Излучение и прием электромагнитных волн.

В колебательном контуре происходит взаимное превращение магнитного и электрического полей. При этом электрические заряды движутся ускоренно. Электрическое поле ограничено в пространстве между обкладками конденсатора, магнитное – внутри соленоида. Поэтому распространение электромагнитных волн в окружающем пространстве не происходит. Такую цепь называют закрытым колебательным контуром.

Закрытый колебательный контур не излучает электромагнитные волны в окружающее пространство.

Если колебательный контур состоит из катушки и двух пластин плоского конденсатора, не параллельных друг другу, то чем под большим углом развернуты эти пластины, тем более свободно выходит электромагнитное поле в окружающее пространство.

Предельным случаем раскрытия колебательного контура является удаление пластин конденсатора на противоположные концы прямой катушки.

В действительности контур состоит из катушки и длинного провода - антенны. Один конец антенны заземлен, второй поднят над поверхностью земли.

Принципы радиосвязи

В передающей антенне создаются незатухающие электромагнитные колебания высокой частоты. Энергия излучаемых электромагнитных волн пропорциональна четвертой степени частоты колебаний. Поэтому для осуществления радио- и телевизионной связи используются электромагнитные волны с частотой от нескольких сотен тысяч герц до тысяч мегагерц. Эти высокочастотные (ВЧ) волны называют несущими волнами

В окружающем пространстве распространяется электромагнитная волна.

Колебательный контур в цепи приемной антенны настраивается в резонанс с несущей частотой. Он используется для усиления полученного сигнала в приемной цепи

В приемной антенне возбуждаются вынужденные колебания с частотой передачи

Для передачи информации используется модуляция несущей волны, то есть наложение колебаний звуковой частоты на высокую частоту

Амплитудный модулятор в структуре любого радиопередающего устройства изменяет амплитуду высокочастотных колебаний в соответствии со звуковыми колебаниями микрофона

несущая волна высокой частоты

ЭМВ звуковой частоты

Амплитудная модуляция высокочастотной электромагнитной волны

Шкала электромагнитных волн

По мере развития науки и техники были обнаружены различные виды излучений: радиоволны, видимый свет, рентгеновские лучи, гамма- излучение. Все эти излучения имеют одну и ту же природу. Они являются электромагнитными волнами. Разнообразие свойств этих излучений обусловлено их частотой (или длиной волны). Между отдельными видами излучений нет резкой границы, один вид излучения плавно переходит в другой. Различие свойств становится заметным только в том случае, когда длины волн различаются на несколько порядков.

Для систематизации всех видов излучений составлена единая шкала электромагнитных волн:

Шкала электромаг­нитных волн это непрерывная после­довательность частот (длин волн) электромагнитных излучений. Разбиение шкалы ЭМВ на диапазоны весьма условное.

 

Известные электромагнитные волны охватывают огромный диапазон длин волн от 10⁴ до 10^-10 м. По способу получения можно выделить следующие области длин волн:

1. Низкочастотные волны более 100 км (10⁵ м). Источник излучения - генераторы переменного тока

2. Радиоволны от 10⁵ м до 1 мм. Источник излучения - открытый колебательный контур (антенна) Выделяются области радиоволн:

ДВ длинные волны - более 10³ м,

СВ средние - от 10³ до 100 м,

КВ короткие - от 100 м до 10 м,

УКВ ультракороткие - от 10 м до 1 мм; 

3 Инфракрасное излучении (ИК) 10^–3-10^–6 м. Область ультракоротких радиоволн смыкается с участком инфракрасных лучей. Граница между ними условная и определяется способом их получения: ультракороткие радиоволны получают с помощью генераторов (радиотехнические методы), а инфракрасные лучи излучаются нагретыми телами в результате атомных переходов с одного энергетического уровня на другой.

4. Видимый свет 770-390 нм Источник излучения – электронные переходы в атомах. Порядок цветов в видимой части спектра, начиная с длинноволновой области КОЖЗГСФ. Излучаются в результате атомных переходов с одного энергетического уровня на другой.

5. Ультрафиолетовое излучение (УФ) от 400 нм до 1 нм. Ультрафиолетовые лучи получают с помощью тлеющего разряда, обычно в парах ртути. Излучаются в результате атомных переходов с одного энергетического уровня на другой.

6. Рентгеновские лучи от 1 нм до 0,01 нм. Излучаются в результате атомных переходов с одного внутреннего энергетического уровня на другой.

7. За рентгеновскими лучами идет область гамма-лучей (γ) с длинами волн менее 0,1 нм. Излучаются при ядерных реакциях .

Область рентгеновских и гамма-лучей частично перекрывается, и различать эти волны можно не по свойствам, а по методу получения: рентгеновские лучи возникают в специальных трубках, а гамма-лучи испускаются при радиоактивном распаде ядер некоторых элементов.

По мере уменьшения длины волны количественные различия в длинах волн приводят к существенным качественным различиям. Излучения различной длины волны очень сильно отличаются друг от друга по поглощению веществом. Коэффициент отражения веществом электромагнитных волн также зависит от длины волны.

Электромагнитные волны отражаются и преломляются согласно законам отражения и преломления.

Для  электромагнитных волн можно наблюдать волновые явления - интерференции, дифракции, поляризации, дисперсии.

ОПТИКА

Оптика – раздел физики, в котором изучаются явления и закономерности, связанные с возникновением, распространением и взаимодействием с веществом световых электромагнитных волн.

В геометрической оптике рассматриваются законы распространения свет в прозрачных средах на основе представления о свете как о совокупности световых лучей.

Световой луч – геометрическое (не физическое!) понятие – линия, вдоль которой распространяется световая волна.

Волновая оптика – учение о волновых свойствах световых волн.