Електромагнітні хвилі

Передача електроенергії.

Для зменшення втрат електроенергії на нагрівання провідників під час її передачі, відповідно до закону Джоуля-Ленца , необхідно зменшувати силу струму, тому перш ніж передавати електроенергію електричний струм трансформують. За допомогою трансформатора зменшують силу струму в декілька разів і в стільки ж разів збільшують напругу (до 500 кВ). Біля споживачів напругу навпаки знижують за допомогою трансформаторів.

1. Електромагнітна хвиля – поширення змінного електромагнітного поля в просторі.

2. Джерело електромагнітних хвиль – електричний заряд, що рухається з прискоренням.

3.

Поширення електромагнітних хвиль у просторі

4. Закритий коливальний контур складається з конденсатора і котушки. Сам по собі закритийколивальний контур не випромінює електромагнітні хвилі, оскільки енергія електричного поля сконцентрована в конденсаторі, а магнітного поля – в котушці.

5. Як перейти від закритого коливального контура до відкритого? Оскільки в просторі добре поширюються електромагнітні хвилі, великої частоти, то для збільшення власної частоти коливань контура треба зменшувати його індуктивнісь (тобто кількість витків в катушці) і ємність (тобто площу пластин конденсатора і відстань між пластинами). Врешті решт вийде просто прямолінійний провідник.

6. Відкритий коливальний контур являє собою прямолінійний провідник. Перевагою відкритого коливального контура є те, що електричне і магнітне поля перекривають одне одного, що забезпечує оптимальні умови для випромінювання електромагнітних хвиль

7. Установка Г. Герца для отримання і реєстрації електромагнітних хвиль. Для випромінювання електромагнітних хвиль Герц взяв відкритий коливальний контур. Для того, щоб провіднику можна було надати заряд від джерела струму він його розділив на дві частини. Коли напруга між частинами відкритого коливального контуру була досить велика, між ними проскакувала іскра (відбувався газовий розряд) і в простір випромінювалась електромагнітна хвиля. Для прийому електромагнітних хвиль Герц використав провідник зігнутий у формі кілька між кінцями якого був невеличкий зазор. Під час прийому хвилі між кінцями провідника проскакувала іскра, оскільки в контурі виникали електромагнітні коливання

8. Фронт хвилі – геометричне місце точок, до яких на певний момент часу дійшли коливання.

9. Промінь – лінія (напрям) вздовж якої поширюється хвиля. Промінь хвилі завжди перпендикулярний до її фронту.

10. Види хвиль: поперечні і поздовжні

11. Поперечні хвилі – хвилі, в яких напрямок коливань перпендикулярний до напрямку поширення хвилі. Електромагнітна хвиля є поперечною хвилею.

12. Поздовжні хвилі – хвилі, в яких напрямок коливань співпадає з напрямком поширення хвилі.

13. Довжина хвилі – це відстань, на яку поширюється хвиля протягом одного періоду коливань; це відстань між двома точками, що мають однакову фазу коливань.

14. Частота хвилі – це частота коливань джерела хвилі

15. Період хвилі -це період коливань джерела хвилі.

16. Зв’язок між довжиною хвилі , швидкістю її поширення і частотою (періодом )

17. Плоскополяризована електромагнітна хвиля – хвиля, вектори і якої тривалий час залишаються в одній площині.

18. Як орієнтовані вектори і в електромагнітній хвилі? Вектори і утворюють трійку взаємно перпендикулярних векторів.

19. Чому дорівнює різниця фаз між векторами -цівектори коливаються синфазно (тобто мають однакову різницю фаз).

20. Швидкість поширення електромагнітних хвиль

- у вакуумі

-в речовині

- електрична стала

- магнітна стала

- діелектрична проникність середовища

- магнітна проникність середовища

21. Абсолютний показник заломлення середовища – величина, яка показує, у скільки разів швидкість поширення електромагнітних хвиль у вакуумі більша, ніж швидкість певному середовищі.

