1. Магнітний потік. Явище електромагнітної індукції. Закон електромагнітної індукції. Правило Ленца

У природі існує особлива форма матерії, єдине ціле - електромагнітне поле. Одна із форм його виявлення - магнітне поле, друга - електричне. Між цими полями існує тісний зв'язок: змінне з часом електричне поле породжує магнітне, а магнітне породжує електричне поле. Цей зв'язок встановлено завдяки відкриттю 1831 року англійським вченим М. Фарадеєм явища електромагнітної індукції - виникнення електричного струму в провідному контурі, який або нерухомий у змінному магнітному полі, або переміщується в постійному магнітному полі так, що кількість ліній магнітної індукції, що перетинають контур, змінюється. Це явище згодом стало основою всієї електротехніки і радіотехніки. Зокрема, дія генераторів всіх електростанцій світу, що перетворюють механічну енергію в енергію електричного струму, ґрунтується на явищі електромагнітної індукції. Це явище встановив Фарадей на основі дослідів, які тепер може повторити кожний. У котушку, кінці якої замкнено на чутливий до струму прилад (гальванометр), уводимо або витягуємо магніт (рис.4.4.12). Під час переміщення магніту створюється змінне з часом магнітне поле, в якому знаходиться котушка. Кожного разу в котушці (замкнений провідник) під дією змінного магнітного поля виникає струм, який називають індукційним струмом.

Індукційний струм в котушці з металевого дроту виникає також під час зміни сили струму в другій котушці, магнітне поле якої пронизує першу котушку. Індукційний струм утворюється також під час руху котушки відносно нерухомого постійного магніту. Якщо з'єднана з гальванометром котушка рухається повільно в однорідному полі, то індукційний струм не виникає, бо кількість силових ліній, що перетинають котушку, увесь час залишається незмінною.

Поява електричного струму в замкненому контурі під час зміни магнітного поля, що його пронизує, свідчить про дію в контурі сторонніх сил неелектростатистичної природи або про виникнення ЕРС індукції. Кількісний опис явищаелектромагнітної індукції виконують на основі встановлення зв'язку між ЕРС індукції і фізичною величиною, яку називають магнітним потоком. Ця величина залежить від значень вектора   не в одній точці, а в усіх точках поверхні, обмеженої плоским замкненим контуром.

Магнітним потоком Ф через поверхню з площею S називають скалярну фізичну величину, що дорівнює добутку модуля вектора магнітної індукції   на площу поверхні S та косинус кута між вектором   і вектором нормалі до поверхні  (рис.4.4.13).

Ф = BScosa.

 

Добуток Bcosa = B_n - проекція вектора магнітної індукції на нормаль до площини контуру, тому

Ф = B_nS.

Магнітний потік наочно можна витлумачити як величину, пропорційну кількості ліній магнітної індукції, що пронизують поверхню площею S.

Одиниця магнітного потоку - вебер. Магнітний потік в один вебер (1 Вб) створюється однорідним магнітним полем з індукцією 1 Тл через площу 1 м², перпендикулярну до ліній магнітної індукції: 1 Вб = 1 Тл · м².

Причина виникнення індукційного струму полягає перш за все в тому, що в замкненому контурі спочатку виникає ЕРС, а вже потім під її впливом в контурі, опір якого R, пройде індукційний струм такий, якого потребує закон Ома для повного кола  . Досліди Фарадея показали, що сила індукційного струму пропорційна швидкості зміни магнітного потоку   через поверхню, обмежену контуром:

I_i ~  .

Опір провідника не залежить від швидкості зміни магнітного потоку. Отже, I_i ~   тільки тому, що ЕРС індукціїпропорційна  .

Закон електромагнітної індукції сформульовано саме для ЕРС, оскільки за такого формулювання він виражає суть явища, незалежного від властивостей провідників, у яких виникає індукційний струм. Згідно із законом електромагнітноїіндукції ЕРС індукції в замкненому контурі дорівнює за модулем швидкості зміни магнітного потоку через поверхню обмежену контуром:

.

