12. Електромагнітні хвилі та їх застосування

Усна розминка

1. Як має рухатися заряджена частинка, щоб вона випромі­нювала електромагнітні хвилі?

2. З якою метою у вхідному коливальному контурі радіоприймача застосовують конденсатор змінної електроємності?

3. Радіохвилі якого діапазону використовують для телемовлення?

4. Радіохвилі якого діапазону можуть бути прийняті на проти­лежному боці Землі (без застосування штучних супутників Землі)?

5. Радіохвилі якого діапазону використовують для зв'язку з кос­мічними апаратами?

6. Навіщо передавальні антени телецентрів розташовують на багатометрових випіках?

7. Чому в радіолокації не застосовують середні та довгі радіо­хвилі?

8. У вакуумі радіохвилі не поглинаються. Однак чим далі від Землі знаходиться міжпланетний космічний апарат, тим біль­шою має бути потужність радіопередавача для зв'язку з ним. Чому?

9. У скільки разів потрібно змінити частоту електромагнітної хвилі, щоб її довжина зменшилася в 3 рази?

10. Радіоприймач настроїли на приймання в 4 рази довших хвиль. Як змінився при цьому період хвилі?

11. Частоту електромагнітної хвилі збільшили в 4 рази. Як змінилася довжина хвилі?

Перший рівень

12. Визначте період коливань у коливальному контурі, який випромінює радіохвилі з довжиною хвилі 300 м.

13. Радіостанція працює на частоті 100 МГц. На яку довжину хвилі має бути настроєний радіоприймач?

14. Покажчик на шкалі радіоприймача встановлений на позначці 15 м. Яка частота прийнятих радіохвиль?

15. Радіостанція працює на частоті 60 МГц. На яку довжину хвилі треба настроїти радіоприймач?

16. За якої частоти коливань радіопередавач випромінює елек­тромагнітні хвилі довжиною 45 м? До якого діапазону належать ці хвилі?

17. На якій частоті передають сигнал біди, якщо за міжнародною угодою довжина радіохвилі має бути 600 м?

18. Визначте довжину електромагнітної хвилі частотою 2 МГц у середовищі, де швидкість хвилі дорівнює 2·10⁸м/с.

19. Електромагнітні коливання частотою 1 МГц спричиняють в однорідному середовищі утворення електромагнітних хвиль з довжиною хвилі 250 м. Визначте швидкість хвиль у цьому середовищі.

20. Супутникові телефони передають сигнал через супутник, що «висить» на висоті 36 000 км над Землею. Якою буде мінімальна затримка сигналу під час використання таких телефонів?

21. Космічний корабель з екіпажем наблизився до Марса. Через який мінімальний час командир корабля може одержати відпо­відь на своє запитання, адресоване у Центр керування польотом? Відстань від Землі до Марса під час сеансу зв'язку становить 150 млн км.

22. Сигнал радіолокатора повернувся від цілі через 0,4 мс. На якій відстані знаходиться ціль?

Другий рівень

Приклад розв'язання задачі Максимальна сила струму у вхідному контурі радіоприймача Ім = 4 мА, а максимальна напруга на конденсаторі Uм =0,4 В. Яка довжина хвилі λ прийнятих радіохвиль, якщо індуктив­ність вхідного контуру L = 17 мкГн. Розвязання. Відповідно до закону збеження енергії максимальна енергія електричного поля конденсатора дорівнює максимальній енергії магнітного поля котушки: . Звідси, . Довжина радіохвиль , де с = 3·108м/с. Підставивши отримане значення С, одержимо . Перевіримо одиниці величин: Підставимо числові значення: =320(м). Відповідь: 320 м.

23. Чому закритий коливальний контур практично не випро­мінює електромагнітні хвилі?

24. У деякій точці простору індукція магнітного поля електро­магнітної хвилі змінюється від нуля до максимального значення за 2 мкс. Визначте довжину хвилі.

25. Довжина радіохвилі у вакуумі дорівнює 60 м. За який час напруженість електричного поля хвилі зменшиться від макси­муму до нуля?

