Elektromagnitnye_volny_Opyty_Gertsa_Printsipy_radiosvyazi_11kl

1.

Домашнее задание
§37-39, стр. 159 А1-А4.
Внимательно просмотреть презентацию
Конспект слайдов № 19-23
Кирик С.р. 10 н.у. (тест), с.у. (п), д.у. 1 (а, б).

2.

Актуализация знаний
СU 2 LI 2
W
2
2
C
0 S
d
0 8,85 10
w
0 Е 2
w
2
B2
2 0
1
c
T
0 0
7 Н
с
0 4 10
А2
0 N 2 S c
L
l
12
Кл
Н м2
2
0
2
Т
0
1
1
c
LC T 2 LC
x
Е Е м sin (t )
0 0
I
~
4

3.

Теория электромагнитного поля
1 постулат: переменное магнитное
поле создает в окружающем его
пространстве вихревое электрическое
поле, линии напряженности которого
представляют собой замкнутые линии,
охватывающие линии индукции
магнитного поля.
2 постулат: переменное электрическое
Джеймс Клерк Максвелл
поле создает в окружающем его
пространстве вихревое магнитное поле,
линии индукции которого охватывают
линии напряженности переменного
электрического поля.

4.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ
ВОЛНЫ

5.

Колебательный контур
• КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР, замкнутая
электрическая цепь, состоящая из
конденсатора емкостью С и катушки с
индуктивностью L, в которой могут
возбуждаться собственные колебания с
частотой, обусловленные перекачкой
энергии из электрического поля
конденсатора в магнитное поле катушки и
обратно.
0
1
LC
2
0
2
Т
T 2 LC
0 N 2 S
L
l
0 S
C
d
L – индуктивность
катушки;
С – электроемкость
конденсатора

6.

7.

Первоначально вибратор представлял
собой два соосных медных стержня
диаметром 5 мм и длиной по 1,3 м; на
концах стержней были насажены по
одному латунному маленькому
(диаметром 3 см) шарику и по одной
большой цинковой сфере или
полусфере (диаметром 30 см) либо
квадратной пластине. Между
маленькими шариками оставался
искровой промежуток в 7... 7,5 мм. К
медным стержням вблизи маленьких
шариков были прикреплены обмотки
катушки Румкорфа – преобразователя
постоянного тока низкого напряжения в
переменный ток высокого напряжения.

8.

При импульсах постоянного тока,
вследствие действия прерывателя,
в гальванической цепи вторичной
обмотки катушки между шариками
проскакивали искры и в
окружающую среду излучались
электромагнитные волны.
Перемещением больших сфер (или
пластин) вдоль стержней
регулировались индуктивность и
емкость цепи, определяющие
частоты колебаний (и
соответственно длины волн)
согласно формуле Томсона.
T 2 LC
cТ

9.

Чтобы улавливать излучаемые
волны, Герц сделал простой
резонатор, представляющий собой
проволочное незамкнутое кольцо
диаметром 70 см или
прямоугольную незамкнутую рамку
125х80 см, также с латунными
шариками на концах и также с
малым искровым регулируемым
промежутком.

10.

Вибратор и резонатор Герца поражают своей
остроумной простотой и высокой
эффективностью. Изменяя размеры и
положение резонатора, ученый настраивал его
на частоту колебаний вибратора. В разряднике
резонатора проскакивали маленькие искры в те
самые моменты, когда происходили разряды
между шариками вибратора. Интенсивность
искрообразования была очень мала и
наблюдения приходилось вести в темноте.

11.

Сначала Герц добился частоты
электромагнитных колебаний 50 • 106 1/с. Затем,
совершенствуя конструкции вибратора и
резонатора и уменьшая их размеры, например,
длину медных стержней - до 13 см, искровые
промежутки - до 3 мм, диаметры шариков - до 3
см, заменив один латунный шарик острием и
соответственно в 5 раз уменьшив диаметр
резонатора, он довел частоту колебаний до 500
106 1/с.
Таким образом, уже в начале работы были
достигнуты два важнейших результата:
• открыты способы получения электромагнитных
колебаний сверхвысоких частот и их
обнаружения
• сконструированы устройства для этого:
высокочастотный генератор - вибратор и
детектор излучаемых им колебаний - резонатор.

12.