Під час проведення дослідів з електромагнітної індукції можна помітити, що стрілка приладу відхиляється то в один, то в другий бік, що свідчить про різні напрями індукційного струму (рис.4.4.14, а, б).

Російський вчений Ленц застосував до явища електромагнітної індукції закон збереження і перетворення енергії і сформулював правило, користуючись яким можна визначити напрям індукційного струму.

Правило Ленца формулюється так: індукційний струм, що виникає в замкненому контурі, протидіє зміні магнітного потоку, який збуджує цей струм. Застосуємо це правило до закону електромагнітної індукції. На рис.4.4.15 зображено замкнений контур. Додатним вважатимемо напрям обходу контуру проти руху годинникової стрілки. Нормаль до контуру   утворює правий гвинт з напрямом обходу. Нехай магнітна індукція   напрямлена вздовж нормалі до контуру і з часом зростає. Тоді

Ф > 0 і   > 0.

Згідно з правилом Ленца індукційний струм створює магнітний потік Ф' < 0. Силові лінії магнітного поля індукційного струму зображено на рис.4.4.15 пунктиром. Отже, цей струм I_i згідно з правилом свердлика напрямлений за рухом годинникової стрілки (проти напряму додатного обходу) і ЕРС індукції від'ємна. Тому в рівнянні електромагнітноїіндукції має стояти знак мінус, який вказує, що e_i і   мають різні знаки:

e_i = –  .

Якщо в з'єднаних послідовно контурах відбуваються однакові зміни магнітного потоку, то ЕРС індукції в них дорівнює сумі ЕРС індукції в кожному із контурів. Тому, якщо змінюється магнітний потік у котушці, що складається із Nоднакових витків провідника, загальна ЕРС індукції буде в N разів більшою від ЕРС індукції в окремому контурі:

.                                             (4.4.4)

Рівняння (4.4.4) може набувати й іншого вигляду залежно від характеру зміни магнітного потоку. Для випадку нестаціонарного магнітного поля, коли вектор індукції магнітного поля змінюється з часом за незмінних площі контуру та його орієнтації (S = const, a = const):

.                                       (4.4.5)

У разі зміни орієнтації поля (якщо   = const) або зміни орієнтації контуру в стаціонарному полі (S = const):

,      (4.4.6)

де a₁ і a₂ - кути між нормаллю до контуру і вектором індукції в початковий і кінцевий моменти часу.

Коли магнітне поле стаціонарне (  = const), а орієнтація контуру незмінна (a = const), то ЕРС індукції може виникати внаслідок зміни площі контуру. Її розраховують за формулою

,        (4.4.7)

де S₁ і S₂ - площі контуру, на початку і наприкінці, наприклад, руху ділянки контуру.

Вирази (4.4.4) - (4.4.7) можна використовувати для розв'язування багатьох задач.

Під час будь-якої зміни магнітного поля в навколишньому просторі виникає електричне поле. Це електричне поле приводить в рух вільні електричні заряди в контурі, викликаючи появу індукційного електричного струму. Його називають вихровим електричним полем.

Робота сил вихрового електричного поля з переміщення електричних зарядів і є роботою сторонніх сил, джерелом ЕРС індукції в замкненому контурі.

Явище електромагнітної індукції спостерігається і в тих випадках, коли магнітне поле не змінюється з часом, але і магнітний потік через контур змінюється через рух провідників контуру в магнітному полі. Тоді причиною виникнення ЕРС індукції буде не вихрове електричне поле, а сила Лоренца.

Нехай провідник довжиною l, що рухається зі швидкістю   перпендикулярно до ліній однорідного магнітного поля з індукцією  , за час Dt переміщується на відстань  , описавши поверхню площею S = l  (рис.4.4.16). Ураховуючи, що за цих умов Ф = BS, отримуємо з (4.4.4):

e_i = – Bl  .

