Енергія електромагнітного поля

Електромагнітне поле може виконувати роботу з переміщення зарядів й обертання магнітних моментів, а отже має потенціальну енергію. Енергія електромагнітного поля W визначається формулою

,

де інтегрування проводиться по всьому простору.

Зміна енергії електромагнітного поля з часом підпорядковується рівнянню неперервності

,

де - вектор Пойнтінга, що описує потік електромагнітного поля.

 

             Винаходження радіо А.С. Поповим.

Винайдення радіо.
Можливість практичного застосування електромагнітних хвиль для встановлення зв'язку без проводу продемонстрував 7 травня 18958року знаменитий російський фізик О.С. Попов. Цей день вважається днем народження радіо. Приймач О.С. Попова складався з антени 1, когерера 2, електромагнітного реле 3, електричного дзвінка 4 і джерела постійного струму 5. Електромагнітні хвилі викликали вимушені коливання струму і напругу в антені. Змінний струм з антени подавався на два електроди, які були розміщені в скляній трубці, заповненій металічними ошурками. Ця трубка і є когерер. Послідовно з когерером вмикались електоромагнітне реле і джерело постійного струму.
Через погані контакти між ошурками опір когерера переважно великий, тому електричний струм в ланцюгу малий і реле ланцюга не замикає. Під дією змінної напруги високої частоти в когерері виникають електричні розряди між окремими ошурками, частинки ошурків спікаються і її опір зменшується в 100-200разів. Сила струму в котушці електромагнітного реле зростає, і реле включає електричний дзвінок. Так реєструється прийом електромагнітної хвилі антеною.
Удар молотка дзвінка по когереру стряхував ошурки і повертав його у висхідне положення, приймач знову був готовий до реєстрації електромагнітних хвиль.

 

                   Принцип радіозв'язку.

Радіозв'язок — передача та прийом інформа­ції за допомогою радіохвиль, які поширюються в просторі без проводів .

Принцип радіозв'язку полягає ось у чому: змінний електричний струм високої частоти, створений у передавальній антені, викликає в навколиш­ньому просторі швидко змінюване електромагнітне поле, що поширюєть­ся у вигляді електромагнітної хвилі. Досягаючи приймальної антени, електромагнітна хвиля викликає в ній змінний струм тієї самої частоти, у на якій працює передавач.

Для здійснення радіотелефонного зв'язку необхідно використовувати високочастотні коливання, інтенсивно випромінювані антеною. Для пере­дачі звуку ці високочастотні коливання змінюють за допомогою електричних коливань низької частоти (цей процес називається модуляцією).

У приймачі з модульованих коливань високої частоти виділяються низькочастотні коливання (цей процес називається детектуванням). До­бутий у результаті детектування сигнал відповідає тому звуковому сиг­налові, який діяв на мікрофон передавача. Після підсилення коливання низької частоти можуть бути перетворені на звук.

Найпростіша система радіотелеграфного зв'язку, яка була запропонована Г. Марконі і О.С. Поповим і широко застосовувалась понад двадцять років, полягала у відправці серій затухаючих електромагнітних коливань, добутих у коливальному контурі з іскровим розрядником. Цю систему істотно поліпшено після винайдення генератора незатухаючих електромагнітних коливань. Увімкнувши в коло генератора телеграфний ключ, можна було передавати сигнали з коротких і більш тривалих імпульсів електромагнітних хвиль.

Здійснити передачу мови і музики, тобто радіотелефонний зв'язок, виявилося значно важче. На перший погляд може здатися, що бажаючи передати мову чи музику, можна за допомогою належного підсилення послати їх в антену і передати на велику відстань. Насправді ж таким способом передати сигнали не можна. Річ у тім, що коливання звукової частоти — це порівняно повільні коливання (від 100 Гц до кількох тисяч герц). А ми знаємо, що інтенсивність випромінювання електромагнітних хвиль низької частоти дуже мала. Виникає суперечність. З одного боку, високочастотні хвилі добре випромінюються, але не містять потрібної інформації (мова або музика) і в приймальній антені збуджують чисто гармонічні коливання, тобто дають інформацію лише про те, працює передавач чи ні. З іншого боку, електромагнітні коливання низької (звукової) частоти кола мікрофона містять потрібну інформацію, але дуже слабо випромінюються.