Опытами Герца доказана правильность
положения Максвелла.
Вибратор Герца, подобно световому источнику,
излучает в окружающее пространство энергию, при
посредстве электромагнитных лучей
передающуюся всему тому, что в состоянии
поглотить ее, преобразовывая эту энергию в иную
форму, доступную для наших органов чувств.
Электромагнитные лучи по качеству вполне
подобны лучам тепла или света.
Их отличие от последних заключается лишь в
длинах соответствующих волн.
Длина световых волн измеряется в
десятитысячных долях миллиметра, длина же
электромагнитных волн, возбуждаемых
вибраторами, выражается метрами.

13.

• Дж. Максвелл не дожил 9 лет до экспериментального
открытия электромагнитных волн, существующих в
пространстве независимо от создавших их зарядов. Этот
эксперимент осуществил в 1888 г. Генрих Герц.
• После своего открытия Г. Герц написал: «К сожалению, это
явление никогда не будет использовано на практике».
• Однако уже 7 мая 1905 г. русский физик А.С. Попов послал
первую в мире радиограмму, состоящую всего из двух
слов «Heinrich Hertz», отдав должное тому человеку,
открытие которого полностью преобразило земную
цивилизацию.

14.

Сконструировать приемник
электромагнитных волн, обладающий
достаточной для практических целей
чувствительностью, удалось
преподавателю физики минных
офицерских классов в Кронштадте
Александру Степановичу Попову.
В приемном вибраторе Герца, для того
чтобы в его разряднике проскочила
искра, необходимо, чтобы
электромагнитная волна развила в нем
напряжение в несколько сотен вольт.
А это значит, что напряженность поля
электромагнитной волны должна быть
также около сотен вольт на метр (ведь
длина вибратора была близка к 1 м).
Столь сильные поля создают лишь
близкие разряды молний.

15.

Схема радиоприемника
Радиоприемник А.С.Попова
хранится в Центральном
музее связи в Ленинграде

16.

когерер
Вместо искрового промежутка в приемном вибраторе Попов
использовал когерер, прибор, изобретенный незадолго до этого
французом Э. Бранли.
Когерер представлял собой стеклянную трубку с двумя выводами,
между которыми были насыпаны железные опилки.
Из-за тончайшего слоя окиси на поверхности опилок
сопротивление когерера велико, но лишь до тех пор, пока на его
выводах отсутствует напряжение, безразлично, переменного
или постоянного тока. Как только прикладывается напряжение,
наведенное электромагнитной волной, сопротивление когерера
резко падает. Это объясняется действием мельчайших искр,
пробивающих слой окиси между опилками и как бы
сваривающих опилки между собой.
Чтобы разрушить образовавшиеся мостики для электрического
тока, когерер достаточно было встряхнуть.
К когереру подводились колебания, наведенные принимаемой
волной в приемном вибраторе.

17.

Принцип радиосвязи
• Для получения электромагнитных волн Генрих Герц использовал
простейшее устройство, называемое вибратором Герца. Это устройство
представляет собой открытый колебательный контур.
• Электромагнитные волны регистрировались с помощью приемного
резонатора, в котором возбуждаются колебания тока.
• Схема приемника Попова, приведенная в «Журнале Русского физикохимического общества»

18.

Принципы радиосвязи
• Принцип радиосвязи заключается в том, что
электрический ток высокой частоты, созданный в
передающей антенне, вызывает в окружающем
пространстве быстроменяющееся электромагнитное
поле, которое распространяется в виде электромагнитной
волны.
• Трудность передачи звукового сигнала состоит в том, что
для радиосвязи необходимы колебания высокой
частоты, а колебания звукового диапазона —
низкочастотные колебания, для излучения которых
невозможно построить эффективные антенны.

19.

Схема радиосвязи

20.

4 —передающая
Схема
радиосвязиантенна, излучает
электромагнитную волну, (модулированный
высокочастотный сигнал).
1 —генератор высокой частоты,
вырабатывает электрические
колебания высокой частоты.
2 —микрофон, преобразует
звуковые колебания в
3 —модулятор,
накладывает
электрические
«низкочастотные» электрические
колебания на «высокочастотные»

21.

Схема радиосвязи
ПЕРЕДАТЧИК
ПРИЕМНИК
5 —приетная антенна, принимает
электромагнитную волну,
9 —наушник, преобразует
(модулированный высокочастотный
низкочастотные электрические
сигнал).
колебательный контур,
колебания6в—приемный
звук
усиливает электромагнитную волну, (настраивается
8 —конденсатор-фильтр,
в резонанс с частотой принятого сигнала).
выделяет из модулированного
7 —детектор, удаляет
высокочастотного сигнала
низкочастотные электрические половину сигнала, (детектирует
сигнал).
колебания

22.

Схема простейшего детекторного радиоприемника

23.