Якщо вектори   і   розміщені під кутом один до одного, то

e_i = – Bl sin a.

Напрям індукційного струму в рухомому замкненому провіднику можна визначати за правилом правої руки. Якщо праву руку розташувати так, щоб лінії магнітної індукції входили в долоню, а великий відігнутий палець показував напрям швидкості руху провідника, то чотири пальці покажуть напрям індукційного струму.

Особливо великі індукційні струми виникають у масивних провідниках через їх малий опір. Ці струми названострумами Фуко на честь французького фізика, який їх досліджував. Вихрові струми здебільшого шкідливі і тому, щоб зменшити їх вплив, вживають спеціальних заходів. Наприклад, у трансформаторах, електродвигунах суцільні деталі із заліза замінюють на виготовлені з окремих, тонких, ізольованих пластинок або проводів. Це збільшує опір для проходження вихрових струмів і зменшує нагрівання.

Нагрівання металів аж до їх плавлення у вакуумі використовують в індукційних печах, коли інші способи малопридатні.

2= Запаси внутрішньої енергії в земній корі й океанах можна вважати практично необмеженими. Але володіти запасами енергії ще недостатньо, необхідно вміти за рахунок енергії приводити в рух верстати, засоби транспорту, машини, обертати ротори генераторів електричного струму тощо. Людству потрібні двигуни, тобто пристрої, здатні виконувати роботу. Більша частина двигунів на землі - теплові двигуни, тобто пристрої, які перетворюють внутрішню енергію палива в механічну енергію. Для того, щоб двигун виконував роботу, необхідна різниця тисків по два боки поршня двигуна або лопатей турбіни. Незважаючи на велику різноманітність видів теплових двигунів, усі вони мають загальний принцип дії. У роботі двигунів можна виділити такі загальні ознаки:

1) у будь-якому тепловому двигуні відбувається перетворення енергії палива в механічну енергію;

2) для роботи теплового двигуна потрібні нагрівник, холодильник і робоче тіло. У процесі роботи теплового двигуна робоче тіло забирає від нагрівника певну кількість теплоти Q₁ і перетворює частину цієї теплоти в механічну енергію, а неперетворену частину теплоти Q₂ передає холодильнику. За законом перетворення і збереження енергіїQ₁ = Q₂ +  A;

3) робота будь-якого теплового двигуна полягає у повторюванні циклів зміни стану робочого тіла.

Розглянемо чотирикратний цикл роботи ідеального двигуна, який вперше відкрив С. Карно. Газ, поміщений в теплопровідний циліндр з рухомим поршнем, приведемо в контакт з нагрівником (рис.3.2.6), що має температуру T₁. При цьому газ, нагріваючись до T₁, буде ізотермічно розширюватись, переходячи із стану 1 в стан 2 (рис.3.2.7). У результаті газ отримає від нагрівника теплоту Q₁ і виконає проти зовнішніх сил роботу A_1,2 = Q₂. Після досягнення газом стану 2перервемо контакт робочого тіла (газу) з нагрівником і помістимо циліндр в теплоізольовану адіабатну оболонку. Залишимо газу можливість додатково адіабатно розширитись до стану 3. При цьому:

- газ виконає проти зовнішніх сил роботу A_2,3 за рахунок своєї внутрішньої енергії U;

- температура газу знизиться від T₁ до T₂, оскільки його внутрішня енергія U зменшиться.

    

Після досягнення газом стану 3 приведемо його в контакт з холодильником, температура якого T₂. Газ ізотермічно стиснеться зовнішньою силою. Знову помістимо циліндр в теплоізольовану оболонку і газ, внаслідок адіабатного стиснення, набуде вихідного стану. Зобразимо ці процеси в координатах p, V. Цей цикл Карно буде складатися з двох ізотерм (1   2, 3   4) і двох адіабат (2   3, 4   1) (рис.3.2.7).