Під час переходу електромагнітних хвиль з одного середовища в інше змінюється

довжина хвилі, а частота коливань не змінюється.

22. Залежність векторів від часу в даній точці простору

- циклічна частота коливань

23. Енергія електромагнітної хвилі складається з енергії електричного і енергії магнітного полів

24. Густина енергії електромагнітного випромінювання – це енергія електромагнітного випромінювання, яка приходиться на 1 м³ простору і складається з густини енергії електричного і густини енергії магнітного полів

25. Яка складова (електрична чи магнітна) чинить на електричні заряди найбільший вплив? Якщо врахувати, що об’ємна густина електричної і магнітної енергій електромагнітного випромінювання однакові, то не важко порівняти сили, що діють на електричний, що рухається в електромагнітному полі

Оскільки , то й , тобто дія електричної складової електромагнітної хвилі на заряд значно сильніша ніж магнітної.

26. Густина потоку електромагнітного випромінювання – це фізична величина, що показує яка енергія електромагнітного випромінювання щосекунди потрапляє на поверхню площею 1м² орієнтовану перпендикулярно до напрямку поширення хвилі.

- площа поверхні (м²)

- час (с)

Густина потоку електромагнітного випромінювання – це фізична величина, що показує яка потужність електромагнітного випромінювання потрапляє на поверхню площею 1м² орієнтовану перпендикулярно до напрямку поширення хвилі.

- це така густина потоку електромагнітного випромінювання при якій на 1м² поверхні,

орієнтованої перпендикулярно до напрямку поширення хвилі щосекунди потрапляє

1Дж енергії.

27. Зв’язок між об’ємною густиною енергії електромагнітної хвилі і густиною потоку випромінювання

- швидкість електромагнітних хвиль у вакуумі

28. Від чого залежить енергія електромагнітної хвилі? Енергія електромагнітної хвилі прямо пропорційна до четвертої степені частоти коливання заряду, що випромінює цю хвилю, тобто

̴

29. Властивості електромагнітних хвиль:

Ø Відбивання від провідника

Ø Заломлення при переході з одного діелектрика в інший

Ø Дифракція – огинання хвилями перешкод, що не перевищують довжину хвилі.

Ø Інтерференція – додавання електромагнітних хвиль під час якого утворюється незмінна з часом картина розподілу амплітуд результуючих коливань.

Ø Поляризація – явище при якому електромагнітна хвиля має фіксовану площину коливань вектора напруженості електричного поля.

30. Принцип Ферма: світло поширюється з початкової точки в кінцеву таким чином, щоб час поширення світлової хвилі був мінімальним.

31. Принцип Гюйгенса – Френеля: кожна точка простору, якої досягає фронт світлової хвилі, стає джерелом вторинних світлових хвиль.

32. Закон відбивання електромагнітних хвиль: падаючий та відбитий промені і перпендикуляр, проведений в точку падіння лежать в одній площині; кут падіння дорівнює куту відбивання

33. Заломлення хвиль – зміна напрямку поширення хвилі при переході з одного середовища в інше.

34. Причини заломлення хвиль: зміна швидкості хвилі при переході з одного середовища в інше.

35. Закон заломлення електромагнітних хвиль: падаючий та заломлений промені і перпендикуляр, проведений в точку падіння лежать в одній площині; відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення для двох даних середовищ є величиною сталою

36. Відносний показник заломлення -фізична величина, що показує в скільки разів змінюється швидкість електромагнітних хвиль при переході з одного середовища в інше.