Ця суперечність була розв'язана дуже дотепним способом. Він полягає в тому, що для передачі енергії електромагнітної хвилі використовують високочастотні коливання, а коливання низької частоти застосовують лише для зміни високочастотних коливань, або, як прийнято говорити, для їх модуляції. На приймальній станції з цих складних коливань за допомогою спеціальних методів знову виділяють коливання низької частоти, які після підсилення подають на гучномовець. Цей процес виділення інформації з прийнятих модульованих коливань дістав назву демодуляції, або детектування коливань.

Модуляцію коливань можна здійснювати, змінюючи їх амплітуду, частоту або фазу. Ми обмежимося розглядом найбільш поширеного виду модуляції — амплітудної.

Амплітудна модуляція електромагнітних коливань полягає в тому, що амплітуду коливань електромагнітної хвилі змінюють відповідно до низькочастотного (звукового) коливального процесу, який передається разом з електромагнітною хвилею.

Для здійснення амплітудної модуляції електромагнітних коливань у радіотехніці опрацьовані різні способи. Одним з них є зміна напруги джерела енергії автогенератора. Для цього достатньо увімкнути послідовно з джерелом постійної напруги U₀ джерело, напруга якого U_n змінюється за певним законом (мал. 1).

             (мал.1)

У місці приймання сигналів під впливом електромагнітної хвилі передавача в антені приймача збуджуються модульовані струми високої частоти, тотожні струмам в антені передавача, але слабші. Однак ці струми не придатні для безпосереднього одержання сигналу. Якщо, скажімо, під час радіотелефонної передачі ми направимо їх, навіть після попереднього підсилення, в гучномовець чи телефон, то не почуємо ніякого звуку. Це станеться, по-перше, тому, що телефонна мембрана має велику масу і не може здійснювати такі швидкі коливання з помітною амплітудою. По-друге, і це головне, коли б ми і скористалися малоінерційним телефоном (що можна зробити), то дістали б хвилі з частотою 105—108 Гц, тоді як наше вухо розрізняє звуки лише за частоти, яка не перевищує 16 000—20 000 Гц.

Тому з модульованих високочастотних коливань у приймачі необхідно виділити низькочастотні звукові коливання. Це роблять так. Модульовані коливання спочатку пропускають через вакуумний чи напівпровідниковий діод — випрямляють їх. Графік коливань сили струму в колі діода матиме вигляд, показаний на малюнку 2, а. Цей струм є сумою випрямлених струмів: високочастотного (мал. 2, б) і струму звукової частоти (мал. 2, в). Оскільки ці струми сильно відрізняються за частотою, їх можна легко відокремити один від одного. Для цього досить увімкнути в коло діода таке розгалуження, щоб одна гілка становила великий опір для високочастотних струмів і малий для низькочастотних, а друга, навпаки, малий опір для високочастотних і великий для струмів звукової частоти. Таким розгалуженням є паралельне з'єднання конденсатора й навантаження (телефона) (мал. 3). Струми високої частоти пройдуть переважно через конденсатор, а низької — через телефон. Отже, найпростіший демодулятор складається з діода, телефона і конденсатора. Мембрана телефона коливатиметься так само, як мембрана мікрофона, і ми почуємо звук, виголошений перед мікрофоном. Невеликі пульсації струмів високої частоти помітно не впливають на коливання мембрани і не сприймаються на слух.

 

 (мал.2) (мал.3)

 

                     43 Принціп дії засобів радіозв'язку.

 

 

Амплітудна модуляція (АМ) – вид модуляції при якій змінюваним параметром несучого сигналу є амплітуда його коливань.