Робота, яку виконує газ, пропорційна площі фігури, обмеженої ізотермами і адіабатами. Такий цикл роботи теплового двигуна найвигідніший; його називають циклом Карно.

Неможливість повного перетворення внутрішньої енергії газу в роботу зумовлено необоротністю теплових процесів у природі. Корисна робота, яку виконує двигун,

A' = |Q₁| - |Q ₂|,

де Q₁ - кількість теплоти, яку отримало робоче тіло від нагрівника; Q₂ - кількість теплоти, віддана холодильнику.

Коефіцієнт корисної дії для будь-якої теплової машини дорівнює відношенню корисно використаної енергії до затраченої енергії:

Із формули (3.2.6) видно, що за будь-якої конструкції машини ККД залежить від температур нагрівника T₁ і холодильника T₂:

h_max - максимальне значення ККД теплової машини. Формулу (3.2.7) можна використовувати лише для циклу Карно ідеальної теплової машини. Згідно формули (3.2.7) здійснюють удосконалення довільних теплових машин. Збільшити ККД можна:

- збільшуючи T нагрівника;

- зменшуючи T холодильника.

Згідно з формулою (3.2.7) ККД теплової машини міг би дорівнювати одиниці, якщо була б можливість використати холодильник з температурою T₂ = 0 К. Але згідно з третім законом термодинаміки абсолютний нуль температури - недосяжний. Холодильниками для реальних теплових двигунів, переважно, є атмосферне повітря або вода при температурі T   300 К.

Тому основний спосіб підвищення ККД теплових двигунів - це підвищення температури нагрівника. Але її не можна підняти вище температури плавлення тих матеріалів, з яких виготовляється тепловий двигун. Наприклад, температура нагрівника сучасної парової турбіни наближається до 850 К і максимально можливе значення ККД, обчислене за формулою (3.2.7), становить близько 65 %.

Досягненню високих температур нагрівника заважає неповне згоряння палива, зокрема, у двигунах внутрішнього згоряння. Це призводить і до екологічних проблем.

Широке застосування теплових двигунів для добування зручної у використанні енергії найбільше впливає на навколишнє середовище порівняно з усіма іншими видами виробничих процесів.

За законами термодинаміки електричну й механічну енергію неможливо виробляти без відведення в навколишнє середовище значних кількостей теплоти. Це може призвести до підвищення середньої температури на Землі і створити загрозу підвищення рівня Світового океану.

Підвищення температури на Землі може спричинити і подальше суттєве збільшення концентрації вуглекислого газу в атмосфері, зумовлене спалюванням палива в теплових машинах. За останні двадцять років кількість вуглекислого газу в атмосфері Землі збільшилась майже на 20 %.

Молекули вуглекислого газу здатні поглинати інфрачервоне випромінювання. Тому збільшення вмісту вуглекислого газу в атмосфері змінює її прозорість. Інфрачервоне випромінювання, що надходить від поверхні Землі, все більшою мірою поглинається атмосферою.

Під час спалювання палива атмосфера також забруднюється попелом, азотистими та сірчаними сполуками, шкідливими для здоров'я людей. Особливо суттєве це забруднення у великих містах і промислових центрах. Більше половини всіх забруднень атмосфери створює транспорт. Крім оксиду вуглецю, викидаються в атмосферу 2 - 3 млн. т свинцю. Сполуки свинцю додають в автомобільний бензин для запобігання детонації палива в двигуні, тобто дуже швидкого згоряння палива.

З метою зменшення таких викидів дедалі більше випускається автомобілів, у яких замість бензинових використовують дизельні двигуни, у паливо яких не додають сполук свинцю. Однак найбільш перспективними вважаються електромобілі і автомобілі, які працюють на водні. Продуктом згоряння у водневому двигуні є звичайна вода.

Застосування теплових двигунів призводить до значного споживання кисню, який виробляється зеленими рослинами (10 - 25 %), через що його кількість в повітрі постійно зменшується.

