Электромагниттiк толқындар § 1 Электромагниттiк толқын шығару. Ашық тербелмелi контур



жүктеу 97.96 Kb.
Дата25.04.2016
өлшемі97.96 Kb.
: files -> blogs
blogs -> Ақсу қаласы гимназиясының тарих пәні мұғалімі Альдекенова Анар Толыбайқызы Тест
blogs -> Национальная академия образования им. Ы. Алтынсарина
blogs -> Национальная академия образования им. Ы. Алтынсарина
blogs -> Шығыс Қазақстан облысы әкімі Д. К. Ахметовтың есебінің тезисіне тұрғындардың сұрақтары, ескертпелері мен ұсыныстарды жинау үшін қойылған жәшіктердің орналасқан жерлері
blogs -> «МӘШҺҰр-жұсіп: Өмірдің философиялық МӘНІ, ізденістері» атты оқушылар арасындағы интеллектуалдық сайысының ережесі негіздеме
blogs -> Оқу жылында Қазақстан Республикасының жалпы орта білім беретін ұйымдарында ғылым негіздерін оқытудың ерекшеліктері туралы
blogs -> Сабақ жоспары Тақырыбы: Тәуекел хан Пән мұғалімі: Ибраева Б. Ш
blogs -> Сабақ Тақырыбы: Excel-де формулалар мен функцияларды енгізу Сынып: 8
blogs -> Табиғи газ өндіруден алдынғы орындағы ел: а Өзбекстан; в Ұлыбритания; с Индонезия; д Ресей
blogs -> Қазақстан Республикасының Білім және ғылым министрлігі Ақсу қаласы гимназиясы

www.testent.ru

Электромагниттiк толқындар
§ 3.1 Электромагниттiк толқын шығару. Ашық тербелмелi контур
Толқындар деп тербелiстiң кеңiстiкте таралу процессiн айтады. Кеңiстiкте қандай тербелiстердiң тарап жатқанына байланысты толқындар әртүрлi, мысалы, механикалық, электромагниттiк т.с.с. болуы мүмкiн. Тербелiстiң бағыты мен толқынның таралу бағытының арасындағы қатынасқа қатысты оларды көлденең толқындар және қума толқындар деп бөледi. Көлденең толқындарда тербелiстiң бағыты толқынның таралу бағытына перпендикуляр болса, қума толқындарда олардың бағыты бiр түзудiң бойында болады. Ол жөнiнде мына жерден қарап көруге болады. Толқындарды олардың ұзындығымен сипаттайды. Толқын ұзындығы деп бiрдей фазада тербелiп тұрған iргелес (ең жақын) екi нүктенiң ара қашықтығына тең шаманы айтады. Толқынның λ ұзындығы, ν тербелiс жиiлiгi және оның υ таралу жылдамдықтарының арасында мынадай байланыс бар

υ=λ·ν

(3.1)






3.1 - сурет

Электромагниттiк толқындар деп айнымалы электр өрiсiнiң және онымен байланысқан магнит өрiсiнiң кеңiстiктегi таралу процессiн айтады. Ал бұл өрiстер сәйкес электр өрiсiнiң кернеулiгi және магнит индукция векторы арқылы сипатталатыны белгiлi. Олай болса, электромагниттiк өрiс тарап жатқан кеңiстiктiң әрбiр нүктесiнде осы векторлардың мәнi периодты түрде өзгерiп отырады. Электромагниттiк толқындар – көлденең толқындар. және векторлары бiр-бiрiне перпендикуляр жазықтықта тербеледi (3.1 - сурет). Электромагниттiк толқындардың болатыны жөнiндегi болжамды алғаш рет ағылшын ғалымы Дж.Максвелл айтқан болатын.

Айнымалы магнит және электр өрiстерi қарапайым тербелмелi контурда туындылайды. Бiрақ, бұл жағдайда магнит өрiсi индуктивтi катушканың маңында, ал электр өрiсi конденсатор астарларының арсында туындылайтын болғандықтан толқын кеңiстiкке тарамайды. Мұндай жүйенi әдетте жабық тербелмелi контур деп атайды.

Кеңiстiкке тарайтын электромагниттiк толқындарды ашық тербелмелi контурдың көмегiмен шығарып алуға болады. Ашық тербелмелi контур жөнiнде мына жерден қарап көруге болады.