Нехай

· — інформаційний сигнал, ,

· — носійне коливання.

Тоді амплітудно-модульований сигнал може бути записаний таким чином:

Тут — деяка константа, що називається коефіцієнтом модуляції. Формула (1) описує носійний сигнал , промодульований за амплітудою сигналом з коефіцієнтом модуляції . Передбачається також, що виконані умови:

Виконання умов (2) необхідне для того, щоб вираз в квадратних дужках в (1) завжди був позитивним. Якщо цей вираз стає від'ємним - він може приймати від'ємні значення в деякий мометн часу - то має місце так звана перемодуляція. Прості демодулятори (типу квадратичного детектора) демодулюють такий сигнал с сильними спотвореннями.

 

 

              НАЙПРОСТІШИЙ РАДІОПРИЙМАЧ

Приймачі електромагнітних хвиль досить різноманітні. Найпростіший з них — детекторний приймач (мал. 89), який є, по суті, розглянутим вище демодулятором коливань з увімкнутим до нього паралельно коливальним контуром.

 (мал.89)

Електромагнітні хвилі під час надходження створюють в ан­тені і контурі високочастотні модульовані коливання. Якщо конденсатором настроїти контур у резонанс частоті коли­вань, які слід прийняти, то навіть дуже слабкі хвилі, надходячи, створять помітні модульовані коливання в контурі. Ці коливання потрапляють на демодулятор і за допомогою теле­фона, зашунтованого конденсатором, розділяються на коли­вання низької і високої частоти. Коливання низької (звуко­вої) частоти проходять переважно через телефон, мембрана якого коливатиметься так само, як мембрана мікрофона на передавальній станції, і ми почуємо такий самий звук, який був виголошений перед мікрофоном.

Детекторний приймач дуже простий, надійний, не вима­гає джерела живлення, однак він може приймати сигнали лише від близьких або дуже потужних радіостанцій. Більш досконалі приймачі — лампові і транзисторні — зібрані за досить складними схемами.

Таким є приймач прямого підсилення, блок-схему якого наведено на малюнку 90. Електромагнітні хвилі надходять в антену приймача і викликають електромагнітні коливання в резонуючому контурі РК.Слабкі коливання високої частоти надходять у підсилювач, а потім у детектор. У детекторі відбувається процес демодуляції — виділення низькочастот­ної складової коливань. З детектованих коливань виділя­ється низькочастотна (звукова) складова, яка знову підси­люється і подається на відтворювальний пристрій (динамік, телефон тощо). Резонуючий контур приймача складається з котушки і конденсатора змінної ємності. Це дає можливість досягати збігу частот власних коливань контуру з частотою хвилі, яка випромінюється тією чи іншою радіостанцією, інакше кажучи, настроювати приймач на довжину хвилі

(мал.90)

потрібної радіостанції. Однак слід мати на увазі, що най­частіше радіомовні приймачі будують за дещо іншою схемою — так звані супергетеродинні приймачі.

         Радіолокація

 