Застосування парових турбін на електростанціях потребує відведення великих площ під ставки, в яких охолоджується відпрацьована пара. Зі збільшенням потужностей електростанцій різко зростає потреба у воді.

Для економії площ і водних ресурсів споруджуються комплекси електростанцій, насамперед атомних, із замкненим циклом водопостачання.

Одним із заходів захисту довкілля є встановлення різного роду фільтрів як на теплових станціях, так і на автомобільних двигунах. Розробляються зразки газотурбінних, роторних і навіть парових двигунів.

Білет № 20

1…. Електромагнітне поле. Електромагнітні хвилі та швидкість їх поширення. Шкала електромагнітних хвиль. Принципи радіозв'язку Вивчення явища електромагнітної індукції показало, що зміна магнітного поля, в якому знаходиться провідний контур, викликає появу в цьому контурі індукційного (вихрового) електричного поля. Максвелл розвинув уявлення Фарадея про електромагнітну індукцію, довівши, що вихрове електричне поле з'являється в довільній частині простору, де існує змінне магнітне поле (незалежно від того, чи є там провідники, чи немає). А в середині 60-х років ХІХ ст. Максвелл дійшов висновку, що існує і зворотний процес: змінне електричне поле викликає появу змінного магнітного поля (вихрового). Отже, магнітне поле може створюватися не тільки електричним струмом (тобто рухомими електричними зарядами), але і змінним електричним полем (рис.5.2.15).

Сукупність нерозривно взаємопов'язаних змінних вихрових електричного і магнітного полів називаютьелектромагнітним полем. У природі взагалі немає відокремлених одне від одного електричних і магнітних полів, а існують електромагнітні поля як особливий вид матерії, через який відбувається електромагнітна взаємодія.

Процес поширення змінного електромагнітного поля в просторі з плином часу називають електромагнітною хвилею. Максвелл показав, що швидкість поширення електромагнітної хвилі є величиною скінченною і у вакуумі дорівнює швидкості світла (тобто c   3·10⁸ м/с). Електромагнітні хвилі є поперечними, оскільки в кожній точці простору електрична напруженість  , магнітна індукція   і швидкість поширення цих хвиль   взаємно перпендикулярні (рис.5.2.16). Із теорії Максвелла випливає, що швидкість   поширення електромагнітної хвилі у речовині визначається за формулою

,                    (5.2.7)

де c - швидкість електромагнітних хвиль у вакуумі; e - діелектрична проникність; m - магнітна проникність середовища. Із формули (5.2.7) видно, що швидкість поширення електромагнітної хвилі в середовищі залежить від електричних і магнітних властивостей цього середовища.

Відстань, на яку поширюється електромагнітна хвиля за один період, тобто найкоротша відстань між таким двома точками хвилі, в яких   і   коливаються в однакових фазах, називають довжиною електромагнітної хвилі і позначають через l. За аналогією з механічними хвилями:   = ln = l /  T, де T - період, n - частота електромагнітних коливань. Із теорії Максвелла випливає, що довільний заряд, що рухається із прискоренням або коливається, випромінює електромагнітні хвилі.

Електромагнітна хвиля поширюється в діелектрику, але ще краще у вакуумі. Наявність прискорення - головна умова випромінювання електромагнітної хвилі.

У вакуумі електромагнітні хвилі досягають найбільшої швидкості - швидкості світла (c = 3·10⁸ м/с). Властивості електромагнітних хвиль найлегше вивчати, використовуючи передавач і приймач, які працюють на сантиметровому діапазоні. Випромінювання і приймання таких хвиль можна зробити спрямованими. Досліди Герца і пізніше проведені експерименти показали, що електромагнітні хвилі мають такі властивості:

1) в однорідному середовищі поширюються рівномірно і прямолінійно;

2) відбиваються діелектриками, а ще краще провідниками, при цьому виконуються закони відбивання хвиль;

3) заломлюються;

4) фокусуються;

5) дають явища дифракції і інтерференції;

6) поляризуються.

