Электромагнитных волн
|
|
В 1888 году немецкий физик Г.Герц экспериментально получил электромагнитные волны с помощью изобретенного им устройства, получившего название вибратора Герца. Вибратор Герца состоит из двух стержней, разделенных искровым промежутком, подключенных через дроссели (Др) к источнику напряжения (индуктору) (рис. 2.6.1).Идея конструкции вибратора Герца ясна из следующих рассуждений. Если в колебательном контуре (рис. 2.6.2, а) возбудить электромагнитные колебания (ключ К перевести из положения 1 в 2), то изменяющееся электрическое поле будет сосредоточено в пространстве между обкладками конденсатора, а изменяющееся магнитное поле - внутри катушки индуктивности.
 |
Так как изменяющиеся электрическое и магнитное поля обособлены от окружающего пространства, то излучения электромагнитных волн практически не происходят.
Для того, чтобы открыть для окружающего пространства области, в которых существуют изменяющиеся электрическое и магнитное поля, необходимо раздвигать обкладки конденсатора и увеличивать расстояние между витками катушки (рис.2.6.2, б). В пределе (рис.2.6.2, в) получается вибратор Герца с закороченным искровым промежутком. Действительно, когда напряжение на искровом промежутке достигнет пробивного значения (для воздуха ~ 30 кВ на 1 см), возникает искра, которая закорачивает обе половинки вибратора. В вибраторе возникают высокочастотные (~108 Гц) затухающие колебания тока, напряженияизаряда, которые продолжаются в течение времени существования искры.
Чтобы высокочастотный ток не попадал в индуктор, между вибратором и индуктором включены дроссели (катушки с большой индуктивностью). После погасания искры вибратор снова заряжается от индуктора и весь процесс повторяется. Таким образом, с помощью вибратора Герца можно создать ряд цугов затухающих электромагнитных волн. Длина волн получаемых вибратором Герца составляет от 10 до
0,6 м. Длина вибратора Герца приблизительно равна половине длины волны. По этой причине вибратор подобного типа называют полуволновым.
Исследование полученных электромагнитных волн Герц проводил при помощи такого же полуволнового вибратора, в котором электромагнитные колебания, созданные волной вследствие резонанса, вызывали проскакивание искр в искровом промежутке.
В 1894 году П.Н.Лебедев продолжил исследования Герца и получил электромагнитные волны длиной 6 мм и исследовал их прохождение в кристаллах.
В 1896 году А.С.Попов использовал электромагнитные волны для передачи информации на расстояние около 250 м и тем самым заложил основы радиотехники.
Во время совершающихся в вибраторе Герца колебаний происходит периодическое изменение его дипольного электрического момента. Поэтому вибратор Герца представляет собой полуволновой диполь (его длина 
).
Рассмотрим излучение диполя для которого l<<l (элементарный диполь).
Элементарный диполь состоит из двух точечных зарядов +q и -q , колеблющихся в противофазе около некоторой точки 0 (рис.2.6.3).
| |
(2.6.1)
где l - удвоенная амплитуда колебаний зарядов,
- единичный вектор, направленный вдоль оси диполя,
- максимальный дипольный момент.
В непосредственной близости от диполя картина электромагнитного поля очень сложная. Она сильно упрощается на расстояниях r>>l в так называемой волновой зоне диполя.
Если диполь находится в однородной изотропной среде, то созданная им волна будет сферической (рис. 2.6.4).
|
В каждой точке фронта волны векторы 
и 
колеблются по закону 
.
|
Амплитуды колебаний 
зависят от r и от угла Q между направлением 
и осью диполя (рис.2.6.4):
Среднее по времени значение плотности потока энергии <П>t пропорционально произведению EmHm, то есть
( 2.6.2)
|
Из (2.6.2) следует, что интенсивность волны убывает вдоль луча (Q =const) обратно пропорционально r2 и зависит от Q пропорционально sin2Q. Зависимость интенсивности волны от угла наглядно изображается с помощью так называемой диаграммы направленности излучения.
Эта диаграмма строится таким образом, чтобы длина отрезка, отсекаемого на луче, проведенном из центра диполя, давала в определенном масштабе интенсивность излучения под углом Q.
Соответствующий расчет средней по времени интенсивности излучения элементарного диполя дает следующее выражение:
. (2.6.3)
Дата добавления: 2015-07-22; просмотров: 1189;