РЕФ эл дин. Реферат по дисциплине Электродинамика и распространение радиоволн
 Скачать 363.08 Kb.
|
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ ФГБОУ ВО «КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» БАЛТИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ РЫБОПРОМЫСЛОВОГО ФЛОТА Заочная форма обучения Кафедра ТОР РЕФЕРАТ по дисциплине «Электродинамика и распространение радиоволн» на тему «Классификация электромагнитных волн в зависимости от длины волны»
Калининград 2018 г. Оглавление Введение………………………………………………………………стр. 3 1. Низкочастотные волны……………………………………………стр. 4 2. Радиоволны………………………………………………………...стр. 4 3. Инфракрасное и световое излучения……………………………..стр. 7 4. Рентгеновское и гамма излучение………………………………...стр. 10 Список используемой литературы…………………………………..стр. 12 Введение Электромагнитные волны классифицируются по длине волны  или связанной с ней частотой волны . Рассмотрим понятие спектра электромагнитных волн. Спектром электромагнитных волн называется полоса частот электромагнитных волн, существующих в природе. Спектр электромагнитного излучения в порядке увеличения частоты составляют: 1) Низкочастотные волны; 2) Радиоволны; 3) Инфракрасное излучение; 4) Световое излучение; 5) Рентгеновское излучение; 6) Гамма излучение. Различные участки электромагнитного спектра отличаются по способу излучения и приёма волн, принадлежащих тому или иному участку спектра. По этой причине, между различными участками электромагнитного спектра нет резких границ, но каждый диапазон обусловлен своими особенностями и превалированием своих законов, определяемых соотношениями линейных масштабов. Радиоволны изучает классическая электродинамика. Инфракрасное световое и ультрафиолетовое излучение изучает как классическая оптика, так и квантовая физика. Рентгеновское и гамма излучение изучается в квантовой и ядерной физике. Рассмотрим спектр электромагнитных волн более подробно. 1. Низкочастотные волны Низкочастотные волны представляют собой электромагнитные волны, частота колебаний которых не превышает 100 КГц). Именно этот диапазон частот традиционно используется в электротехнике. В промышленной электроэнергетике используется частота 50 Гц, на которой осуществляется передача электрической энергии по линиям и преобразование напряжений трансформаторными устройствами. В авиации и наземном транспорте часто используется частота 400 Гц, которая дает преимущества по весу электрических машин и трансформаторов в 8 раз по сравнению с частотой 50 Гц. В импульсных источниках питания последних поколений используются частоты трансформирования переменного тока единицы и десятки кГц, что делает их компактными, энергонасыщенными. Коренным отличием низкочастотного диапазона от более высоких частот является падение скорости электромагнитных волн пропорционально корню квадратному их частоты от 300 тыс. км/с при 100 кГц до примерно 7 тыс. км/с при 50 Гц. 2. Радиоволны Радиоволны – это электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве со скоростью света (300 000 км/сек). Кстати свет также относится к электромагнитным волнам, что и определяет их весьма схожие свойства (отражение, преломление, затухание и т.п.). Радиоволны переносят через пространство энергию, излучаемую генератором электромагнитных колебаний. А рождаются они при изменении электрического поля, например, когда через проводник проходит переменный электрический ток или когда через пространство проскакивают искры, т.е. ряд быстро следующих друг за другом импульсов тока. Электромагнитное излучение характеризуется частотой, длиной волны и мощностью переносимой энергии. Частота электромагнитных волн показывает, сколько раз в секунду изменяется в излучателе направление электрического тока и, следовательно, сколько раз в секунду изменяется в каждой точке пространства величина электрического и магнитного полей. Измеряется частота в герцах (Гц) – единицах названных именем великого немецкого ученого Генриха Рудольфа Герца. 1 Гц – это одно колебание в секунду, 1 мегагерц (МГц) – миллион колебаний в секунду. Зная, что скорость движения электромагнитных волн равна скорости света, можно определить расстояние между точками пространства, где электрическое (или магнитное) поле находится в одинаковой фазе. Это расстояние называется длиной волны. Например, частоте 1 МГц соответствует длина волны около 300 м. С увеличением частоты длина волны уменьшается, с уменьшением – догадайтесь сами. В дальнейшем мы убедимся, что знание длины волны очень важно при выборе антенны для радиосистемы, так как от нее напрямую зависит длина антенны. Электромагнитные волны свободно проходят через воздух или космическое пространство (вакуум). Но если на пути волны встречается металлический провод, антенна или любое другое проводящее тело, то они отдают ему свою энергию, вызывая тем самым в этом проводнике переменный электрический ток. Но не вся энергия волны поглощается проводником, часть ее отражается от поверхности. Кстати, на этом основано применение электромагнитных волн в радиолокации. Еще одним полезным свойством электромагнитных волн (впрочем, как и всяких других волн) является их способность огибать тела на своем пути. Но это возможно лишь в том случае, когда размеры тела меньше, чем длина волны, или сравнимы с ней. Например, чтобы обнаружить самолет, длина радиоволны локатора должна быть меньше его геометрических размеров (менее 10 м). Если же тело больше, чем длина волны, оно может отразить ее. Но может и не отразить – вспомните американский самолет-невидимку «Stealth». Энергия, которую несут электромагнитные волны, зависит от мощности генератора (излучателя) и расстояния до него. По - научному это звучит так: поток энергии, приходящийся на единицу площади, прямо пропорционален мощности излучения и обратно пропорционален квадрату расстояния до излучателя. Это значит, что дальность связи зависит от мощности передатчика, но в гораздо большей степени от расстояния до него. Например, поток энергии электромагнитного излучения Солнца на поверхность Земли достигает 1 киловатта на квадратный метр, а поток энергии средневолновой вещательной радиостанции – всего тысячные и даже миллионные доли ватта на квадратный метр. Радиоволныпредставляют собой электромагнитные волны, длины которых превосходят 0.1мм (частота меньше 3*1012гц = 3000 Ггц). Радиоволны делятся на: 1. Сверхдлинные волны с длиной волны больше 10км (частота меньше 3*104гц=30кгц); 2. Длинные волны в интервале длин от 10 км до 1 км (частота в диапазоне 3*104 гц - 3*105гц = 300 кгц); 3. Средние волны в интервале длин от1км до 100м (частота в диапазоне 3*105 гц – 3*106гц = 3мгц); 4. Короткие волны в интервале длин волн от 100м до 10м (частота в диапазоне 3*106гц – 3*107гц = 30 Мгц); 5. Ультракороткие волны с длиной волны меньше 10м (частота больше 3*107гц = 30 Мгц). Ультракороткие волны в свою очередь делятся на: а) метровые волны; б) сантиметровые волны; в) миллиметровые волны; г) субмиллиметровые или микрометровые. Волны с длиной волны меньше, чем 1м (частота меньше чем 300мгц) называются микроволнами или волнами сверхвысоких частот (СВЧ - волны). Из-за больших значений длин волн радиодиапазона по сравнению с размерами атомов распространение радиоволн можно рассматривать без учета атомистического строения среды, т.е. феноменологически, как принято при построении теории Максвелла. Квантовые свойства радиоволн проявляются лишь для самых коротких волн, примыкающих к инфракрасному участку спектра и при распространении т.н. сверхкоротких импульсов с длительностью порядка 10-12сек - 10-15сек, сравнимой со временем колебаний электронов внутри атомов и молекул. волна спектр электродинамика радиосвязь ион 3. Инфракрасное и световое излучения Инфракрасное, световое, включая ультрафиолетовое, излучения составляют оптическую область спектра электромагнитных волн в широком смысле этого слова. Близость участков спектра перечисленных волн обусловило сходство методов и приборов, применяющихся для их исследования и практического применения. Исторически для этих целей применяли линзы, дифракционные решетки, призмы, диафрагмы, оптически активные вещества, входящие в состав различных оптических приборов (интерферометров, поляризаторов, модуляторов и пр.). С другой стороны излучение оптической области спектра имеет общие закономерности прохождения различных сред, которые могут быть получены с помощью геометрической оптики, широко используемой для расчетов и построения, как оптических приборов, так и каналов распространения оптических сигналов. Оптический спектр занимает диапазон длин электромагнитных волн в интервале от 210-6м= 2мкм до 10-8м=10нм (по частоте от1.51014гц до 31016гц). Верхняя граница оптического диапазона определяется длинноволновой границей инфракрасного диапазона, а нижняя коротковолновой границей ультрафиолета (рис.1).
Ширина оптического диапазона по частоте составляет примерно 18 октав, из которых на оптический диапазон приходится примерно одна октава(  ); на ультрафиолет - 5 октав ( ), на инфракрасное излучение - 11 октав ( ).В оптической части спектра становятся существенными явления, обусловленные атомистическим строением вещества. По этой причине наряду с волновыми свойствами оптического излучения проявляются квантовые свойства. Самым большим естественным излучателем инфракрасной радиации является солнце. Его инфракрасные, ультрафиолетовые и видимые световые лучи представляют собой разновидности электромагнитного излучения. В целом же электромагнитное излучение включает: гамма-лучи, рентгеновские лучи, ультрафиолетовый спектр, видимый глазом свет, инфракрасный спектр ирадиоволны. Уникальность систем инфракрасного прогревания заключается в использовании инфракрасного теплового излучения, которое глубоко проникает в ткани тела человека. Любая инфракрасная сауна использует инфракрасное излучение, которое представляет собой электромагнитные колебания в диапазоне 0,7-400 мкм. Не стоит путать этот вид излучения с ультрафиолетовым и тем более с микроволновым. Инфракрасное излучение - это тепловое излучение, которое в той или иной степени генерируют все нагретые тела (солнце, песок на пляже и т. д.). Еще до появления инфракрасных саун человек начал использовать инфракрасные волны различной длины во всевозможных бытовых агрегатах. Напомним, что простейшими искусственными излучателями света инфракрасного диапазона являются обыкновенные бытовые лампы накаливания. Еще их называют короткими (ИК-А), средними (ИК-B) и длинными волнами (ИК-С). Самые длинные волны длинноволнового диапазона (от 15 – 40мкм) применяются бытовых инфракрасных обогревателях типа УФО, для обогрева в доме или на улице. В следующем за инфракрасным радиоволновом спектре СВЧ находятся волны, использующиеся в "микроволновках". Инфракрасное излучение является непрерывно действующим на человека фактором окружающей среды. Наше тело постоянно излучает и поглощает инфракрасные лучи. Любой нагретый объект выделяет инфракрасные волны. На этом основано действие различных устройств, например: приборов ночного видения, инфракрасных микроскопов, телескопов, и конечно, инфракрасных излучателей.
4. Рентгеновское и гамма излучение Гамма излучение составляют электромагнитные волны с длиной волны меньше 10-2нм, что соответствует энергии квантов больше 0.1Мэв. Рентгеновское излучение, открыто в 1895 году физиком Рентгеном, имеет ту же электромагнитную природу, что гамма излучение испускаемые ядрами атомов радиоактивных элементов, поэтому оба вида изучения подчиняются одинаковым закономерностям при взаимодействии с веществом. Принципиальная разница между двумя этими видами излучения заключения в механизме их возникновения. Рентгеновское излучение - внеядерного происхождения, гамма излучение - продукт распада ядер. Рентгеновское излучение возникает либо при торможении заряженных частиц (электронов) высокой энергии в веществе (сплошной спектр), либо при высокоэнергетических переходах внутри атома (линейчатый спектр). Недавно установлено, что рентгеновское излучение может также возникать в результате явления адгезолюминесценции, которая наблюдается при очень быстром отрыве от гладкой поверхности липкой ленты. Такой быстрый отрыв может происходить, например, при быстром качении по металлической поверхности цилиндра, покрытого липкой лентой. В этом случае пленка и металлическая поверхность образуют как бы обкладки микроскопического конденсатора, напряженность поля в котором может достигать сотни тысяч электрон вольт. Электроны, разогнанные в миниконденсаторе, тормозятся, затем в веществе, испуская при этом рентгеновское излучение. Рентгеновские лучи применяют для просвещения различных веществ с целью выявления скрытых эффектов. При деформации неподвижного микрокристалла, на рентгенограммах наблюдается размытие в определенных направлениях интерференционных пятен (явление астеризма). Появление астеризма объясняется тем, что монокристалл в процессе деформации разбивается на отдельные участки (фрагменты) размером 1-0,1 мкм. С увеличением деформации монокристалла интерференционные пятна удлиняются. По направлению и степени растяжения пятна можно судить о количестве размере и форме фрагмента и исследовать характер протекания деформации. Список используемой литературы 1. Карпенков С.Х. «Концепции современного естествознания» 2. Ландсберг Г.С. М.: ЮНИТИ, 1997. 3. «Элементарный учебник физики» М.: АОЗТ «ШРАЙК», 1995. 4. Кабардин О.Ф. «Физика» М.: “ПРОСВЕЩЕНИЕ”, 1988. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