Властивості електромагнітних хвиль виявились такими ж, як і властивості хвиль будь-якої іншої природи.

Електромагнітні хвилі мають майже необмежений діапазон частот і довжин хвиль. Шкалу цих хвиль наведено в дод. Весь діапазон поділяють на декілька вузьких ділянок, для яких установлено конкретні межі.

Радіохвилі поділяють на довгі (понад 10 км), середні (сотні метрів), короткі (десятки метрів). Усіх їх переважно використовують у радіозв'язку. Ультракороткі радіохвилі поділяють на метрові, дециметрові та міліметрові. Перші використовують у телебаченні, другі і треті - у радіолокації. Діапазон радіохвиль частково перекривається з інфрачервоними променями, які широко застосовують у техніці. У цьому діапазоні працюють лазери, фокусування променів яких дозволяє краще обробляти матеріали.

Ультрафіолетові промені використовують для знезаражування приміщень у лікарнях, стимуляції хімічних реакцій, утворення потрібних генних мутацій та ін. Поверхня Землі захищена від шкідливих складових ультрафіолетових променів Сонця озоновим шаром (О₃). Його збереження - це одна з важливих екологічних проблем.

Рентгенівське проміння отримують під час гальмування електронів, які прискорюються напругою в десятки кіловольтів. На відміну від світлового проміння видимого спектра й ультрафіолетового проміння, воно має значно меншу довжину хвиль. Причому довжина хвилі рентгенівського проміння є тим меншою, чим більша енергія електронів, які бомбардують перешкоду.

У встановленні природи цього випромінювання визначальними були дослідження українського вченого Івана Пулюя (1845 - 1918 рр.) на електронних вакуумних трубках власної конструкції, проведені задовго до відкриття В. Рентгена. Однак, В. Рентген першим запатентував відкриття Х-променів і тому їх називають рентгенівськими.

На сучасному етапі для добування рентгенівського проміння розроблені досить досконалі пристрої, які називають рентгенівськими трубками (рис.5.2.17). Катод 1 - вольфрамова спіраль, яка випромінює електрони внаслідок термоелектронної емісії. Циліндр 2 фокусує потік електронів, які потім падають на металевий електрод (анод) 3. При цьому виникає рентгенівське проміння. Напруга між анодом і катодом досягає кількох десятків кіловольтів. У трубці створюється глибокий вакуум; тиск газу в ній не перевищує 10^-5 мм. рт. ст.

У потужних рентгенівських трубках анод охолоджують проточною водою, оскільки внаслідок гальмування електронів виділяється велика кількість теплоти. На корисне випромінювання йде лише близько 3 % енергії електронів.

Рентгенівські промені майже одразу знайшли застосування в медицині. Ці промені за довжиною перекриваються із g-промінням, яке утворюється під час розпаду нестійких ядер. Вони проходять через товстий шар металу, тому їх використовують для перевірки якості великих злитків, зон зварювання товстого металу та іншого. g-проміння використовують у медицині, геології та інших галузях.

Для утворення інтенсивних електромагнітних хвиль необхідно створити електромагнітні коливання досить високої частоти. Коливання високої частоти, яка значно перевищує частоту промислового струму (50 Гц), можна отримати за допомогою коливального контуру, частота власних коливань якого буде тим більшою, чим менша індуктивність і ємність конденсатора:

.

Для отримання електромагнітних хвиль Г. Герц використав простий пристрій, який нині називають вібратором Герца. Цей пристрій є відкритим коливальним контуром.

До відкритого коливального контуру можна перейти від закритого, якщо поступово збільшувати відстань між пластинами конденсатора, одночасно зменшуючи їх площу і кількість витків у котушці. Це і є відкритий коливальний контур (рис.5.2.18). Значення ємності та індуктивності вібратора Герца малі. Тому частота коливань досить велика.