37. Зв’язок між відносним та абсолютними показниками заломлення

38. Історія винайдення радіо. 7 травня 1895 року Олександр Степанович Попов на засіданні Російського фізико-хімічного товариства в Петербурзі продемонстрував дію свого приладу, який по своїй суті був першим в світі радіоприймачем. Постійно удосконалюючи свій пристрій він спочатку досяг радіозв’язку на 250м, а потім на 600 м. В 1899р. був встановлений зв’язок на 20км, а в 1901р. на 150 км. Паралельно з О. С. Поповим над вдосконаленням радіозв’язку працював італійський вчений і промисловець Г. Марконі, який в 1902 р. здійснив радіотелеграфну передачу через Атлантичний океан. За дослідження і розвиток

39. Радіозв'язок – передача звукової інформації за допомогою електромагнітних хвиль.

40. Чому не можна передавати на велику відстань електромагнітні хвилі звукової частоти? Тому що частота звукових хвиль невелика і електромагнітні хвилі такої частоти практично не будуть поширюватись у просторі.

41. Модуляція – « накладання» на високочастотну електромагнітну хвилю коливань звукової частоти. Під час модуляції у високочастотної електромагнітної хвиль змінюють одну з її характеристик (амплітуда, період, частота) з частотою звуку. Найпростіше здійснити амплітудну модуляцію, а найкраще передавати на відстань сигнал у якого частотна модуляція.

42. Як здійснити амплітудну модуляцію? Для здійснення амплітудної модуляції в генераторі незатухаючих коливань на транзисторі генеруються незатухаючі (зі сталою амплітудою) високочастотні коливання. Для того, щоб амплітуду коливань змінювати з частотою звуку, в коло послідовно з джерелом постійного струму вмикається джерело змінного струму звукової частоти. Як наслідок амплітуда високочастотної хвилі буде змінюватись з часом з частотою звуку.

43. Схема найпростішого модулятора, що здійснює амплітудну модуляцію. В коло генератора незатухаючих коливань на транзисторі послідовно з джерелом постійного струму вмикають джерело змінного струму звукової частоти (перетворений на електромагнітні коливання за допомогою мікрофона звуковий сигнал). Як наслідок поповнення енергії коливального контура генератора відбувається з частотою звуку (значення енергії, яка надходить до коливальної системи в моменти коли емітерний перехід відкритий змінюються з частотою звуку), а тому і амплітуда високочастотних коливань, які отримуються на виході генератора буде змінюватись з частотою звуку.

44. Чому прийнятий радіосигнал необхідно детектувати? Отримані приймальною антеною хвилі збуджують у ній змінний струм тієї самої частоти, на якій працює передавач (високочастотні коливання). Якщо такі коливання подати до динаміка, то ми нічого не будемо чути, оскільки частота таких коливань значно перевищує звукову (навіть мембрана динаміка не змогла б коливатись з такою частотою внаслідок своєї інертності)

45. Демодуляція (детектування) – виділення коливань звукової частоти з високочастотних модульованих коливань.

46.

Схема найпростішого детектора. Оскільки модульований сигнал несе на собі два звукові сигнали, то один з них можна відкинути ввімкнувши в коло послідовно з приймальним коливальним контуром напівпровідниковий діод, який пропускатиме стум тільки в одному напрямку. В такому випадку в колі буде протікати пульсуючий струм. Для того, щоб згладити пульсації струму паралельно до навантаження (динаміка) приєднують фільтр. В якості найпростішого фільтра,що згладжує пульсації струму можна взяти конденсатор

47. Принцип радіотелефонного зв’язку.

48. Схема найпростішого радіоприймача

49. Стільниковий зв’язок – радіотелефонний зв’язок, який здійснюється за допомогою системи базових станцій. Поверхня зон покриття станцій нагадує за формою бджолині комірки, тому зв’язок називають стільниковим.

50. Телебачення – передача відеосигналу на відстань за допомогою електромагнітних хвиль

51. Перетворення відео зображення в електромагнітний сигнал. Задопомогоюоб’єктива проектують зображення на екран, покритий «зернятками» спеціальної світлочутливої речовини (на екрані є 625 рядочків із зерняток). Кожне зернятко екрану під впливом світла електризується, причому чим більша інтенсивність світла тим більший заряд зернятка. З електронної гармати на екран спрямовується електронний пучок. Потік електронів, потрапляючи на зернятко, розряджає його, а заряд, що стікає з зернятка в коло, на резисторі дає «скачок» напруги. Коли пучок електронів пройде всі зернятка на екрані, буде отримано закодоване у вигляді електричних імпульсів зображення. Оскільки людське око розрізняє зміну картинок з частотою 24 кадри за секунду, то електронний пучок пробігає 625 рядочків екрану 25 разів за секунду..

52. Поширення електромагнітних хвиль. Електромагнітні хвилі для яких спостерігається відбивання від іоносфери (ніби від пластини металу), тому такі хвилі можуть огинати поверхню землі внаслідок багатократного відбивання від іоносфери та землі. Для хвиль з іоносфера єпрозорою, тому їх використовують для радіозв’язку в межах прямого бачення або для зв’язку з супутниками.

53. GPS – глобальна система позиціонування – використовується для морської навігації і визначення місцезнаходження об’єктів.

54. Супутникове телебачення – ретрансляція супутником телепрограм прийнятих з наземної передавальної станції

55. Радіолокація – виявлення і точне визначення місцезнаходження об’єктів за допомогою електромагнітних хвиль.

56. Принцип дії радіолокатора. Високочастотні коливання від генератора високочастотних коливань, підсилюються і передаються до випромінювальної антени. Після відбивання від перешкоди хвиля приймається антеною, підсилюється і фіксується. Знаючи час руху хвилі в просторі відстань до об’єкта можна визначити за формулою

Радіолокатор працює в імпульсному режимі випромінюючи короткі імпульси тривалістю кілька мікросекунд, а потім наступає тишина на кілька мілісекунд. Тому мінімальна дальність дії радіолокатора визначається тривалістю його імпульса , а максимальна дальність - визначається періодичністю посилання сигналів

;

57. Використання радіолокації

Ø Метеорологічні спостереження (простеження руху хмар)

Ø Космічні дослідження

Ø Спостереження за метеорами у верхніх шарах атмосфери

Ø Виявлення цілей, ворожих літаків, контроль за безпекою повітряного простору

Ø Контроль за польотом літаків і лайнерів, простеження їх курсу

58. Шкала електромагнітних хвиль – умовний поділ всього спектру електромагнітних хвиль на діапазони в залежності від механізму їх випромінювання і властивостей. Ця шкала показує, що кількісні зміни довжини (частоти) хвилі приводять до суттєвих якісних змін у властивостях хвиль.

59. Інфрачервоні (теплові) промені – електромагнітні хвилі випромінювання яких зумовлене безладним тепловим рухом атомів і молекул і які мають довжину більшу ніж видиме випромінювання

60. Властивості інфрачервоних променів.

Ø Невидимі оку

Ø Викликають сильне нагрівання тіл

61. Використання інфрачервоних променів

Ø Для сушіння овочів, фруктів, фарб

Ø У пристроях охоронної сигналізації

Ø У приладах нічного бачення

Ø Медицині – для проведення топографічної діагностики, зменшення запалення ран

Ø В астрономії для дослідження розподілу температури на поверхнях планет

62. Ультрафіолетові промені -електромагнітні хвилі, які мають довжину меншу ніж видиме випромінювання.

63. Властивості ультрафіолетових променів

Ø Висока хімічна активність

Ø Біологічна дія (інтенсивний потік негативно впливає на живі організми, вбиває бактерії, віруси, викликає рак шкіри, в незначній кількості стимулює вироблення вітаміну D, зміцнює організм, стимулює роботу центральної нервової системи)

Ø Іонізація газів

Ø Сильно поглинаються склом

Ø Невидимі людському оку

64. Використання ультрафіолетових променів

Ø В медицині для стерилізації приміщень

Ø Для очищення води

Дата добавления: 2014-12-16