Материалы по ФОЗИ / шпоры2

Специфика акустики помещений. Звукоизоляция, звукопоглощение.

Рассмотрим звуковые процессы в помещениях. Для помещений прямоугольной формы применяется волновая теория анализа характеристик. Но в инженерной практике пользуются более простыми методами расчета. Они основаны на статистической теории рассмотрения процессов отзвука. Согласно волновой теории собственные частоты помещения с длиной l, шириной b и высотой h определяется из выражения:

где c – скорость звука в воздухе k, m, n – целые числа.

Звукопоглощением называется процесс перехода части энергии звуковой волны в тепловую энергию среды, в которой распространяется звук. Коэффициентом поглощения материала α называют отношение поглощенной энергии звуковой волны к

падающей на поверхность этого материала. α=I/Iпад. Если размеры поверхности

поглощающего материала велики по сравнению с длиной падающей звуковой волны и имеют большую толщину, то коэффициент поглощения находится через коэффициент отражения: α = 1 - α_отр К звукопоглощающим материалам относятся такие материалы, у которых коэффициент поглощения больше 0,3. Различают нормальный коэффициент поглощения для угла падения 90˚ и диффузный – для различных углов падения. Кроме того, коэффициенты поглощения зависят от частоты звуковой волны. Одни материалы имеют большее поглощение на низких, другие – на средних, высоких частотах. Все материалы по звукопоглощению делятся на пористые, резонирующие и перфорированные. Другая классификация – сплошные и пористые.

Все сплошные материалы имеют акустическое сопротивление больше, чем у воздуха, а пористые в большинстве случаев меньше. Пористые материалы комбинируют всегда со сплошными, располагая сплошные позади пористых.

Звукоизоляция ограждающих конструкций зданий – ослабление звука при его проникновении через ограждения зданий; в более широком смысле - совокупность мероприятий по снижению уровня шума, проникающего в помещения извне

Средства звукоизоляции: 1) Звукоизоляционные ограждения- должны обладать такой звукоизоляцией, при которой уровень громкости проникающего через них шума не превышал допускаемого (нормированного) шума. 2)Звукоизолирующие кожухи-

применяются для эффективной борьбы с шумом машин, различных устройств и оборудования. 3) Акустические экраны- применяются для снижения уровня шумов в окружающей среде, создаваемых открыто установленными источниками шума на территории предприятий

Ультразвук

– упругие колебания и волны, частота которых превышает 15 – 20 кГц. Нижняя граница области УЗ-вых частот является условной так как верхняя граница слуха у каждого человека своя. В газах при нормальном давлении верхняя граница частот УЗ составляет » 10⁹ Гц, в жидкостях и твердых телах граничная частота достигает 10¹²-10¹³ Гц. 3 области частот: 1)низкие (1,5×10⁴ – 10⁵ Гц); 2)средние (10⁵ – 10⁷ Гц); 3)высокие (10⁷ – 10⁹ Гц). Упругие волны с частотами 10⁹ – 10¹³ Гц принято называть гиперзвуком. Человеческое ухо не воспринимает ультразвук, однако, некоторые животные, например, летучие мыши, могут воспринимать и издавать ультразвук. Частично воспринимают ультразвук грызуны, кошки, собаки, киты, дельфины. Ультразвуковые колебания возникают при работе моторов автомобилей, станков и ракетных двигателей. В практике для получения ультразвука обычно применяют электромеханические генераторы ультразвука. Из-за большой частоты (малой длины волны) ультразвук обладает особыми свойствами. Он сильно поглощается газами и слабо жидкостями. В жидкости под воздействием ультразвука образуются пустоты в виде мельчайших пузырьков с кратковременным возрастанием давления внутри них. Кроме того, ультразвуковые волны ускоряют протекание процессов диффузии (взаимопроникновения двух сред друг в друга),.  существенно влияют на растворимость вещества и в целом на ход химических реакций. Эти свойства ультразвука и особенности его взаимодействия со средой обусловливают его широкое техническое и медицинское использование. Многообразные применения ультразвука, при которых используются различные его особенности, можно условно разбить на три направления. Первое связано с получением информации посредством ультразвуковых волн, второе — с активным воздействием на вещество и третье — с обработкой и передачей сигналов. Используется в медицине для исследования внутренних органов.