Такий пристрій, що здатний випромінювати електромагнітні хвилі, Герц назвав антеною, що в перекладі означає вуса. Електромагнітні хвилі, які випромінюються, переносять із собою енергію. Поверхню площею S, через яку електромагнітні хвилі переносять енергію, називають хвильовою поверхнею (рис.5.2.19).

Густиною потоку електромагнітного випромінювання J називають електромагнітну енергію DW, яка проходить за час Dt через перпендикулярну до променів поверхню площею S:

.

Іноді величину називають інтенсивністю хвилі. У СІ [J] = Вт/м².

Густина потоку електромагнітних хвиль дорівнює добутку густини електромагнітної енергії w_м на швидкість її поширення.

J = w_мc.

Електромагнітні хвилі переносять енергію. Густина потоку випромінювання пропорційна значенню частоти в четвертому ступені:

J   w⁴.

У зв'язку з цим на антенах радіостанцій виникають коливання великих частот. Принципи радіозв'язку такі. Змінний електричний струм високої частоти, який створюють в антені передавача, викликає в просторі навколо антени електромагнітні хвилі високої частоти. Коли хвилі досягають антени приймача, вони індукують в ній змінний струм такої ж частоти, на якій працює передавач. Важливим етапом у розвитку радіозв'язку було створення 1913 року генератора незагасальних електромагнітних коливань, за допомогою якого можна здійснювати надійний і високочастотнийрадіотелефонний зв'язок - передачу розмови чи музики за допомогою електромагнітних хвиль.

Для передачі звуку високочастотні коливання змінюють чи модулюють за допомогою електричних коливань низької частоти (звукової частоти). Цей метод називають амплітудною модуляцією (рис.5.2.20).

	- коливання високої частоти
	- коливання звукової частоти

Модуляція - повільний процес змін у високочастотній системі, за якого система встигає здійснити багато високочастотних коливань до того, як амплітуда значно зміниться.

У приймачі з модульованих коливань високої частоти виділяють низькочастотні коливання. Такий процес перетворення сигналу називають детектуванням. Отриманий в результаті детектування сигнал відповідає тому звуковому сигналу, який діяв на мікрофонному передавачі.

Основні принципи радіозв'язку показано на рис.5.2.21.

Промодульована електромагнітна хвиля відходить від антени передавача і, досягнувши антени приймача, викликає в ній модульовані високочастотні коливання електричного струму. Приймач виділяє з них звукову частоту, і гучномовець передає звук.

Завдання будь-якого приймача - приймання потрібної промодульованої електромагнітної хвилі, виділення із множини частот тільки частоти тієї радіостанції, яку хочуть чути, виділення із цих коливань звукової частоти і відтворення її.

Електромагнітні хвилі, що випромінюються антеною радіопередавача, збуджують вимушені коливання вільних електронів у довільному провіднику. Для приймання електромагнітних хвиль у найпростішому детекторному радіоприймачі застосовують довгий провід - приймальну антену 1 (рис.5.2.22), в якій енергія електромагнітної хвилі перетворюється у змінний високочастотний струм. Вимушені коливання в антені збуджуються електромагнітними хвилями всіх радіостанцій. Коливання напруги подаються на коливальний контур 2 із змінною власною частотою коливань. Власна частота коливань у контурі приймача змінюється внаслідок зміни електроємності змінного конденсатора. За умови збігу частоти вимушених коливань в антені з власною частотою коливань контуру наступає резонанс, при цьому амплітуда вимушених коливань напруги на пластинах конденсатора контуру досягає максимального значення. Таким чином, із великої кількості електромагнітних коливань, збуджених в антені, виділяються коливання потрібної частоти, на якій і працює радіостанція.

