1. Електромагнітні хвилі. Властивості електромагнітніх хвиль. Досліди Герца. (ВИВЧИТИ: Фізика-11., вид-во «Ранок», 2019р., 272ст., ред. Бар’яхтар В.Г., (в електронному варіанті), *22, ст.122, ЗРОБИТИ: Впр.22(1-5),

https://onlinetestpad.com/ua/tests/informatics/11class

Електромагнітні хвилі та їх властивості. Принципи радіозв’язку та приклади їх практичного використання
Квиток № 20
Електромагнітні хвилі та
їх властивості. Принципи радіозв’язку та
приклади їх практичного
використання
план відповіді
1. Визначення. 2. Умова виникнення.3. Властивості електромагнітних хвиль. 4. Відкритий коливальний контур. 5. Модуляція і детектування.
Англійський вчений Джеймс Максвелл на підставі вивчення експериментальних робіт Фарадея з електрики висловив гіпотезу про існування в природі особливих хвиль, здатних поширюватися в вакуумі.
Ці хвилі Максвелл назвав електромагнітними хвилями. За уявленнями Максвелла:при будь-якій зміні електричного поля виникає вихровий магнітне поле і, навпаки,при будь-якій зміні магнітного поля виникає вихровий електричне поле. Одного разу почався процес взаємного породження магнітного і електричного полів повинен безперервно тривати і захоплювати все нові і нові області в навколишньому просторі (рис. 31). Процес взаємопородження електричних і магнітних полів відбувається у взаємно перпендикулярних площинах. Змінне електричне поле породжує вихрове магнітне поле, змінне магнітне поле породжує вихрове електричне поле.
Електричні і магнітні поля можуть існувати не тільки в речовині, а й у вакуумі. Тому має бути можливим поширення електромагнітних хвиль у вакуумі.
умовою виникнення електромагнітних хвиль є прискорений рух електричних зарядів. Так, зміна магнітного поля відбувається при зміні струму в провіднику, а зміна струму відбувається при зміні швидкості зарядів, т. Е. При русі їх з прискоренням. Швидкість поширення електромагнітних хвиль у вакуумі за розрахунками Максвелла повинна бути приблизно дорівнює 300 000 км / с.
Вперше дослідним шляхом отримав електромагнітні хвилі фізик Генріх Герц, використавши прицьому високочастотний іскровий розрядник (вібратор Герца). Герц досвідченим шляхом визначив також швидкість електромагнітних хвиль. Вона збіглася з теоретичним визначенням швидкості хвиль Максвеллом. Найпростіші електромагнітні хвилі — це хвилі, в яких електричне і магнітне поля роблять синхронні гармонійні коливання.
Звичайно, електромагнітні хвилі володіють всіма основними властивостями хвиль.
вони підпорядковуються закону відображення хвиль:
кут падіння дорівнює куту відбиття. При переході з одного середовища в іншу переломлюються і підпорядковуються закону заломлення хвиль: відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення є величина постійна для двох даних середовищ і дорівнює відношенню швидкості електромагнітних хвиль в першому середовищі до швидкості електромагнітних хвиль у другій середовищі і називається показником заломлення другий середовища щодо першої.

Явище дифракції електромагнітних хвиль, т. Е. Відхилення напряму їх поширення від прямолінійного, спостерігається у краю перешкоди або при проходженні через отвір. Електромагнітні хвилі здатні до інтерференції. інтерференція це здатність когерентних хвиль до накладання, в результаті чого хвилі в одних місцях один одного підсилюють, а в інших місцях — гасять. ( когерентні хвилі — це хвилі, однакові по частоті і фазі коливання.) Електромагнітні хвилі володіють дисперсією, т. е. коли показник заломлення середовища для електромагнітних хвиль залежить від їх частоти. Досліди з пропущенням електромагнітних хвиль через систему з двох решіток показують, що ці хвилі є поперечними.
При поширенні електромагнітної хвилі вектори напруженостіЕ і магнітної індукції В перпендикулярні напрямку розповсюдження хвилі і взаємно перпендикулярні між собою (рис. 32).
Можливість практичного застосування електромагнітних хвиль для встановлення зв’язку без проводів продемонстрував 7 травня 1895 м російський фізик А. Попов. Цей день вважається днем \u200b\u200bнародження радіо. Для здійснення радіозв’язку необхідно забезпечити можливість випромінювання електромагнітних хвиль. Якщо електромагнітні хвилі виникають в контурі з котушки і конденсатора, то змінне магнітне поле виявляється пов’язаним з котушкою, а змінне електричне поле — зосередженим між пластинами конденсатора. Такий контур називається закритим (рис. 33, а). Закритий коливальний контур практично не випромінює електромагнітні хвилі в навколишній простір. Якщо контур складається з котушки і двох пластин плоского конденсатора, то під ніж великим кутом розгорнуті ці пластини, тим більш вільно виходить електромагнітне поле в навколишній простір (рис. 33, б). Граничним випадком розкритого коливального контуру є видалення пластин на протилежні кінці котушки. Така система називається відкритим коливальним контуром(Рис. 33, в). Насправді контур складається з котушки і довгого дроту антени.

