 5-7 0-4*10 5-7 0│4*10 58 0-7.5*10 58 0 │ │
<span Courier New"">│свет │ │ │ │
<span Courier New"">│ │ │ │ │
<span Courier New"">│Ультра- │ │ └┐ │
<span Courier New"">│фиолето-│4*10 5-7 0-20*10 5-10 0│7.5*10 58 0-15*10 510 0│ │
<span Courier New"">│вые │ │ │ │
<span Courier New"">└─────────┴───────────────┴────────────────┴─────────────────────────┘
<span Courier New"">
<span Courier New"">
<span Courier New"">Радиоволныразличной длины распространяются по разному.
<span Courier New""> Для того, чтобы понять это, рассмотримрис. 1, где показан земной
<span Courier New"">шар и передающаяантенна в увеличенном виде. На высоте от 40 до 500 км
<span Courier New"">над Землейнаходится 1 ионосфера 0. Онасостоит из очень разреженных воз-
<span Courier New"">душныхчастиц, 1которые над действиемсолнечной радиации ионизированы.
<span Courier New"">Степень этойионизации зависит от многих факторов: день, ночь, лето,
<span Courier New"">зима и т. д., которые влияют на прохождение радиоволн.Например, днем
<span Courier New"">концентрацияионов больше и в ионосфере формируется несколько слоев, а
<span Courier New"">ночьюконцентрация уменьшается, и эти слоивыражены слабее. Главное
<span Courier New"">свойствоионосферы - это возможность, благодаря наличиюзаряженных
<span Courier New"">частиц, 1отражать 0 радиоволны определенной длины волны.
<span Courier New""> Длинные волны сильно поглощаютсяионосферой и поэтому основное
<span Courier New"">значение имеютприземные волны, которыераспространяются, огибая зем-
<span Courier New"">лю. Поскольку онираспространяются в низких и плотных слоях атмосферы,
<span Courier New"">их интенсивность уменьшается сравнительно быстро по мере удаления от
<span Courier New"">передатчика. Поэтому длинноволновые передатчики должныиметь большую
<span Courier New"">мощность.
<span Courier New""> Средние волны днем сильно поглощаютсяионосферным слоем D и район
<span Courier New"">действияопределяется только приземной волной. Вечером однако они хо-
<span Courier New"">рошо отражаютсяионосферой и район действия определяется отраженной
<span Courier New"">волной (рис:. 1).Поэтому средневолновые передатчики принимаются вече-
<span Courier New"">ром лучше идальше, чем днем.
<span Courier New""> Короткие волны распространяютсяисключительно посредством отраже-
<span Courier New"">ния ионосферой,поэтому около передатчика существует т. н. зона молча-
<span Courier New"">ния (рис. 1).Короткие волны могут распространяться на большие рассто-
<span Courier New"">яния при малоймощности передатчика. Например, вподходящее время су-
<span Courier New"">ток с помощью любительского коротковолновогопередатчика мощностью 50
<span Courier New"">Вт потелеграфному коду можно установить прочную связь меж Болгарией и
<span Courier New"">Австралией. Добавим еще, что днем лучшее прохождение имеют «наиболее
<span Courier New»;mso-fareast-font-family: Calibri;mso-fareast-theme-font:minor-latin;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA"><span Courier New"">
<span Courier New""> — 5 -
<span Courier New"">
<span Courier New"">короткие"короткие волны (напр. 21 и 28 Гц), а ночью лучше распростра-
<span Courier New"">няются «более длинные» короткие волны (напр. 3,5 и 7 МГц). По этой
<span Courier New"">причинелюбительское КВ передатчики, как правило, работают на несколь-
<span Courier New"">ких диапазонах,т. е. в зависимости от обстоятельств могут работать на
<span Courier New"">различныхчастотах, определяемых международной конвенцией для радиолю-
<span Courier New"">бительскойдеятельности.
<span Courier New""> Ультракороткие волны распространяютсятолько по прямой (как свет)
<span Courier New"">и, как правило, не отражаются ионосферой. Поэтому передающие антенны
<span Courier New"">для УКВмонтируются на специальных башнях, построенных на соответству-
<span Courier New"">ющих высотах. На УКВ диапазоне работают телевидение, радиотелефоны,
<span Courier New"">пункты скоройпомощи, машины такси и пр., имеющие район действия 10+50
<span Courier New"">км.
<span Courier New"">