З коливального контуру приймача модульовані коливання високої частоти поступають на детектор 3. Як детектор можна використати напівпровідниковий діод, що пропускає змінний струм високої частоти тільки в одному напрямі. Високочастотний модульований струм після проходження через діод стає пульсуючим струмом. На ділянці паралельно з'єднаних конденсатора С і телефону 4 високочастотні пульсації струму закорочуються через конденсатор. Для струму звукової (низької) частоти конденсатор є великим опором, і тому такий струм проходить через телефон. Для високочастотних пульсацій струму обмотка електромагніта телефону є досить великим індуктивним опором. Телефон перетворює коливання струму у звукові коливання. Таким чином, високочастотні модульовані електромагнітні коливання в приймачі знову перетворяться у звук.

За допомогою передавача і приймача Герца здійснювати радіозв'язок на великі відстані неможливо через дуже низьку чутливість приймача Герца. Це пояснюється тим, що приймач Герца працює лише за рахунок енергії електромагнітної хвилі, яку він сприймає. Російський вчений О. С. Попов 1885 року продемонстрував радіоприймач, який працював за рахунок енергії вмонтованої в нього батареї. Електромагнітні хвилі, які надходять до антени, лише керують роботою приймача. Спочатку дальність зв'язку становила 250 м, з часом її вдалось збільшити до 150 км, а через декілька років зв'язок було здійснено через Атлантичний океан. Удосконаленням радіоприймачів займалась фірма, організована італійським інженером Г. Марконі.

Звичайно детекторний радіоприймач недосконалий, але дозволяє збагнути загальні принципи радіозв'язку.

У сучасних радіоприймачах є підсилювач високої та звукової частот, і підсилені низькочастотні коливання відповідно подаються на гучномовець, який перетворює електричні коливання у звукові. Однак схеми найпростіших сучасних радіоприймачів значно складніші від зображеної на рис.5.2.22, тому їх можна вивчати лише факультативно.

Радіозв'язок здійснюється на довгих (10 000 - 1 000 м), середніх (1 000 - 100 м), коротких (100 - 10 м) та ультракоротких (менше 10 м) хвилях. Радіохвилі з різними довжинами хвиль по-різному поширюються біля поверхні Землі.

Довгі хвилі завдяки дифракції поширюються далеко за межі видимого горизонту. Тому радіопередачі на довгих хвилях можна приймати на великих відстанях за межами прямої видимості антени.

Середні хвилі зазнають меншої дифракції біля поверхні Землі і поширюються внаслідок дифракції на менші відстані за межі прямої видимості.

Короткі хвилі ще менш здатні до дифракції біля поверхні Землі, але їх можна прийняти в будь-якій точці на поверхні Землі. Поширення коротких радіохвиль на великі відстані від передавальної радіостанції пояснюється їх здатністю відбиватися від іоносфери, як від металевої пластинки.

Ультракороткі хвилі не відбиваються іоносферою і не огинають поверхню Землі внаслідок дифракції. Тому зв'язок на ультракоротких хвилях здійснюється тільки в межах прямої видимості антени передавача.

Ультракороткі хвилі (l < 10 м) використовують в радіолокації. Радіолокація - це виявлення різних предметів і вимірювання відстані до них за допомогою радіохвиль. В основу радіолокації покладено властивість електромагнітних хвиль відбиватися від металевих предметів або будь-яких тіл, що проводять електричний струм.

Відстань l до предмета, що відбив радіохвилі, дорівнює:

,

де c - швидкість поширення радіосигналу (3·10⁸ м/с); t - час проходження електромагнітних хвиль в прямому і зворотному напрямах.

За допомогою радіохвиль передаються на відстань не тільки звукові сигнали, але і зображення предмета. Телевізійні передачі ведуться в діапазоні 50 - 230 МГц. У цьому діапазоні електромагнітні хвилі поширюються майже в межах прямої видимості. Тому будують високі антени, використовують ретранслятори у вигляді антен та штучних супутників Землі.

Значний внесок у розвиток телебачення вніс український винахідник Борис Грабовський (1901 - 1966 рр.). Уперше в світі 1928 року йому вдалося створити повністю електронізовану систему передачі на віддаль рухомого зображення.