§ 3.2 Герц тәжiрибесi. Электромагниттiк толқынның таралу жылдамдығы. Диполь


Бойынан айнымалы ток өтiп жатқан өткiзгiштердiiң маңында айнымалы магнит өрiсi туындылайды. Ал айнымалы ток болса, оны тасымалдайтын зарядтардың жылдамдығы өзгерген кезде, яғни олар үдей қозғалған кезде пайда болады. Олай болса, үдей қозғалған зарядтар өзiнiң маңында электромагниттiк толқындар туғызуы тиiс. Нақ осы принциптiң негiзiнде 1887 жылы немiс физигi Г.Герц электромагниттiк толқындарды тәжiрибе жүзiнде алғаш рет шығарып алып, зерттедi. Ол электромагниттiк толқындарды шығарып алу үшiн Герц вибраторы деп аталатын қондырғыны ойлап тауып, пайдаланды. Ал кеңiстiкте тараған толқындарды вибратордан бiраз қашықтықта орналасқан резонатор деп аталатын қондырғы арқылы тiркедi. Герц вибраторы, жұмыс iстеу принципi тұрғысынан алғанда кәдiмгi ашық тербелмелi контур болып табылады. Бұл қондырғы туралы мына жерден қарап көруге болады.

Үдей қозғалған зарядтардың көмегiмен электромагниттiк толқын шығарып алудың тағы бiр мүмкiндiгi – электр дипольдарын пайдалану. Электр дипольдары деп бiр-бiрiне өте жақын орналасқан, шамасы жағынан тең, ал таңбалары қарама-қарсы екi зарядтан тұратын жүйенi айтады (3.2 - сурет). Мұндай жүйе





(3.2)
















3.2 - сурет
өрнегiмен анықталған дипольдiң электр моментi деп аталатын шамамен сипатталады. Мұндағы q зарядтың шамасы, ал l зарядтардың арасын қосатын, терiс зарядтан оң зарядқа қарата бағытталған вектор. Егер бұл жүйедегi зарядтар гармониялық тербелiс жасай бастаса, онда жүйенiң электр моментi де гармониялық заңдылықпен pl = p0cos ωt түрiнде өзгередi. Ал электр моментi осылай өзгерген диполь, ол өз кезегiнде электромагниттiк толқындардың көзi болып табылады.

Осы тұрғыдан алғанда жоғарыдағы Герц вибраторы да дипольдiк жүйе. Тек мұндағы айырмашылық, дипольдiң электр моментiнiң өзгерiсi бұл жерде зарядтардың l ара қашықтығының өзгеруiнiң салдарынан емес, керiсiнше q зарядтардың шамаларының өзгеруiнiң салдарынан болады. Нәтижесiнде (3.2)- ге сәйкес бәрiбiр дипольдiң электр моментi өзгередi де, электромагниттiк толқындар шығады.

Максвелл теориясы бойынша электромагниттiк толқындардың ортадағы таралу жылдамдығы




(3.3)

өрнегiмен анықталады. Мұндағы ε және μ - толқын тарап жатқан ортаның қасиетiн сипаттайтын электр және магнит өтiмдiлiктерi. Ал ε0 және μ0 – сәйкес электр және магнит тұрақтылары. Олардың мәндерi физикалық тұрақтылардың кестесiнде келтiрiлген. Егер толқын вакуумда тарап жатса, онда бұл жағдайдағы электр және магнит өтiмдiлiктерiнiң ε=μ=1 екенiн ескере отырып, (3.3)-тен вакуумдағы жылдамдық үшiн



(3.4)

мәнiн аламыз. Гравитациялық тұрақты, Планк тұрақтылары тәрiздi электромагниттiк толқындардың вакуумдағы жылдамдығы да физиканың iргелi тұрақтыларының қатарына жатады. Тұрақты ретiнде оны басқа жылдамдықтардан өзгешелеп, с әрiпiмен белгiлейдi. Яғни



(3.5)


§ 3.3 А.С.Поповтың радионы ойлап табуы
Электромагниттiк толқындардың көмегiмен алысқа сымсыз хабар жеткiзудiң мүмкiндiгiн алғаш рет 1895 жылы 7 мамырда орыс инженерi А.С.Попов дәлелдеп көрсеттi. Бұл күн бүгiнде радионың туған күнi атап өтіледі. А.С.Попов алғашқыда өзiнiң ойлап тапқан радиоқабылдағышын найзағай ойнаған кезде туындылайтын электромагниттiк толқындарды тiркеу үшiн қолданған.




