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"">