ВИДЫ РАДИОВОЛН
Название волн.
Длина
волны,
частота.
Характерные
особенности
распространения.
Длинные
(ДВ) —
километровые
волны
30–300 кГц
10–1 км
Этот тип радиоволны
ДВ сильно поглощаются
обладает свойством
ионосферой, основное
огибать препятствия,
значение имеют
приземные волны, которые используется для
связи на большие
распространяются, огибая
расстояния. Также
землю. Их интенсивность
обладает слабой
по мере удаления от
проникающей
передатчика уменьшается способностью, так что
сравнительно быстро.
если у вас нет
Длинные волны
способны обогнуть
Земной шар.
Применение.
выносной антенны,
вам вряд ли удастся
поймать какую-либо
радиостанцию.
Радиотелеграфная
связь ( Азбука Морзе)

24.

Средние
(СВ) —
гектометровые
волны
0,3–3 МГц
1000–100 м
СВ сильно
поглощаются
ионосферой днём, и
район действия
определяется
приземной волной,
вечером хорошо
отражаются от
ионосферы и район
действия
определяется
отражённой волной.
Эти радиоволны хорошо
отражаются от ионосферы,
находящейся на расстоянии
100-450 км над
поверхностью земли.
Особенность этих волн в
том, что в дневное время
они поглощаются
ионосферой и эффекта
отражения не происходит.
Этот эффект используется
практически, для связи,
обычно на несколько сотен
километров в ночное
время.
Радио, телефония.

25.

Короткие
(КВ) —
декаметровые
волны
3–30 МГц
100–10 м
КВ распространяются
исключительно
посредством отражения
ионосферой, поэтому
вокруг передатчика
существует т. н. зона
радиомолчания. Днём
лучше распространяются
более короткие волны (30
МГц), ночью — более
длинные (3 МГц).
Короткие волны могут
распространяться на
больши́ е расстояния при
малой мощности
передатчика.
Подобно средним
волнам, хорошо
отражаются от
ионосферы, но в
отличии от них, не
зависимо от времени
суток. Могут
распространяться на
большие расстояния
(несколько тысяч км) за
счет переотражений от
ионосферы и
поверхности земли,
такое распространение
называют скачковым.
Передатчиков большой
мощности для этого не
требуется.
Радио, телефония.

26.

Ультракороткие:(УКВ
) — высокочастотные
волны, длина волны
которых меньше 10 м.
Метровые
Дециметровые
Сантиметровые
Миллиметровые
Ионосфера для
радиоволн УКВ
диапазона прозрачна
30–300 МГц
10–1 м
0,3–3 ГГц
100–10 см
3–30 ГГц
10–1 см
30–300 ГГц
10–1 мм
Эти волны могут
огибать препятствия
размером в
несколько метров, а
также имеют
хорошую
проникающую
способность. За счет
таких свойств, этот
диапазон широко
используется для
радио трансляций.
Недостатком
является их
сравнительно
Существует формула,
быстрое затухание
которая позволяет
при встрече с
рассчитать дальность связи в
препятствиями.
УКВ диапазоне
Телевидение
Так к примеру при радиотрансляции с
УКВ распространяются
прямолинейно и, как
правило, не отражаются
ионосферой, однако при
определённых условиях
способны огибать земной
шар из-за разности
плотностей воздуха в
разных слоях атмосферы.
Легко огибают
препятствия и имеют
высокую проникающую
способность.
останкинской телебашни высотой 500 м на
приемную антенну высотой 10 м, дальность
связи при условии прямой видимости
составит около 100 км.

27.

ВЧ не огибают препятствия, распространяются в
пределах прямой видимости. Используются в WiFi,
сотовой связи и т. д.
КВЧ не огибают препятствия, отражаются
большинством препятствий, распространяются в
пределах прямой видимости. Используются для
спутниковой связи.
Гипервысокие частоты не огибают препятствия,
отражаются подобно свету, распространяются в
пределах прямой видимости. Использование
ограничено.

28.

29.

Виды радиосвязи

30.

Уинстон Черчилль
разговаривает по
одному из первых
«уоки-токи»

31.

Радиолокация – обнаружение объектов и определение их
координат с помощью отражения радиоволн.
Радиолокаторы используются для определения расстояния
и обнаружения самолетов, кораблей, скопления облаков,
локации планет, в космических исследованиях. С помощью
радиолокации
определяют
скорости
орбитального
движения планет, а также скорости их вращения вокруг
своей оси.

32.

Радиолокация
Обнаружение и
определение
местоположения
различных
объектов с помощью
радиоволн.

33.

Определение
расстояния
до объекта