3.3 - сурет
Радиоқабылдағышты ойлап табумен қатар, 1896 жылы А.С.Попов электромагниттiк толқындарды таратқыш қондырғыны да құрастырды. Бұл радиотаратқыштың негiзгi тетiгi электромагниттiк толқындардың көзi болып табылатын ұшқын разрядтарымен жалғанған антенна болатын. Осындай радиотаратқыштан 250 м қашықтықта орналасқан радиоқабылдағышқа тұңғыш рет «Генрих Герц» деген екi сөзден тұратын радиограмма берiлдi.

Радиотехниканың дамуына сонымен қатар






3.4 - сурет
Поповтан бөлек жұмыс iстеген итальян инженерi Г.Маркони да елеулi үлес қосты. Ол 1901 жылы алғаш рет Атлант мұхиты арқылы радиобайланыс орнатты.

Радионы ойлап табу техниканың дамуындағы үлкен жетiстiк едi. Бұл жетiстiк адамдардың өмiрiне елеулi өзгешелiктер алып келдi. Бүгiнгi күндi радиобайланыссыз көзге елестету мүмкiн емес екендігі бәрімізге белгілі.

§ 3.4 Радиобайланыс принципi. Амплитудалық модуляция және демодуляция. Детекторлы қабылдағыш
Радиобайланыс жүйесi мына принципке негiзделген: радиотаратқыштағы жасақталған жоғарғы жиiлiктегi электр тербелiсi антенна арқылы өзiн қоршаған кеңiстiкке электромагниттiк толқындар түрiнде тарайды. Одан әрi бұл толқын радиоқабылдағыш антеннасына жетiп, қабылданып, онда керiсiнше сол жиiлiктегi электр тербелiсiне айналдырылады.

Осы тұрғыдан қарағанда радиобайланыс орнату аса күрделi мәселе емес тәрiздi көрiнуi мүмкiн. Ол үшiн бар болғаны микрофондағы дыбыс толқындарын, сәйкес жиiлiктегi электромагниттiк толқындарға айналдырып таратып, қабылдағышта қайтадан дыбыс толқындарына айналдыру жеткiлiктi сияқты.

Бiр қарағанда осылай оңай тәрiздi көрiнген бұл мәселе шындығында бiз ойлағаннан әлде қайда күрделi. Себебi электромагниттiк толқын шығарудың қуаты жиiлiктiң төртiншi дәрежесiне пропорционал. Осының салдарынан дыбыс жиiлiгiндей төменгi жиiлiктегi электромагниттiк толқындар мүлдем шығып тарамайды десе де болады.

Сондықтан, жиiлiгi төмен толқындарды таратудың бiрден-бiр жолы оны тарату үшiн жиiлiгi жоғары толқындарды пайдалану. Мұндай мүмкiндiк шындығында бар. Ол үшiн жоғарғы жиiлiктегi тербелiстердiң қандай да бiр параметрлерiн төменгi дыбыс жиiлiгiне сәйкес өзгерте отырып электромагниттiк толқындар тарату қажет. Жоғарғы жиiлiктегi толқындардың көмегiмен осылай төменгi жиiлiктегi мағұлматтарды тарату әдiсiн модуляциялау деп атайды. Модуляциялау кезiнде жоғарғы жиiлiктегi толқындардың қандай параметрiнiң өзгергенiне байланысты амплитудалық модуляция, жиiлiк және фазалық модуляциялары болуы мүмкiн. Амплитудалық модуляцияның ерекшелiктерiмен мына жерден танысуға болады.

Ал осылай модуляцияланған толқындар радиоқабылдағыштарға жетiп қабылданған соң, керiсiнше, жоғарғы жиiлiктегi электромагниттiк толқындардан дыбыс жиiлiгiндегi сигналдарды ажыратып алу қажет. Бұл процесстi демодуляциялау немесе детекторлау деп атайды. Детектор ретiнде жоғарғы жиiлiктегi токты тек бiр бағытта ғана өткiзетiн жартылый өткiзгiштi диодтар қолданылады. Осындай қарапайым детекторлы радиоқабылдағышта демодуляциялау процессiнiң қалай жүзеге асатыны жөнiнде мына жерден қарап көруге болады.

§ 3.5 Радиолокация. Теледидар туралы түсiнiк


Электромагниттiк толқындар бiртектi емес ортада тараған кезде өзiнiң жолындағы кездескен әртүрлi нысандардан шағылады. Әрине, шағылған толқындардың қарқыны түскен толқынның қарқынынан әлдеқайда аз. Дегенмен де, қазiргi заманның құралдары осындай әлсiз сигналдардың өзiн тiркеуге мүмкiндiк бередi.