Излучение электромагнитных волн совокупностью когерентных источников: условие пространственной синфазности излучения.

Рассматриваемое поле, создаваемое источником света, представляет собой газ излучающих атомов. где φ_j – начальная фаза, A_j – амплитуда волны, S – возмущение , k=2π/λ – волновое число, ω – круговая частота, r - r_j – расстояние. Полное поле, создаваемой всеми атомами источника, будет равно сумме волн:

где N – число излучающих атомов источника.

На больших расстояниях, значительно превосходящих линейные размеры излучающего объема, свойства излучения изотропны. Что касается меньших расстояний, то здесь яркость излучений будет неравномерной и неизотропной, но изменения будут довольно плавными. Это соответствует свойствам некогерентного источника света.

Рассмотрим случай полной когерентности волн, излучаемых различными атомами. Результат интерференции N волн существенно зависит от взаимного положения излучающих атомов и того конкретного закона, которому подчиняются фазы φ_j. Рассмотрим случай, когда источники имеют форму параллелепипеда с длинами ребер a, b, L. Параллелепипед расположен самой длинной стороной вдоль оси Z.

Светящиеся атомы заполняют этот объем равномерно. Амплитуды волн одинаковы.

Пусть расстояние между соседними атомами значительно меньше длины волны. Поэтому суммирование по j можно заменить интегрированием по объему источника.

Суммарная волна в точке наблюдения будет равна:

,где ,

N – количество атомов и в излучающем объеме.

Множители перед интегралом представляют собой амплитуду суммарной волны, испущенной всеми атомами источника. Интеграл выражает суммирование волн, идущих от всех таких слоев, находящихся в пределах источника. Результат этого суммирования определяется соотношением между фазами φ(z’) и k∙z’.

Зависимость амплитуды от углов x/r и y/r определяется дифракционными множителями . Фаза k∙z’ отражает расстояние между точкой

наблюдения и положением светящегося атома. Интеграл приобретает максимальное значение, если волны, излучаемые различными сечениями источника, приходят в точку наблюдения с одинаковыми фазами, т.е. должно выполняться: φ(z’) + kz’ = φ₀ (*), где φ₀ постоянная величина

Условие (*) называется условием пространственной синфазности. При выполнении (*) :

Т.об. амплитуда поля излучаемого источником в целом равна сумме амплитуд волн, исходящих от всех атомов. Итак, если излучение атомов, составляющих макроскопический источник света, когерентно, и выполняется условие (*), то излучение источника в целом сосредоточено в малом дифракционном угле, и амплитуда вблизи пучка в N раз больше амплитуды волны, испускаемой отдельным атомом. Отмеченная особенность характерна для лазеров.

Объемные резонаторы

Колебательные контура с сосредоточенными параметрами, а также в виде отрезков длинных линий используются в дециметровом и более длинноволновых диапазонах. На волнах, короче дециметровых, они имеют низкую добротность из-за значительных потерь энергии в проводах, изоляторах и на излучение. Колебательными системами, свободными от указанных недостатков в сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн являются закрытые объемные резонаторы. Закрытые объемные резонаторы представляют собой часть пространства, ограниченного хорошо проводящей поверхностью. В полости объемного резонатора могут иметь место э/м колебания с резко выраженными резонансными свойствами. Они могут быть в виде прямоугольного параллелепипеда, цилиндра или тора.Э/м поле в нем приобретает характер стоячих волн. Вся энергия, запасенная в резонаторе в некоторый Момент времени переходит в энергию электрического поля, а через четверть периода – в энергию магнитного поля и обратно.

Звукопоглощающие материалы и конструкции. Коэффициент поглощения, классификация материалов, облицовочная конструкция.

Коэффициентом поглощения материала α называют отношение поглощенной энергии

звуковой волны к падающей на поверхность этого материала. α=I/Iпад Если

размеры поверхности поглощающего материала велики по сравнению с длиной падающей звуковой волны и имеют большую толщину, то коэффициент поглощения находится через коэффициент отражения: α = 1 - α_отр Различают нормальный коэффициент поглощения для угла падения 90˚ и диффузный – для различных углов падения. Кроме того, коэффициенты поглощения зависят от частоты звуковой волны. Одни материалы имеют большее поглощение на низких, другие – на средних, высоких частотах. Все материалы по звукопоглощению делятся на пористые, резонирующие и перфорированные. Другая классификация – сплошные и пористые. Все сплошные материалы имеют акустическое сопротивление больше, чем у воздуха, а пористые в большинстве случаев меньше. Пористые материалы комбинируют всегда со сплошными, располагая сплошные позади пористых. При этом наименьшее поглощение у пористого материала получается при его расположении вплотную к стене из хорошо отражающего сплошного материала. Наибольшее поглощение у пористого материала получается при его расположении на расстоянии четверти длины волны от стены из хорошо отражающего сплошного материала. Одна из распространенных конструкций пористых поглощающих материалов – облицовочная. Такие материалы изготавливают в виде плоских или рельефных плит, располагаемых или вплотную, или на небольшом расстоянии от сплошной толстой стены. Пирамиды или клинья устанавливают на небольшом расстоянии от стены основаниями вплотную друг к другу, обращенными острыми углами в помещение. Такие конструкции создают большее поглощение, чем плоские плиты. Величина коэффициента поглощения зависит от толщины материала.Пористые поглощающие материалы дают преимущественное поглощение в области высоких частот и неэффективны в нижней части частотного диапазона.

УРАВНЕНИЯ МАКСВЕЛЛА

В 1864 г. Максвелл закончил работу «Динамическая теория поля». В этой работе Максвелл привел уравнения, которые в последствие были названы его именем. Эти 4 уравнения описывают любые электрические и электромагнитные явления, работу радио, телевидения, телефонов, работу линий передач и т.д.

Рассмотрим физический смысл этих 4 уравнений: Одно из уравнений гласит, что электрическое поле образуется зарядами и его силовые линии начинаются и заканчиваются на зарядах. Другое уравнение описывает магнитные силовые линии – это кольцеобразные замкнутые линии. Третье уравнение представляет собой общий случай закона электромагнитной индукции Фарадей: любое изменение магнитного поля генерирует в соответствии с этим уравнением вихревое электрическое поле. Четвертое уравнение. До Максвелла была известна часть этого уравнения, которая годилась для постоянных токов – это закон Ампера, утверждающий, что текущие по проводам электрические заряды (т.е. постоянный ток) создают определяемое уравнением Ампера магнитное поле.Максвелл добавил в четвертое уравнение одно слагаемое, а именно к току движущихся зарядов (ток проводимости) добавил воображаемый им ток смещения. Так он назвал изменяющееся во времени электрическое поле.Ток смещения подобно электрическому току зарядов порождает магнитное поле. Т.об. Максвелл ввел в уравнение Ампера слагаемое, которое убывает. На расстоянии, равном примерно длине волны существует поле индукции. Здесь действуют электрические силы, подчиняющиеся закону Кулона. Лишь на расстоянии нескольких длин волн силы индукции практически исчезают и начинает действовать поле бегущей волны, которое называется полем излучения. Электромагнитное поле может существовать при отсутствии каких-либо зарядов, в вакууме. Векторная форма представления уравнений Максвелла:

1) rotE(в)(x,y,z) =(∂Ez/∂y - ∂Ey/∂z)i(в) + (∂Ex/∂z - ∂Ez/∂x)j(в)+(∂Ey/∂x - ∂Ex/∂y)k(в) Переменное магнитное поле порождает в пространстве переменное электрическое поле

2) , divH(в)(x,y,z)=(∂Hx/∂x + ∂Hy/∂y + ∂Hz//∂z)=0 Силовые линии магнитного поля замкнуты

3) Переменное электрическое поле порождает в пространстве переменное магнитное поле.

4) Силовые линии электрического поля электромагнитной волны замкнутые.

Звукопоглощающие материалы и конструкции. Резонансные поглотители (виды)

Одной из распространенных конструкций звукопоглощающих материалов и конструкций являются резонансные поглотители. Они делятся на 2 вида: мембранные и резонаторные. Мембранные представляют собой натянутый холст или тонкий фанерный лист, под которым располагаются хорошо демпфирующий материал с большой вязкостью(поролон, строительный войлок). Максимум поглощения получается на резонансных частотах. Для натянутого с силой F холста резонансные частоты определяются следующим образом:

где ρ – плотность холста, l, b, t – длина, ширина, высота холста, k – порядок резонансной частоты

Если лист расположен близко к твердой стене, то его упругость будет повышена и собственная частота также повысится.

Перфорированные резонаторные поглотители представляют собой систему воздушных резонаторов, например резонаторов Гельмгольца, в устье которых расположен демпфирующий материал.

Резонансная частота резонатора определяется по формуле:

где S – площадь сечения горла резонатора, l – длина горла, V – объем полости резонатора

Наибольшее распространение получил перфорированный лист, расположенный на некотором расстоянии от твердой стены. Такая конструкция может рассматриваться как ряд резонаторов.

Основные пути прохождения звука через перегородки следующие: 1)через поры и щели (воздушный перенос) 2)по трубам отопления, газа, водопровода, … (материальный перенос), 3)передача колебаний посредством поперечных колебаний перегородки (мембранный перенос). Для уменьшения переноса звука через перегородки необходимо их делать сложными, подбирая материал слоев перегородки с резко отличающимися акустическими сопротивлениями (бетон и поролон). Для уменьшения мембранного переноса стены нужно делать массивными.

Лазерные системы негласного съема информации.

Система негласного съема информации. В подавляющем числе случаев получение этой информации сопряжено с риском обнаружения при доставке или размещении аппаратуры съема. Поэтому удобно проводить дистанционный съем информации, когда все предназначенное для этого оборудование размещается вне охраняемых зон или территорий частных владений. Практически полностью удовлетворяют этим требованиям лазерные системы дистанционного измерения акустических колебаний диэлектрических поверхностей. Эта технология используется для несанкционированного акустического контроля помещений, имеющих внешние диэлектрические поверхности, т.е. стеклянные окна, а также для определения качества прозрачных покрытий, стекол, высокоточных оптических приборов при их производстве и эксплуатации.

Схема процесса измерения акустического сигнала представляет собой следующую последовательность операций: 1) излучение когерентного сигнала в направлении диэлектрической поверхности, находящейся вблизи источника акустического сигнала (до 500м) 2) формирование диаграммы отражения и изменение ее формы и положения в пространстве в соответствии с распределением микродеформаций на отражающую поверхность при помощи адаптивной приемной и передающей оптических систем 3) прием отраженного оптического сигнала и выделение из него модуляционных составляющих, обусловленных неравномерностью отражения при наличии деформаций. Эти системы могут применять для несанкционированного прослушивания сигналов. Основная сложность проведения съема информации в таких условиях – это необходимость точной временной санкции для восстановления искаженного отраженного сигнала.

Области использования лазерного излучения.

Лазерное излучение используется в системах специальной связи, охранных сигнализаций и системах негласного съема информации. В системах специальной связи лазерные приемопередающие модули позволяют достигать скорости передачи информации до 1,5 Гбит/с. При длительности сеанса связи 0,1 сек можно передать 1 Мб информации. Малое время информационного обмена позволяет использовать этот способ для подвижных абонентов. Один из вариантов реализации такой системы связи, когда аппаратура лазерной связи расположена на автомобилях, движущихся в окружении средств перехвата.

Использование в охранной сигнализации. Применение лазерных средств для цели обнаружения и идентификации объектов позволяет реализовать 1 из наиболее эффективных принципов построения систем – принцип обеспечения однородности (принцип действия основан на перекрытии излучения обнаруживаемым объектом). А также используется принцип активной локации, основанный на отражении коротких и сверхкоротких лазерных импульсов от поверхности объектов.Первый принцип используется для охраны периметров, второй – для обнаружения посторонних объектов в помещениях, где их появление приводит к изменению формы принимаемого сигнала. По сравнению с известными емкостными и индуктивными датчиками, лазерные системы обладают значительно меньшей вероятности ложной тревоги. Система негласного съема информации. В подавляющем числе случаев получение этой информации сопряжено с риском обнаружения при доставке или размещении аппаратуры съема. Поэтому удобно проводить дистанционный съем информации, когда все предназначенное для этого оборудование размещается вне охраняемых зон или территорий частных владений. Практически полностью удовлетворяют этим требованиям лазерные системы дистанционного измерения акустических колебаний диэлектрических поверхностей. Схема процесса измерения акустического сигнала представляет собой следующую последовательность операций: 1) излучение когерентного сигнала в направлении диэлектрической поверхности, находящейся вблизи источника акустического сигнала (до 500м) 2) формирование диаграммы отражения и изменение ее формы и положения в пространстве в соответствии с распределением микродеформаций на отражающую поверхность при помощи адаптивной приемной и передающей оптических систем 3) прием отраженного оптического сигнала и выделение из него модуляционных составляющих, обусловленных неравномерностью отражения при наличии деформаций. Эти системы могут применять для несанкционированного прослушивания сигналов. Основная сложность проведения съема информации в таких условиях – это необходимость точной временной санкции для восстановления искаженного отраженного сигнала.

Ближняя и дальняя зоны излучателя.

Наиболее применяемой является так называемая «зональная» классификация электромагнитных полей по степени удаленности от источника/носителя. По этой классификации электромагнитное поле подразделяется на «ближнюю» и «дальнюю» зоны. Ближняя зона простирается до расстояния от источника, равного 0-3, где - длина порождаемой полем электромагнитной волны. При этом напряженность поля быстро убывает. В этой зоне порождаемая электромагнитная волна еще не полностью сформирована. С физической точки зрения ближняя зона представляет собой область пространства, в которой преимущественное значение имеют так называемые квазистатические поля. Эти поля, резко убывающие при удалении от источника, продолжают существовать при стремлении к нулю частоты возбуждающего тока. Дальняя зона - это зона сформировавшейся электромагнитной волны, начинается с расстояния r > 3. Здесь напряженность поля убывает медленее. В этой зоне справедливо соотношение между напряженностями электрического и магнитного полей: E=377H. На частотах выше 300 МГц в "дальней" зоне излучения обычно измеряется плотность потока электромагнитной энергии, или вектор Пойнтинга. Обозначается как S, единица измерения Вт/м². Плотность потока электромагнитной энергии характеризует количество энергии, переносимой электромагнитной волной в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны. Для ближней зоны расстояние r значительно меньше длины волны электромагнитного сигнала и поле имеет ярко выраженный магнитный (или электрический) характер, а в дальней поле носит явный электромагнитный характер и распространяется в виде плоской волны, энергия которой делится поровну между электрической и магнитной компонентами.

Наиболее распространенным примером излучателей электромагнитных волн являются антенны. Существует много признаков, по которым можно классифицировать антенны. Если рассматривать с конструктивной точки зрения, то можно выделить:

1) линейные: открытые электрические антенны с прямолинейными элементами; 2) фигурные: открытые электрические антенны с фигурными 3) рамочные антенны: замкнутые антенны в виде рамок; 4) щелевые антенны: замкнутые антенны с щелевыми элементами на проводящей поверхности; 5) активные антенны: пассивный элемент с активной частью.

Инфразвук

- упругие волны, аналогичные звуковым, но с частотами ниже области слышимых человеком частот. Обычно за верхнюю границу инфразвуковой области принимают частоты 16—25 Гц.

Виды источников инфразвуковых волн:1) Природные источники: а) Живые организмы(Слоны, киты) б) Неживая

Природа(шторм; извержения вулканов;землетрясения;шум леса,гром). , 2) Техногенные источники: а) Преднамеренное излучение(Инфразвуковые генераторы), б) Непреднамеренное излучение(двигатели самолётов, космических ракет; движущийся транспорт;промышленные кондиционеры и вентиляторы)

Характерные особенности инфразвука: свободное огибание препятствий; легко маскируются слышимыми звуками.

Для инфразвука характерно малое поглощение в различных средах вследствие чего инфразвуковые волны в воздухе, воде и в земной коре могут распространяться на очень далёкие расстояния. Это явление находит практическое применение при определении места сильных взрывов или положения стреляющего орудия. Распространение инфразвука на большие расстояния в море даёт возможность предсказания стихийного бедствия — цунами.

Применение: нефтяная промышленность(разведка месторождений), пищевая промышленность(промывка корнеплодов), обработка целлюлозы, очистка деталей любых размеров и любой степени загрязнения, Метеорологические прогнозы,

разработка психотропного оружия

Эффект экранирования электромагнитных волн.

Экранируют не только отдельные узлы и блоки радиоэлектронной аппаратуры, помещая их в металлические кожухи, экранирование применяют и для радиосистем и для радиосредств, создавая для этого специальные здания и сооружения. Экранирующий эффект состоит в уменьшении мощности излучения за пределами экрана и характеризуется коэффициентом экранирования. Наиболее нагляден для анализа эффект экранирования волн с плоским фронтом.

Падающая на протяженный экран плоская волна частично преломляется и распространяется внутри материала экрана, и частично отражается. Волна внутри материала экрана достигает его верхней поверхности и на границе раздела сред частично отражается и частично поглощается. Т.об. во внешнем по отношению к экранируемому пространстве распространяется волна с параметрами Е₅ , Н₅ , ослабленная. В результате во внешнее пространство попадает лишь та часть энергии, которая остается после двух актов отражения на границах раздела и после поглощения энергии в материале экрана.

Коэффициент экранирования определяется по следующей формуле: Кэ = (Е₁×Н₁)/(Е₅×Н₅)

Затухание при поглощении определяется следующим образом:

, где l – толщина экрана [мм], f – частота колебаний

[МГц]. Затухание при отражении определяется отношением волнового сопротивления среды до экрана к поверхностному сопротивлению экрана:Ko=10lg (Zw/Zs) , где Z_W – волновое сопротивление среды распространения до экрана, Z_S – волновое сопротивление материала экрана. Затухание за счет отражения тем больше, а эффект экранирования проявляется тем лучше, чем меньше поверхностное сопротивление материала экрана. Самые хорошие экраны из меди и серебра. Если экран расположен в дальней зоне источника излучения, то волновое сопротивление пространства до экрана определяется следующим образом:Z_W = 120π + 377 [Ом] Если экран расположен в ближней зоне Френеля, то сопротивление будет определяться тем, какое поле возбуждается источником в экранируемом пространстве. Если это поле электрическое и Z_W > 120π , то экранирующие свойства высоко-проводящих материалов лучше, чем у плохих проводников . Если напротив – магнитное , экранирование за счет отражения будет хуже, особенно на высоких частотах. На частотах до нескольких десятков кГц с успехом применяются магнитные экраны с μ >> 1. Хорошее качество экранирования требует высокой однородности экранов, т.е. постоянство их проводимости, диэлектрической и магнитной проницаемости.При надлежащем выборе параметров сплошной металлический непрерывный экран подавляет излучения любой частоты на 100дБ. Непрерывность экрана разрушается стыками сопрягаемых деталей и элементов конструкции. Все эти конструктивные и технологические неоднородности нарушают качество экранирования и более того, работают как антенны.

Радиоволновой диапазон электромагнитных волн. Физический смысл уравнений Максвелла.

Большая часть суши отражает электромагнитную волну в радиодиапазоне диффузно (т.е. по разным направлениям); водная поверхность отражает зеркально(отн/е неровностей к длине волны <1). Радиолокационное изображение объектов сложной формы формируется совокупностью отдельных пятен различной яркости, соответствующих блестящим точкам объекта, отражающего сигнал в направлении РЛС. Блестящие точки на экране локатора создают элементы поверхности объектов, расположенные перпендикулярно направлению облучения, а также элементы конструкции, которые после переотражения радиоволн внутри конструкции возвращают их к радиолокатору. Конкретный вид радиолокационного изображения зависит от положения объекта относительно направления облучения. При изменении ориентации объекта меняется количество и взаимное расположение блестящих точек. Отражательная способность объектов в радиодиапазоне характеризуется эффективной площадью рассеяния. Она соответствует площади плоской хорошо проводящей металлической поверхности, перпендикулярной направлению облучения и помещенной в место нахождения объекта.

Физический смысл уравнений Максвелла.

В 1864 г. Максвелл закончил работу «Динамическая теория поля». В этой работе Максвелл привел уравнения, которые в последствие были названы его именем. Эти 4 уравнения описывают любые электрические и электромагнитные явления, работу радио, телевидения, телефонов, работу линий передач и т.д.

Рассмотрим физический смысл этих 4 уравнений: Одно из уравнений гласит, что электрическое поле образуется зарядами и его силовые линии начинаются и заканчиваются на зарядах. Другое уравнение описывает магнитные силовые линии – это кольцеобразные замкнутые линии. Третье уравнение представляет собой общий случай закона электромагнитной индукции Фарадей: любое изменение магнитного поля генерирует в соответствии с этим уравнением вихревое электрическое поле. Четвертое уравнение. До Максвелла была известна часть этого уравнения, которая годилась для постоянных токов – это закон Ампера, утверждающий, что текущие по проводам электрические заряды (т.е. постоянный ток) создают определяемое уравнением Ампера магнитное поле.Максвелл добавил в четвертое уравнение одно слагаемое, а именно к току движущихся зарядов (ток проводимости) добавил воображаемый им ток смещения. Так он назвал изменяющееся во времени электрическое поле.Ток смещения подобно электрическому току зарядов порождает магнитное поле. Т.об. Максвелл ввел в уравнение Ампера слагаемое, которое убывает. На расстоянии, равном примерно длине волны существует поле индукции. Здесь действуют электрические силы, подчиняющиеся закону Кулона. Лишь на расстоянии нескольких длин волн силы индукции практически исчезают и начинает действовать поле бегущей волны, которое называется полем излучения. Электромагнитное поле может существовать при отсутствии каких-либо зарядов, в вакууме. Векторная форма представления уравнений Максвелла:

1) rotE(в)(x,y,z) =(∂Ez/∂y - ∂Ey/∂z)i(в) + (∂Ex/∂z - ∂Ez/∂x)j(в)+(∂Ey/∂x - ∂Ex/∂y)k(в) Переменное магнитное поле порождает в пространстве переменное электрическое поле

2) , divH(в)(x,y,z)=(∂Hx/∂x + ∂Hy/∂y + ∂Hz//∂z)=0 Силовые линии магнитного поля замкнуты

3) Переменное электрическое поле порождает в пространстве переменное магнитное поле.

4) Силовые линии электрического поля электромагнитной волны замкнутые.

Поле вторичного излучения.

Первичная падающая радиоволна наводит на поверхности цели токи проводимости (если цель – проводник, в диэлектрике – токи смещения). Эти токи являются источником вторичного излучения в разных направлениях. Рассеивается лишь часть энергии, остальная обращается в тепло. Особый интерес представляют отражения в сторону РЛС. Для ограниченного числа тел сравнительно простой формы (полуволновой вибратор, шар, металлический лист) возможен электродинамический расчет поля вторичного излучения, однако большинство реальных целей имеет сложную форму, поэтому поле их вторичного излучения описывается статически. К сосредоточенным относятся цели, размеры которых заметно меньше размеров разрешающего участка РЛС (летательные аппараты, корабли, автомобили); одиночные точечный цели практически не изменяют форму отраженного сигнала. К распределенным целям относятся земная, водная поверхности, облака, туман. Обычно имеется сильная зависимость от площади проекции тела на площадь, перпендикулярную направлению на РЛС. Отражающие свойства сильно зависят от конфигурации, длины волны РЛС, поляризации материала, направления излучения. Чаще всего интересуются интенсивностью вторичного излучения в дальней зоне. Для характеристики отражающих свойств цели пользуются обобщенной величиной, учитывающей совокупность указанных выше параметров или факторов. Называется она ЭОП цели. ЭОП – это площадь некоторой эффективной поверхности, плоской, расположенной нормально к направлению падающей плоской волне, являющаяся идеальным переизлучателем, которая будучи помещена в точку цели, создает у антенны РЛС ту же плотность потока мощности, что и реальная цель.

Коэффициенты отражения Френеля

Отражение и преломление плоской э/м волны при ее падении на плоскую границу двух сред определяется коэффициентами Френеля.Коэффициент отражения для горизонтальной поляризованной волны:

где θ₁ – угол падения, - относительная диэлектрическая проницаемость

Для вертикально поляризованной волны, волны с параллельной поляризацией:

При нормальном падении коэффициенты и совпадают:

Иногда коэффициент отражения определяют как отношение напряженностей магнитного поля Н₁/Н₀.

Зависимость коэффициента Френеля от угла падения проиллюстрируем на рисунке (двойная стрелка – волна с горизонтальной поляризацией).

Из рисунка видно, что для горизонтальной поляризации = – 1, а φ_Г = 180°:

Что касается вертикальной поляризации, то здесь коэффициент Френеля изменяется от 0° до 180°. Для реальных сред коэффициент Френеля для вертикально поляризованных волн достигает минимума вблизи угла Брюстера

(≈ 73°).

Принцип экранирования статических и динамических полей.

Под экранированием в общем случае понимается как защита приборов от воздействия внешних полей, так и локализация излучения каких-либо средств, препятствующая проявлению этих излучений в окружающей среде.Электромагнитными экранами называют конструкции, предназначенные для ослабления электромагнитных полей, создаваемых какими-либо источниками в некоторой области пространства, не содержащей этих источников.Если экран обеспечивает требуемое ослабление электростатического (или квазиэлектростатического) поля, но практически не ослабляет магнитостатического поля, то его называют электростатическим.Если экран должен существенно ослаблять поле, то его называют магнитостатическим.Если же экран должен ослаблять переменное электромагнитное поле, то экран называется электромагнитным. Виды экранирования: 1) Электростатическое экранирование. Сводится к замыканию электростатического поля на поверхность металлического экрана и отводу электрических зарядов на землю (на корпус прибора). Заземление электростатического экрана является необходимым элементом при реализации электростатического экранирования. Применение металлических экранов позволяет полностью устранить влияние электростатического поля. При использовании диэлектрических экранов, плотно прилегающих к экранируемому элементу, можно ослабить поле источника наводки в ε раз, где ε - относительная диэлектрическая проницаемость материала экрана. 2) Магнитостатическое экранирование. Основано на использовании магнитной индукции, создающей в экране переменные индукционные вихревые токи (токи Фуко). Магнитное поле этих токов внутри экрана будет направлено навстречу возбуждающему полю, а за его пределами - в ту же сторону, что и возбуждающее поле. Результирующее поле оказывается ослабленным внутри экрана и усиленным вне его. Вихревые токи в экране распределяются неравномерно по его сечению (толщине). Это вызывается явлением поверхностного эффекта, сущность которого заключается в том, что переменное магнитное поле ослабевает по мере проникновения в глубь металла, так как внутренние слои экранируются вихревыми токами, циркулирующими в поверхностных слоях. 3) Электромагнитное экранирование. Действие электромагнитного экрана основано на том, что высокочастотное электромагнитное поле ослабляется им же созданным (благодаря образующимся в толще экрана вихревым токам) полем обратного направления.

Общие сведения об оптических квантовых генераторах

В начале 60-х годов были созданы источники света, получившие название оптических квантовых генераторов (лазеров). В противоположность некогерентным источникам, э/м волны, зарождающиеся в разных частях лазера (удаленных друг от друга на макроскопические расстояния), оказываются когерентными между собой. Когерентность излучения проявляется практически во всех свойствах лазера. Особенностью лазерного излучения является способность к концентрации энергии во времени, в пространстве, в направлении излучения, в спектре. Для нескольких лазеров характерна высокая монохроматичность излучения, т.е. лазерное излучение представляет собой электромагнитные волны какой-либо одной частоты. В других лазерах используются очень короткий импульсы (10^-12 сек), поэтому мгновенная мощность такого излучения может быть очень большой. Световой поток, выходящий из лазера, обладает очень высокой направленностью. Такое излучение можно сфокусировать на ничтожно малой площади и создать большую мощность.