26. Коливальний контур генератора радіопередавача має елек­троємність 3,5 пФ та індуктивність 14 мкГн. Радіохвилі якої довжини випромінює антена цього радіопередавача?

27. Електроємність вхідного контуру радіоприймача дорівнює 2 пФ. Визначте довжину хвилі радіостанції, на яку настроєний цей радіоприймач, якщо індуктивність вхідного коливального контуру дорівнює 1,28 мкГн.

28. Індуктивність приймального контуру радіоприймача дорів­нює 0,5 мГн, а його електроємність може змінюватися від 25 до 225 пФ. У якому діапазоні довжин хвиль може працювати цей радіоприймач?

29. Довжину хвилі, на яку настроєний радіоприймач, зменши­ли в 9 разів, змінивши електроємність вхідного коливального контуру. У скільки разів її змінили?

30. У скільки разів потрібно змінити індуктивність вхідного коливального контуру, щоб у 4 рази збільшити частоту, на яку настроєний радіоприймач?

31. Коливальний контур радіоприймача настроєний на довжину хвилі 1,5 м. У скільки разів потрібно змінити електроємність конденсатора контуру, щоб настроїтися на частоту 100 МГц?

32. Дорожня служба для зв'язку з патрульними машинами використовує радіохвилі з довжиною хвилі 24 м. Яка електро­ємність вхідного контуру радіоприймачів патрульних машин, якщо індуктивність вхідного контуру дорівнює 50 мкГн?

33. Радіоприймач настроєний на приймання радіохвиль з до­вжиною 21м. При цьому електроємність конденсатора вхідно­го коливального контуру радіоприймача дорівнює 20 пФ. Яка індуктивність контуру?

34. Довжина прийнятих радіоприймачем радіохвиль дорівнює 15 м. Яка індуктивність вхідного коливального контуру, якщо електроємність контуру дорівнює 150 пФ?

35. На шкалі радіоприймача вказано діапазон довжин хвиль 2,75-3,03 м. Індуктивність вхідного коливального контуру ра­діоприймача дорівнює 1 мкГн. У яких межах має змінюватися

електроємність конденсатора вхідного коливального контуру радіоприймача?

12.86. Чому навіть далека гроза істотно позначається на якості радіозв'язку?

37. Радіохвиля відбивається від металевого даху. Як при цьому змінюються довжина хвилі та її частота?

38. Чому за допомогою коротких радіохвиль легше буває на­лагодити зв'язок з іншим континентом, ніж із сусіднім містом?

39. Чому короткохвильовий радіозв'язок утруднений у гір­ській місцевості?

40. Хто раніше почує голос оперного співака: глядач у першому ряду на відстані 8,5 м від співака чи радіослухач, що сидить біля радіоприймача на відстані 750 км від театру?

41. С кільки електромагнітних коливань відбувається в електро­магнітній хвилі з довжиною хвилі 25 см протягом одного періоду звукових коливань з частотою 800 Гц?

42. На рисунку схематично показано передавальну антену А і чотири приймальні антени (вигляд зверху). Яка з показаних на рисунку приймальних антен найкраще приймає сигнал пе­редавальної антени?

43. У вхідному контурі радіоприймача під час приймання радіо­хвиль з довжиною хвилі 40 см амплітудне значення сили струму дорівнює 50 мкА, а амплітудне значення напруги — 0,5 мВ. Яка індуктивність котушки контуру? '

44. Амплітудне значення напруги на конденсаторі вхідного коливального контуру дорівнює 20 мВ, а амплітудне значення сили струму в контурі — 8 мА. На якій довжині хвилі працює радіоприймач, якщо електроємність конденсатора дорівнює 2000 пФ?

45. На екрані радіолокатора легко розрізнити водоймище від суходолу. Чому?

46. Радіолокатор випромінює високочастотні імпульси трива­лістю 10 мкс. Яка найменша дальність виявлення цілі цим радіолокатором?

47. Радіолокатор виявляє цілі, починаючи з відстані 1,2 км. Яка тривалість імпульсів, що випромінюються радіолокатором?

48. Радіолокатор випромінює за секунду 4000 високочастотних імпульсів. Яка найбільша дальність виявлення цілі цим радіо­локатором?