Ал шағылған толқындарды тiркеу арқылы оны шағылдырған нысандардың орнын дәлме-дәл анықтаудың мүмкiндiгi бар. Мiне, осы үрдiстi радиолокация деп атайды. Радиолокация жасайтын қондырғыларды радиолокаторлар немесе радарлар дейдi. Радиолокациялық қондырғы негiзiнен екi бөлiктен : толқын таратқыштан және толқын қабылдағыштан тұрады. Радиолокацияда қолданылатын толқындардың жиiлiгi аса жоғары, шамамен 108 – 1011 Гц. Бұл толқындар арнайы параболалық антеннаның көмегiмен белгiлi бiр бағытта ғана аса күшейтiлген «сәуле» түрiнде таратылады. Бұлай таратылған толқындар нысанның қай бағытта екенiн дәл анықтауға мүмкiндiк бередi. Ал нысанға дейiнгi ара қашықтықты шағылған толқынның кешiгу уақыты арқылы анықтайды. Радиолокацияның көмегiмен ұшақтардың орнын анықтауды мына жерден көруге болады.

Электромагниттiк толқындардың көмегiмен алысқа тек дыбыстарды ғана емес, сонымен қатар бейне көрiнiстердi де жеткiзуге болады. Бүгiнгi күнгi теледидар осының мысалы. Мұндай бейне тасымалдаудың негiзгi принципi мынадай: экрандағы бейнекескiн сәйкес электр сигналдарына түрлендiрiледi де, ол сигналдар жоғарғы жиiлiкте модуляцияланып, әдеттегi жолмен кеңiстiкте таратылады. Ал қабылдағышта тiркелген бұл толқындарға керi түрлендiру жүргiзiлiп, нәтижесiнде қайтадан бейнекескiн алынады.

Ал бейне кескiндi электр сигналдарына түрлендiрудiң принципi мынадай: бейнекескiн арнайы оптикалық жүйелердiң көмегiмен арнайы мозаикалық экранға түсiрiледi. Мозаикалық экран 625 горизонталь жолға бөлiнген. Ал әрбiр жол өз кезегiнде ұяларға бөлiнген. Осындай экранға бейнекескiн түскен кезде әрбiр ұя зарядталады. Оның заряды ұяға түскен жарық энергиясына тәуелдi. Бұдан әрi әрбiр ұядағы ақпаратты арнайы қондырғы оқып, электр сигналдарына айналдырады. Бүгiнгi күннiң теледидар жүйесiнде 625 жолдан тұратын экран, 1/25 с уақыт аралығында бiр рет оқылады. Осындай қарапайым қондырғы видикон деп аталады.

Ал қабылданған электр сигналдарын бейне кескiнге айналдыратын теледидардың негiзгi тетiгi кинескоп деп аталатын электронды-сәулелiк түтiк болып табылады. Бұл түтiктегi электрон көзiнен шыққан шапшаң электрондар шоғы люминофорлы экранға келiп соғылады. Люминофорлы экран деп өзiне электрон соқтығысқан кезде жарық шығаратын кристаллдармен қапталған экранды айтады. Экранға қарай ұшып бара жатқан электрондар ағыны түтiк сыртынан қапталған екi жұп катушканың магнит ағыны арқылы өтедi. Бұл катушкалардағы магнит ағыны электрон шоқтарын экрандағы 625 жолмен реттеп бағыттап отырады. Ал электрон шоғындағы токтың мәнi қабылданған сигналдың мәнiмен анықталады. Экрандағы белгiлi бiр аймағындағы бейненiң жарқын, немесе солғын болуы осы аймақтағы токтың мәнiне байланысты. Тарату құралындағы тәрiздi бұл жерде де бiр кадрға сәйкес келетiн бейне кескiн экранның 625 жолын 1/25 с уақыт аралығында өңдеу арқылы алынады. Осылай жоғары жиiлiкпен бiрiн бiрi алмастырып отыратын кадрлар тiзбегiн адамдар көзi үздiксiз қозғалыс ретiнде қабылдайды.