Енергія випромінюваних (за допомогою генератора незатухаючих коливань) електромагнітних коливань при однаковій амплітуді коливань сили струму в антені пропорційна четвертого ступеня частоти коливань. На частотах в десятки, сотні і навіть тисячі герц інтенсивність електромагнітних коливань мізерно мала. Тому для здійснення радіо- і телевізійної зв’язку використовуються електромагнітні хвилі з частотою від декількох сотень тисяч герц до сотень мегагерц.
При передачі по радіо мовлення, музики та інших звукових сигналів застосовують різні види модуляції високочастотних (несучих) коливань.суть модуляції полягає в тому, що високочастотні коливання, що виробляються генератором, змінюють за законом низької частоти. В цьому і полягає один із принципів радіопередачі. Іншим принципом є зворотний процес — детектування. При радиоприеме з прийнятого антеною приймача модульованого сигналу потрібно відфільтрувати звукові низькочастотні коливання.
За допомогою радіохвиль здійснюється передача на відстань не тільки звукових сигналів, але і зображення предмета. Велику роль в сучасному морському флоті, авіації і космонавтиці грає радіолокація. В основі радіолокації лежить властивість відображення хвиль від провідних тел. (Від поверхні діелектрика електромагнітні хвилі відбиваються слабо, а від поверхні металів майже повністю.)
Англійський вчений Джеймс Максвелл на підставі вивчення експериментальних робіт Фарадея з електрики висловив гіпотезу про існування в природі особливих хвиль, здатних поширюватися в вакуумі. Ці хвилі Максвелл назвав електромагнітними хвилями. За уявленнями Максвелла: при будь-якій зміні електричного поля виникає вихровий магнітне поле і, навпаки, при будь-якій зміні магнітного поля виникає вихровий електричне поле. Одного разу почався процес взаємного породження магнітного і електричного полів повинен безперервно тривати і захоплювати все нові і нові області в навколишньому просторі (рис. 42). Процес взаємопородження електричних і магнітних полів відбувається у взаємно перпендикулярних площинах. Змінне електричне поле породжує вихрове магнітне поле, змінне магнітне поле породжує вихрове електричне поле.
Електричні і магнітні поля можуть існувати не тільки в речовині, а й у вакуумі. Тому має бути можливим поширення електромагнітних хвиль у вакуумі.
Умовою виникнення електромагнітних хвиль є прискорений рух електричних зарядів. Так, зміна магнітного поля відбувається
При зміні струму в провіднику, а зміна струму відбувається при зміні швидкості зарядів, т. Е. При русі їх з прискоренням. Швидкість поширення електромагнітних хвиль у вакуумі, за розрахунками Максвелла, повинна бути приблизно дорівнює 300 000 км / с.
Вперше дослідним шляхом отримав електромагнітні хвилі фізик Генріх Герц, використавши при цьому високочастотний іскровий розрядник (вібратор Герца). Герц досвідченим шляхом визначив також швидкість електромагнітних хвиль. Вона збіглася з теоретичним визначенням швидкості хвиль Максвеллом. Найпростіші електромагнітні хвилі – це хвилі, в яких електричне і магнітне поля роблять синхронні гармонійні коливання.
Звичайно, електромагнітні хвилі володіють всіма основними властивостями хвиль.
Вони підпорядковуються закону відбиття хвиль: кут падіння дорівнює куту відбиття. При переході з одного середовища в іншу переломлюються і підпорядковуються закону заломлення хвиль: ставлення синуса кута падіння до синуса кута заломлення є величина постійна для двох даних середовищ і дорівнює відношенню швидкості електромагнітних хвиль в першому середовищі до швидкості електромагнітних хвиль у другій середовищі і називається показником заломлення другого середовища відносно першого.
Явище дифракції електромагнітних хвиль, т. Е. Відхилення напряму їх поширення від прямолінійного, спостерігається у краю перешкоди або при проходженні через отвір. Електромагнітні хвилі здатні до інтерференції. Інтерференція – це здатність когерентних хвиль до накладання, в результаті чого хвилі в одних місцях один одного підсилюють, а в інших місцях – гасять. (Когерентні хвилі – це хвилі, однакові по частоті і фазі коливання.) Електромагнітні хвилі володіють дисперсією, т. Е. Коли показник заломлення середовища для електромагнітних хвиль залежить від їх частоти. Досліди з пропущенням електромагнітних хвиль через систему з двох решіток показують, що ці хвилі є поперечними.
При поширенні електромагнітної хвилі вектори напруженості Е і магнітної індукції В перпендикулярні напрямку розповсюдження хвилі і взаємно перпендикулярні між собою (рис. 43).

Можливість практичного застосування електромагнітних хвиль для встановлення зв’язку без проводів продемонстрував 7 травня 1895 р російський фізик А. Попов. Цей день вважається днем \u200b\u200bнародження радіо. Для здійснення радіозв’язку необхідно забезпечити можливість випромінювання електромагнітних хвиль. Якщо електромагнітні хвилі виникають в контурі з котушки і конденсатора, то змінне магнітне поле виявляється пов’язаним з котушкою, а змінне електричне поле – зосередженим між пластинами конденсатора. Такий контур називається закритим (рис. 44, а).

Закритий коливальний контур практично не випромінює електромагнітні хвилі в навколишній простір. Якщо контур складається з котушки і двох пластин плоского конденсатора, то під ніж великим кутом розгорнуті ці пластини, тим більш вільно виходить електромагнітне поле в навколишній простір (рис. 44, б). Граничним випадком розкритого коливального контуру є видалення пластин на протилежні кінці котушки. Така система називається відкритим коливальним контуром (рис. 44, в). Насправді контур складається з котушки і довгого дроту – антени.
Енергія випромінюваних (за допомогою генератора незатухаючих коливань) електромагнітних коливань при однаковій амплітуді коливань сили струму в антені пропорційна четвертого ступеня частоти коливань. На частотах в десятки, сотні і навіть тисячі герц інтенсивність електромагнітних коливань мізерно мала. Тому для здійснення радіо- і телевізійної зв’язку використовуються електромагнітні хвилі з частотою від декількох сотень тисяч герц до сотень мегагерц.
При передачі по радіо мовлення, музики та інших звукових сигналів застосовують різні види модуляції високочастотних (несучих) коливань. Суть модуляції полягає в тому, що високочастотні коливання, що виробляються генератором, змінюють за законом низької частоти. В цьому і полягає один із принципів радіопередачі. Іншим принципом є зворотний процес – детектування. При радиоприеме з прийнятого антеною приймача модульованого сигналу потрібно відфільтрувати звукові низькочастотні коливання.
За допомогою радіохвиль здійснюється передача на відстань не тільки звукових сигналів, а й зображення предметів. Велику роль в сучасному морському флоті, авіації і космонавтиці грає радіолокація. В основі радіолокації лежить властивість відображення хвиль від провідних тел. (Від поверхні діелектрика електромагнітні хвилі відбиваються слабо, а від поверхні металів майже повністю.)

Орієнтовні теми для навчальних проекетів – презентацій
1. МАГНІТНЕ ПОЛЕ
2. СИЛА АМПЕРА
3. ЕЛЕКТРОРУШІЙНА СИЛА.
4. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У МЕТАЛАХ.
5. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ В ЕЛЕКТРОЛІТАХ.
6. ЕЛЕКТРОЛІЗ.