49. За якої частоти випромінювання високочастотних імпульсів радіолокатора максимальна дальність виявленні цілі становить 200 км? Дальність виявлення не обмежена потужністю радіо­локатора.

50. Лінія електропередачі змінного струму промислової частоти 50 Гц мас довжину 300 км. Визначте різницю фаз коливань напруги на початку і в кінці цієї лінії. Швидкість поширення сигналів уздовж; лінії вважайте рівною швидкості світла у ва­куумі.

51. Скільки коливань містить кожний імпульс радіолокатора, що працює на довжині хвилі 5 см і випромінює імпульси три­валістю 1 мкс?

52. Радіолокатор працює на хвилі 15 см і дає 2000 імпульсів за секунду. Тривалість кожного імпульсу 2 мкс. Скільки коливань містить кожний імпульс і яка найбільша дальність розвідки локатора?

Третій рівень

37. Вхідний контур радіоприймача, настроєний на довжину хвилі 2,99 м, має електроємність 2 пФ і котушку з індуктив­ністю 1,14 мкГн. Яка індуктивність з'єднувальних проводів? Індуктивності котушки і проводів додаються.

38. Котушка індуктивністю 4 мГн і плоский слюдяний конден­сатор утворюють вхідний коливальний контур радіоприймача. На яку довжину хвилі настроєний радіоприймач? Площа пластин конденсатора дорівнює 27 см², відстань між ними — 1,5 мм.

39. Зазор між пластинами повітряного конденсатора контуру радіоприймача дорівнює 0,8 мм. На скільки потрібно змінити зазор між пластинами, щоб зменшити у два рази довжину хвилі, на яку настроєний радіоприймач?

40. Під час приймання радіохвиль з довжиною хвилі 28 м плас­тини конденсатора змінної електроємності у вхідному контурі радіоприймача перекривають одна одну наполовину. На яку частку загальної площі потрібно змінити площу перекриття пластин конденсатора при переході на приймання радіохвиль з довжиною хвилі 35 м?

41. Скільки необхідно змінних котушок у вхідному коли­вальному контурі, щоб радіоприймач можна було настроювати на будь-які радіостанції, що працюють у діапазоні довжин хвиль від 50 до 1200 м? Електроємність конденсатора вхідного коливального контуру радіоприймача можна змінювати від 20 до 180 пФ.

42. У деяких системах кольорового телебачення потрібно «затри­мати» телевізійний сигнал на час, протягом якого електронний промінь «намалює» на екрані телевізора один рядок. Який час затримки, якщо кадри на екрані телевізора змінюються з час­тотою 25 с^-1,а зображення складається з 625 рядків?

43. Антена С електронно-променевого телевізора (див. рисунок) приймає, поряд із хвилею від телецентру А, хвилю, відбиту від залізного даху В. У результаті зображення на екрані двоїться. На скільки зсунуті одержувані зображення одне відносно одного? Ширина екрана телевізора 50 см; кадри на екрані змінюються з частотою 25 с^-1 зображення складається з 625 рядків.

44. На якій максимальній дальності від телецентру можна прийма­ти телепрограми, якщо висота приймальної антени дорівнює 25 м? Передавальна антена телецентру розташована на висоті 450 м.

45. Антена обласного телецентру розташована на висоті 150 м. Якої висоти має бути щогла приймальної антени в селищі, від­даленому від обласного телецентру на 60 км?

46. Радіолокатор диспетчерської служби аеропорту розташо­ваний на висоті 75 м над землею. Яка максимальна дальність виявлення цим радіолокатором літаків, що йдуть на посадку на висоті 1100 м? Якою має бути при цьому частота випускання імпульсів радіолокатора?

12.63. У скільки разів потрібно збільшити потужність радіо­передавача на Землі, якщо відстань до космічного корабля, з яким потрібно підтримувати зв'язок, збільшилася в 5 разів?

12.64. Як потрібно змінити потужність радіолокатора на літаку, щоб збільшити дальність виявлення цілі у 2 рази? Поглинання радіохвиль у повітрі не враховуйте. Чутливість приймальної апаратури вважайте незмінною.