Радіолокація (від радіо... і лат.(латинський) locatio — розміщення, розташування), галузь науки і техніки, предметом якої є спостереження радіотехнічними методами (спостереження радіолокації) різних об'єктів (цілей) — їх виявлення, розпізнавання, вимір їх координат (визначення місця розташування) і похідних координат і визначення ін. характеристик. Під Р. розуміють також сам процес спостереження (локації) радіолокації об'єктів. За наявності декількох об'єктів Р. повинен забезпечувати необхідний їх дозвіл (роздільне спостереження). Завдання Р. вирішуються за допомогою окремих станцій радіолокацій(РЛС) і складних систем радіолокацій. З Р. тісно пов'язана радіонавігація ; часто їх методи і апаратура практично не розрізняються. Р. — один з найважливіших напрямів сучасною радіоелектроніки . Для спостереження радіолокації використовують: ехо-камера-сигнали, віддзеркалення , що утворюються в результаті, радіохвиль від об'єкту, опроміненого РЛС (т.з. Р. із зондуючим випромінюванням); сигнали РЛС, перєїзлучаємиє ретранслюючим пристроєм, що знаходиться на об'єкті, місце розташування якого визначається (Р. з активною відповіддю); власне радіовипромінювання об'єкту — випромінювання радіопристроїв, що знаходяться на об'єкті, або теплове випромінювання самого об'єкту, що визначається його температурою ( пасивна радіолокація ). В Р. вимірюють відстань до об'єкту (дальнометрія, або дістанциометрія) напрям приходу сигналів ( пеленгація ), радіальну і кутову швидкості руху об'єкту і т.д. Спостереження радіолокації об'єктів дозволяє також виявляти їх багато характерних особливостей, наприклад визначати параметри льодового покриву водної поверхні, влагосодержаніє атмосфери, розміри і конфігурацію об'єкту і т.п. Дані вимірів можуть бути дискретними (що виробляються через визначених інтервали часу) або безперервними. Об'єкти можуть бути одіночнимі або множинними або бути суцільними утвореннями. Можливе складне (комбіноване) спостереження, наприклад огляд радіолокації простору в деякому секторі, що дозволяє виробляти пошук і виявлення нових об'єктів в цьому секторі і одночасно безперервно отримувати поточні координати вже виявлених об'єктів. В основі найбільш поширеного вигляду Р. — Р. з зондуючим випромінюванням — лежить явище віддзеркалення радіохвиль. Простою характеристикою властивостей об'єкту (у напрямі на приймальну антену РЛС при заданому напрямі поля зондуючого випромінювання), що відображають, є т.з. ефективна площа розсіяння (ЕПР) об'єкту s, що дозволяє визначити щільність потоку потужності поля в приймальної антени РЛС П 2 через щільність потоку потужності випромінювання в об'єкту H 1 по формулі П 1 s = П 2 ×4p R 2 , де R — відстань від об'єкту до РЛС.

 

             ПОНЯТТЯ ПРО ТЕЛЕБАЧЕННЯ

 

Широкого застосування дістали електромагнітні хвилі в сучасній системі телебачення, тобто передаванні зображень на відстань за допомогою ультракоротких електромагнітних хвиль. Десятки тисяч телевізійних станцій у багатьох країнах світу регулярно ведуть передачі, які дивляться сотні мільйонів глядачів. Однак телебачення — це не лише теле­мовлення. Телебачення знаходить широке застосування в різних галузях народного господарства і в наукових дослід­женнях. Воно дає можливість одночасно спостерігати за ос­новними етапами складних технологічних процесів, за різни­ми ділянками залізничних вузлів і морських портів, дає змогу вчитися віртуозному мистецтву великих хірургів, проникати поглядом в безодні океанів і в глибини космосу.

Ознайомимося коротко з принципами телебачення і робо­тою основних приладів, які застосовуються в телевізійних установках.

Будь-яка телевізійна система складається з трьох частин: передавача, приймача і каналу зв'язку їх між собою. При­значення передавача полягає в перетворенні за допомогою спеціальних електронно-променевих трубок світлового зобра­ження об'єкта в систему електричних сигналів — відеосиг-налів. Ці сигнали модулюють потім коливання генератора високої частоти. Модульована електромагнітна хвиля пере­носить інформацію на великі відстані. Ці хвилі ловляться антеною приймача, в якому здійснюється зворотне перетво­рення. Високочастотні модульовані коливання детектуються, перетворюються в електричні сигнали, а одержані сигнали перетворюються у видиме зображення. Для передавання ру­ху використовують принцип кіно: зображення рухомого об'єкта (кадри), які трохи відрізняються один від одного, передають кілька десятків раз за секунду.