Түрлi-түстi бейне кескiндердi таратып, қабылдау жай кескiндегiден көрi күрделi теледидарлық жүйенi қолдануды талап етедi. Бұл жерде бiр таратқыш түтiктiң орнына қызыл, көк және жасыл түстерге сәйкес келетiн үш түтiк қолданылады. Ал теледидардың кинескопы үш тектi кристаллдармен қапталады. Бiр кристаллға электрон шоғы түссе ол қызыл түспен, екiншiсi көк, ал үшiншiсi жасыл түспен жарқырайды. Бұл кристаллдар экранда қатаң тәртiппен орналасқан. Экранға үш электронды сәулелi түтiктен электрондар шоғы түседi де, әрбiр шоқ бiрмезгiлде үш түстi кескiн туғызады. Бiр-бiрiне қабаттасқан бұл кескiндердi адам көзi сан алуан, түрлi түстi бейне ретiнде қабылдайды.

Түрлi түстi кинескоптың күрделiлiгiн мынадай параметрлерден көруге болады. Кинескоп экранында қатаң тәртiппен 15 000 000 ұядан тұратын кристаллдар орналасқан. Электрондар шоғының жолында 500 000 саңлауы бар қалыңдығы 0,15 мм металл пластина орналастырылған. Бiр саңлау арқылы электрондардың тек бiр ғана шоғы өтуi тиiс және ол экрандағы 500 000 ұяның өзiне тиесiлi бiреуiне ғана түсуi тиiс. Электрон шоқтарын тек осылай қатаң реттелiп тарағанда ғана экранда дұрыс түрлi-түстi бейне алынады.




3.5 - сурет
Телехабарлар негiзiнен 50 ден 230 МГц аралығындағы толқын ұзындығында таратылады. Бұл ұзындықтағы толқындар тек тiкелей көрiнетiн аймаққа ғана тарайды. Мiне, осы себептен телехабар тарататын антенналар аса биiк етiп жасалады. Мысалы, Алматыдағы Көктөбедегi орналасқан телемұнараның биiктiгi 378 м. Хабарларды тiкелей көрiнбейтiн аймақтарға тарату үшiн қайта тарату станциялары қолданылады. Сонымен қатар, «Орбита» жүйесi бойынша қайта тарататын станциялар орналасқан Жердiң жасанды серiктерi қолданылады.

§ 3.6 Электромагниттiк толқынның қасиеттерi


Электромагниттiк толқындар да басқа толқындар тәрiздi бiртектi емес орталардың аралығында сынады және шағылады. Ал қандай да бiр электр қасиеттерiне ие ортада тараған толқындар осы ортада жұтылады. Сонымен қатар электромагниттiк толқындар көлденең толқындар болып табылады.

Электромагниттiк толқындардың бұл қасиеттерiн алдағы уақытта жарық толқындарының мысалында терең оқып зерттейтiн боламыз.



Есеп шығару үлгiлерi
3.1 Электрлiк тербелiстерiнiң периоды 10-6 с болып келетiн толқын көзi, ұзындығы қандай толқын шығарады.

Шешуi: Шығарылған толқын ұзындығы



өрнегiмен анықталады. Ал, тербелiс жиiлiгi мен периоды келесi қатынаспен байланысқан:



Онда,




Жауабы: 300 м.
3.2 Радиоқабылдағыштың тербелмелi контурының индуктивтiлiгi 2мГн, ал оның сыйымдылығы 70 мкФ-тан 120 мкФ-қа дейiн өзгеретiн болса, радиоқабылдағыш қабылдайтын толқын жиiлiгiнiң диапозонын анықтаңыз.

Шешуi: Радиоқабылдағыш қабылдайтын толқынның жиiлiгi төмендегi өрнекпен анықталады:



мұндағы толқын ұзындығы



Бұл өрнектi пайдаланатын болсақ, конденсатор сыйымдылығының өзгеру мәндерiне сәйкес келетiн толқын жиiлiктерi:





Сонымен, толқын жиiлiгiнiң диапазоны



Жауабы:
3.3 Катушка арқылы өтетiн ток 1 А - ге 0,6 с-қа тең уақытта өзгеретiн болса, онда 0,2 мВ ЭҚК индукцияланады. Тербелмелi контуры индуктивтiлiгi осындай катушкадан және конденсатордан тұратын генератор, ұзындығы 2450 м радиотолқын шығару үшiн конденсатор сыйымдылығы қандай болу керек.

Шешуi: Тербелмелi контур шығаратын толқын ұзындығы:



мұндағы L - катушканың индуктивтiлiгi. Оны анықтау үшiн тiзбекте пайда болатын ЭҚК өрнегiн жазалық. Оның модулi:



бұдан, катушканың индуктивтiлiгi:



Онда, конденсатор сыйымдылығы





Жауабы: 14,1 нФ.






©netref.ru 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет