Электромагнитное поле. Электромагнитная волна
1. Сформулируйте закон электромагнитной индукции.
Изменяясь во времени, магнитное поле порождает электрическое поле. Это поле не связано с электрическими зарядами и его линии напряженности не могут на них начинаться и заканчиваться. Если электрическое поле порождается переменным магнитным полем, то его лини напряженности замкнутые, а поле является вихревым.
Работа вихревого электрического поля при перемещении единичного положительного заряда вдоль замкнутого неподвижного проводника численно равна ЭДС индукции в этом проводнике.
Вопрос. Назовите, в чем сходство, и в чем различие электростатического и вихревого электрического полей.
Изменяясь во времени, электрическое поле порождает магнитное поле. Например, при зарядке конденсатора после замыкания ключа создается изменяющееся во времени электрическое поле, так как меняется заряд на обкладках конденсатора. Переменное магнитное поле также существует между обкладками конденсатора, его линии охватывают линии напряженности электрического поля.
Электрическое и магнитные поля – проявление единого целого – электромагнитного поля.
Электромагнитное поле – особая форма материи, осуществляющая электромагнитное взаимодействие.
Процесс распространения э/м поля происходит с конечной скоростью: с =3 . 108м/с – это фундаментальное свойство э/м поля.
Э/м волну можно представить в виде двух взаимно перпендикулярных полей Е и В. Колебания векторов Е и В в любой точке совпадают по фазе. Z – направление распространения волны. Э/м волна – поперечная волна – в ней колебания Е и В перпендикулярны распространению волны. Э/м волны порождаются электрическими зарядами, которые движутся с ускорением, например, колеблющимися. Э/м волны, как и другие волны, переносят энергию.
1. Вследствие каких процессов возникает магнитное поле?
2. Как должна двигаться частица, чтобы она излучала э/м поле?
Пример. Сколько времени свет идет до самой удаленной планеты Плутона, когда он находится на наибольшем расстоянии от Солнца – 59,28.1011м?
Открытый колебательный контур – электрический контур, который излучает э/м волны в пространство. К открытому контуру можно перейти от закрытого, если постепенно раздвигать пластины конденсатора, уменьшать их площадь и одновременно растягивать катушку. Получится прямой провод. Это и есть открытый колебательный контур – антенна. Ток в данный момент во всех сечениях провода направлен в одну и ту же сторону, но сила тока неодинакова в различных сечения провода. На концах она равна нулю, а посредине достигает максимума. Напомню, что в обычных цепях переменного тока сила тока во всех сечениях в данный момент одинакова.
Пример1. Радиостанция работает на частоте 4.108Гц. Чему равна длина волны, излучаемой антенной радиостанции?
Принципы радиосвязи. Генератор высокочастотных колебаний.
Модуляция и детектирование
Принципы радиосвязи: Переменный электрический ток высокой частоты, созданный в передающей антенне, вызывает в окружающем пространстве быстро меняющееся э/м поле, которое распространяется в виде э/м волны. Достигая приемной антенны, э/м волна вызывает в ней переменный ток той же частоты, на котором работает передатчик.
При радиотелефонной связи колебания давления воздуха в звуковой волне превращаются с помощью микрофона в электрические колебания той же формы и той же частоты. Но если их усилить и подать в антенну, то они будут очень быстро затухать. На большие расстояния без затухания могут передаваться э/м волны только большой частоты. Если менять амплитуду этих высокочастотных э/м волн со звуковой частотой и подать на антенну, то они могу распространятся на большие расстояния и нести информацию о первоначальном звуковом колебании. На рисунке представлены графики:
а – колебаний высокой частоты – несущей частоты;
б – колебаний звуковой частоты;
в – модулированных по амплитуде колебаний.
Принятый приемником модулированный высокочастотный сигнал может вызывать только высокочастотные колебания. И синхронно такому сигналу механическая мембрана динамика колебаться не сможет – просто не будет успевать деформироваться. Поэтому в приемнике осуществляется детектирование – из высокочастотных модулированных колебаний выделение сигнала звуковой частоты. Полученный в результате детектирования сигнал соответствует тому звуковому сигналу, который действовал на микрофон передатчика.
Детектирование осуществляется таким образом: ток выпрямляется с помощью диода, который пропускает ток только одного направления. Получается импульсный сигнал. Последовательность пиковых значений этих импульсов имеет форму первоначального звукового сигнала. Мембрана будет реагировать именно на пиковые значения импульса. Она не успеет выпрямиться, когда сигнал будет уменьшаться до нуля. В итоге, мембрана будет колебаться и возбуждать в пространстве звуковые волны.
Схема модулятора и детектора:
Темы докладов:
1.Современные способы передачи изображения.
2.Общий принцип работв современных телевизоров.
3.Спутниковые антенны.
4.Получение объемных изображений. 5.Устройство жидкокристаллических и плазменных дисплеев.