Передавальна телевізійна камера нагадує фотоапарат, тільки замість фотоплівки в неї вміщено спеціальну елек­тронно-променеву трубку, за допомогою якої здійснюється перетворення зображення об'єкта в серію електричних сигналів. Існує кілька типів таких електронно-променевих трубок — іконоскопи, ортікони, відікони, плюмбікони тощо. Розглянемо одну з найпростіших трубок — відікон. її будо­ву показано на малюнку 92. Екран цієї електронно-промене­вої трубки є прозорим сигнальним електродом S, на який нанесено тонкий шар напівпровідникового фоторезистора

 (мал.92)

(К — катод). В коло цього електрода увімкнуто резистор навантаження R_н , з якого й знімається сигнал.

Передаване зображення за допомогою системи лінз проек­тується на поверхню фоторезистора. Залежно від освітленості різні місця фоторезистора набувають різної провідності. Ство­рюваний електронною гарматою промінь послідовно пробігає всі елементи одного горизонтального рядка фоторезистора, потім другого і т. д. Переміщення електронного променя по екрану нагадує переміщення нашого погляду по рядках кни­ги. Електронний промінь пробігає по екрану 625 горизонталь­них рядків за 1/25 секунди. Рухом електронного променя керує магнітне поле надітої на трубку котушки.

Коли електронний промінь досягає поверхні фоторезистора, залежно від електричної провідності даної ділянки (яка, в свою чергу, залежить від освітленості шару) резисто­ром R_н проходить більшої чи меншої сили струм. Таким чи­ном, напруга на резисторі змінюється пропорційно зміні освітленості вздовж рядка. Так утворюється відеосигнал. Він містить інформацію про зображення предмета. Далі цей відео­сигнал підсилюється, а потім, як і у випадку передачі звукових сигналів, використовується для модуляції високочас­тотних коливань. Модульовані відеосигналом високочастотні коливання подаються в антену і випромінюються нею в простір. Одночасно' другий передавач здійснює передачу сигналів звукового супроводу.

Телевізійний приймач перетворює одержаний відеосигнал у видиме зображення на екрані приймальної електронно-про­меневої трубки — кінескопа (мал. 93). Особливістю будови

(мал.93)

цієї трубки є можливість керування інтенсивністю електрон­ного променя (кількістю електронів у промені), і отже, яскравістю свічення екрана в місці попадання променя. Ке­рування інтенсивністю електронного променя, який малює зображення на люмінесціюючому екрані, здійснюється так. Модульовані електромагнітні хвилі вловлюються антеною і надходять у приймач. Там вони підсилюються, детектуються і відповідні коливання подаються на керуючий електрод трубки. Зміна потенціалу цього електрода змінює інтен­сивність електронного променя, яка визначає яскравість свічення точки екрана в момент, коли промінь падає на неї.

Система котушок горизонтального і вертикального відхи­лення змушує електронний промінь пробігати весь екран кіне­скопа синхронно з рухом електронного променя екраном пере­давальної трубки (відікона), тобто електронний промінь у кінескопі також пробігає за 1/25 секунди всю площу екрана, прокреслюючи за цей час 625 горизонтальних рядків. Внаслідок цього на екрані кінескопа за 1/25 секунди відтво­рюється весь переданий кадр. Оскільки за секунду змінюється 25 таких кадрів, то як в кіно, окремі зображення сприймають­ся нашим оком як єдине суцільне рухоме зображення.

 

                 44. ОПТИКА ТА ОСНОВИ ТЕОРІЇ ВІДНОСНОСТІ.

           Природа світла.

Світло — електромагнітні хвилі видимого спектру. До видимого діапазону належать електромагнітні хвилі в інтервалі частот, що сприймаються людським оком (7.5×10¹⁴ — 4×10¹⁴ Гц), тобто з довжиною хвилі від 400 до 760 нанометрів.

У фізиці термін «світло» має дещо ширше значення і є синонімом до оптичного випромінювання, тобто включає в себе інфрачервону та ультрафіолетову області спектру.

Властивості світла вивчаються розділами фізики оптикою та спектроскопією. Вимірювання інтенсивності світла — царина фотометрії.

⇐ Предыдущая13141516171819202122Следующая ⇒

Поделиться: