Электромагниттік өріс

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 12 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасы білім және ғылым министрлігі
Әл - Фараби атындағы Қазақ Ұлттық Университеті

Факультеті География және табиғатты пайдалану
Кафедрасы Метеорология және гидрология

СӨЖ
Тақырыбы: Электромагниттік толқындар және олардың сипаттамалары

Орындаған: Аманжолқызы А
Тексерген:Жумалипов А.Р

Алматы 2020ж

Мазмұны
I Кіріспе.
II Негізгі бөлім.
1 Электромагниттік толқындар
2. Сипаттамалары
III Қорытынды.
IV Пайдаланылған әдебиеттер.

Кіріспе
Электромагниттік толқындар -- байланыс тізбегін құрайтын екі сымның арасындағы электрлік және магниттік өрістер бір-бірімен белгілі бір электромагниттік энергия мөлшерінде байланыста болатын толқын.Бағыттаушы байланыс жолы бойымен таралатын бірнеше электромагниттік толқындар. Оларға жататындар:электромагниттік көлденең толқын,жоғарғы ретті электр Е толқыны,жогарғы ретті магниттік Н толқын және аралас толқындар.
Көлденең толқын негізгі толқын болып саналады. Ол көлденең Е толқыны мен Н толқынынан тұрады. Сым бойымен бағытталған толқындар болмайды. Яғни, электромагниттік өрістің күш сызықтары тек қана сымның көлденең қимасыңда болып, тұрақты токтың статикалық кернеуінің өрісіндей болады. Көлденең толқын тек байланыс жолдары сымдарының потенциалдарының таңбасы әр түрлі болғанда ғана кездеседі. Көлденең толқын сымды байланыс жолымен жиілік ауқымы шектелген сигналдарды тарату үшін пайдаланылады. Яғни, симметриялы немесе коаксиал жүптарымен берілетін токтың негізі өткізгіштік ток болғанда пайдаланылады.Электрлік Е мен магниттік толқындар жоғарғы ретті толқындар болып саналады. Оларда көлденең электр және магнит өрістерден басқа бір-бірден электрлік немесе магниттік бойлық толқындар болады. Сондықтан олардың күш сызықтары сымдардың көлденең қимасыңца да ұзына бойында жатады. Мұндай толқындар өте жоғары жиілік диапазонда қыздырылады. Ондағы токтың негізі өткізгіштік ток емес диэлектрлік ығыстыру тогы болады. Олар электромагниттік энергияны металл немесе диэлектрик толқын жолдарымен және сыртқы толқынды бір сым бойымен бергенде пайдаланылады.
Аралас толқындарда барлыгы алты (үш координатта) толқын компоненттері болады. Мұндай аралас толқындарга диэлектрлік толқын жолдардагы және сәуле тарататын жарықжол (сәулежол) толқындары жатады.

2. Ортаның қасиетіне байланысты кеңістікте белгілі бір жылдамдықпен таралатын электромагниттік өріс. Оның вакуумдегі таралу жылдамдығы 300 000 кмс (жарықтың таралу жылдамдығымен бірдей). Біртекті изотроптық ортада электрлік кернеулік (Е) және магниттік кернеулік (Н) бірбіріне және толқынның таралу бағытына перпендикуляр болады, яғни электромагниттік толқын колденең толқын болып табылады. Кеңістіктің кез келген нүктесінде Е және Н толқындарының фазасы бірдей болады. Е және H қашықтықтың (R) артуына қарай 1R шамасына азайып отырады. Өрістердің осылай баяу өшуі -- электромагниттік толқын арқылы аса үлкен қашықтықпен байланыс орнатуга жағдай жасайды. H толқын ұзындығы бойынша H 1012 см толқындар радиотолқындар қатарына, 5- 10-2 - 7,4-10-5 толқындар инфрақызыл толқындары қатарына жатады
Айнымалы электромагниттік өріс тербелістерінің кеңістікте таралуын электромагниттік толқын деп атайды. Максвеллдің болжамы бойынша электромагниттік толқын тогы бар өткізгіштің бойымен, диэлектрикте және электр зарядтары жоқ вакуумде де тарала алады. Максвелл теориясынан шығатын аса маңызды салдардың бірі -- электромагниттік толқынның таралу жылдамдығының шектілігі.
Электромагниттік толқынның негізгі сипаттамасы -- оның тербеліс жиілігі (немесе периоды T). Себебі электромагниттік толқын бір ортадан екінші ортаға өткенде толқын ұзындығы өзгереді, ал жиілігі өзгермей тұрақты күйде қалады. Электр өрісінің кернеулік және магнит өрісінің индукция векторларының тербеліс бағыттары толқынның таралу бағытына перпендикуляр. . Демек, электромагниттік толқын -- көлденең толқын. Электромагниттік толқынның таралу жылдамдығы кернеулік және индукция векторлары жататын жазықтықтарға перпендикуляр орналасады. Демек, электромагниттік толқындағы {Eжәне {B} векторлары бір-біріне және толқынның таралу жылдамдығының бағытына перпендикуляр. Егер бұрандасы оң бұрғыны векторынан векторына қарай айналдырса, онда бұрғының ілгерілемелі қозғалысы толқын жылдамдығының {c}}} векторымен дәл келеді (3.6-сурет). Сонымен, электромагниттік толқындарды тербелуші электр зарядтары шығарып таратады. Бұл қалайша жүзеге асады?
Өткізгіштегі ток күші өзгергенде оның магнит өрісі де өзгереді. Ал ток күшінің өзгеруі өткізгіштегі электр зарядтарының қозғалыс жылдамдығының өзгеруіне, яғни зарядтардың үдемелі қозғалысына байланысты. Және бұл эксперимент жүзінде дәлелденген. Ендеше, электромагниттік толқын электр зарядтарының үдемелі қозғалысы кезінде туындайды. Зарядтың үдеуі неғұрлым үлкен болса, туындаған толқынның интенсивтігі соғұрлым жоғары болады. Зарядталған бөлшек үдей қозғалғанда электромагниттік өріске тән инерттілік байқалады. Өріс үдей қозғалған зарядталған бөлшектен бөлініп шығады да, электромагниттік толқындар түрінде кеңістікте еркін тарала бастайды.
Айнымалы электромагниттік өрістің кеңістікте таралуын электромагниттік толқын деп атайды.электромагниттік толқынның пайда болуы туралы максвеллдің 1865 ж. Айтқан болжамы кейінірек эксперимент жүзінде дәлелденді.
1887 -- 1888 жж. Г. Герц жасаған тәжірибелер айнымалы электромагниттік өрістің кеңістікте толқын түрінде тарайтынын көрсетіп берді.электромагниттік толқынның таралу механизмін былай түсіндіруге болады. Кеңістіктің белгілі бір нүктесінде (мысалы, координаталары о бас нүктесінде) заряд тербелмелі қозғалыс жасады дейік. Зарядтың мұндай тербелісі е кернеулік векторының да тербелісін туғызып, оның сандық мәні (модулі) мен бағыты периодты түрде өзгеретін болады. Максвелл теориясы бойынша кеңістіктің нақ осы нүктесінде в индукция векторы е векторына перпендикуляр бағытта тербеліс жасайды. Сонымен қатар өpic векторларының тербелісі кеңістіктің көрші нүктелеріне беріледі.сөйтіп, өріс векторларының келесі нүктелердегі тербелісі, алдыңғы нүктелерге қарағанда кешігіп туындайды. Осылайша электромагниттік өріс кеңістіктің барлық бағытында белгілі бір жылдамдықпен электромагниттік толқын түрінде тарайды.
электромагниттік толқынмен механикалық толқындардың ұқсастықтары да, өзгешеліктері де бар. Солардың негізгілерін атап өтейік.
1. Электромагниттік толқын әртурлі заттарда да, вакуумде де тарай алады. Ал механикалық толқындар тек заттардың белшектері қатысатын орталарда ғана (қатты денеде, сұйықта және газда) тарайды. Механикалық толқында ортаны құрайтын заттардың бөлшектері тербеледі. Ал электромагниттік толқында өрістің е және в векторлары ғана тербеледі. Міне, сондықтан электромагниттік тербеліс вакуумда да толқын түрінде тарай алады.
2. Электромагниттік толқындар -- тек көлденең толқындар болып табылады. Шынында да в индукция және е кернеулік векторлары бір-біріне перпендикуляр бағытта тербеледі. Ал механикалық толқындар көлденең толқындар да, бойлық толқындар да бола алады.
3. Максвеллдің теориялық есептеулері бойынша вакуумдегі электромагниттік толқынның таралу жылдамдығы с = 2,99792458 :: 108мс = 3 :: 108мс тұрақты шама.

Электромагниттік толқынның таралу жылдамдығының с векторы кернеулік Е және индукция В векторларына перпендикуляр болады.Максвелл көрінетін ақ жарықты с = 3 :: 108 мс жылдамдықпен тарайтын электромагниттік толқын деп жорыды. Кейінірек, жарықтың таралу жылдамдығы эксперимент жүзінде үлкен дәлдікпен өлшенген соң, Максвеллдің бұл болжамы да шындықка айналды.Тәжірибеде өлшенген жарықтың таралу жылдамдығы Максвеллдің теорияда анықтаған электромагниттік толқынның таралу жылдамдығымен дәлме-дәл келді. Осылайша жарықтың электромагниттік табиғаты толық дәлелденді.4. Вакуумге қарағанда заттағы электромагниттік толқынның таралу жылдамдығы аз болады және ол мына өрнекпен анықталады:v = c n.өйткені ортаның сыну көрсеткіші n 1, ал вакуумде n = 1.
5. Механикалық толқындар сияқты электромагниттік толқындар да энергия тасиды. Жер бетіндегі тіршіліктің, органикалық заттардың (ағаштың, көмірдің, мұнайдың, газдың, шымтезектің, т.б.) пайда болуы күн сәулесімен келетін, яғни электромагниттік толқындармен жететін энергияға тікелей байланысты.
Электромагниттік толқындардьщ λ толқын ұзьшдығы, Т периоды, с жылдамдығы, v тербеліс жиілігі арасындағы қатынастар механикалық толқындардағы сияқты өзгеріссіз калады:
λ = cT = cv.
Электромагниттік толқындардың вакуумнен затқа өткенде жиілігі өзгермейді. Өйткені толқындардың жиілігі оларды туғызған күштердің жиілігіне ғана байланысты болады. Ал толқындардың зат ішіндегі v жылдамдығы өзгеретін болғандықтан, оның толқын ұзындығы да өзгереді. Вакуумдегі толқын ұзындығын λ, ал заттағы шамасын λ' деп белгілесек, онда жоғарыдағы формулаларды ескере отырып, мына өрнектерді аламыз:
λ' = vT = νv = λn.
Тербелмелі электрлік контурда пайда болатын электромагниттік тербелістердің периоды Томсон формуласымен анықталатыны белгілі.
Бұл өрнек бойынша тербелмелі контурдағы шарғының (катушканың) L индуктивтілігін және конденсатордың С сыйымдылығын өзгерте отырып, электромагниттік тербелістің Т периодын қалауымызша өзгерте аламыз.
Жарық толқындары да, радиотолқындар да, рентгендік сәулелер де, электро-магниттік сәулелердің басқа түрлері де нақ осындай жылдамдықпен тарайды. Олар тек бір-бірінен толқын ұзындығы немесе жиілігі бойынша ғана өзгешеленеді.
Сөйтіп, біз барлық электромагниттік сәулелердің табитты бірдей, яғни олар электромагниттік толқындар деген қорытындыға келеміз. Сөуле жиілігі жоғары болған сайын, оның таситын энергиясының мөлшері де арта түседі, әрі организмге тигізетін биологиялық және химиялық әрекеті де ерекше болады. Ультракүлгін сәулесінің үлкен дозасы көз бен теріні зақымдаса, ал рентгендік және гамма-сәулелер өмірге кауіпті. Адам өміріне ең қолайлы нұр -- жеке түсті біртекті (монохроматты) сәулелердің қосындысынан тұратын ақ жарық
Электромагниттік толқындар шкаласы (v 1021 Гц) төменгі жиілікті толқындар мен радиотолқындардан бастап, гамма сәулелерге дейінгі (v 1021 Гц) аралықты қамтиды. Жиілік пен ұзындықтарына байланысты әр түрлі электромагниттік толқындарды шартты түрде шығарып алу және тіркеу тәсіліне, затпен өзара әсерлесу сипаты бойынша диапазондарға бөледі. берілген. Төменгі жиілікті толқындар шығару, радиотолқындар, инфрақызыл сәулелер, көрінетін жарық, улътракүлгін сәулелер, рентгендік сәулелер жәпе \gamma - гамма шығару деп диапазондарға бөлу қабылданған
Радиотолқындар,
терагерц толқындары,
инфрақызыл толқындар,
көрінетін жарық,
ультракүлгін сәулелер,
Рентген сәулелері
Гамма-сәулелері

Электромагниттік толқындардың таралу тәртіптері
Электромагниттік толқындардың ұзындыгына (немесе жиілік ауқымына) байланысты бағыттаушы жүйелермен таралған толқындардың таралу режімдері әр түрлі: статикалық, тұрақты (стационар),(квазистационар), электродинамикалық және толқындық немесе квазиоптика. Статикалық тәртіп электрлік және магниттік сипаттағы көлемдік статикалық зарядқа сәйкес келеді. Мұнда зарядталған белшектер қозғалмайды (Қ = 0) және уақыт бойынша өзгермейді. Тұрақты тәртіп сым бойымен тұрақты токты беру жағдайына сәйкес келеді. Тұрақты ток магнит өрісін тудырады да, ал электрлік өріс индукцияланбайды. Квазистационарлық тәртіп диэлектриктегі ығыстырушы ток ескерілмейтіндей аз болғанда өрістің өте баяу езгеретін жағдайына сәйкес келеді. Бұл тәртіптегі толқын ұзындығы сымдардың диаметрінен артық (λ D) болады. Бұл тәртіпке сәйкес әуе байланыс жолы, симметриялы және коаксиалды байланыс кабельдері пайдаланылады. Электродинамикалық тәртіп жоғарғы жиілік ауқымына жатады. Мұнда өткізгіштегі ток та, диэлектриктегі ток та болады. Электродинамикалық тәртіпте пайдаланылатын бағытгаушы жүйелерге толқынжолдар, жарықжолдар және аса жоғары жиілікті, радиожиілікті байланыс жолдары жатады. Электродинамикалық тәріптегі жиілік ауқымы З*10lO 10 * 1010 109 1012 Гц. Квазиоптикалык тәртіп өткізгіштік ток болмайтын тек диэлектрикпен берілетін энергияға сәйкес келеді. Бүл тәртіпке геометриялық (сәулелік) және толқындық оптика жатады. Жиіліктік ауқымы 1О14 + 105Гц.

Электромагниттік толқындардың қасиеттері
Электромагниттік толқындардың қасиеттерін толқын ұзындығы 3 см электромагниттік толқын шығаратын арнайы генераторды қолданып зерттейді. Аса жоғары жиілікті генератор қоздыратын электромагниттік толқын рупор түрінде таратқыш антеннада ось бағытымен шығарылады. Қабылдағыш антеннаның пішіні дәл таратқыш антеныа сияқты. Қабылдағыш антеннада кристалдық диод орнатылған, ол антеннада қозатын жиілігі жоғары айнымалы токты бір полярлы толықсыма тоққа айналдырады. Ток күшейтілгеннен кейін дыбыс қабылдағышқа немесе гальванометрге беріліп тіркеледі. Тәжірибелік қондырғының сүлбасы 3.12-суретте көрсетілген.

Электромагниттік толқындардың шағылуы
Таратқыш және қабылдағыш рупорлардың арасына металл қаңылтыр қойылса, дыбыс естілмейді. Электромагниттік толқын металл қаңылтырдан өте алмай шағылады. Егер генератордың рупорын 3.13-суретте көрсетілгендей бағыттасақ, онда қабылдаушы антенна түсу бүрышына тең бұрышпен шағылатын электромагниттік толқынды қабылдайды. Оны дыбыстың жаксы естілгенінен байқаймыз. Электромагниттік толкынның металл бетінен шағылуын түсіну оңай. Металға келіп түскен толқынның электр өрісінің әсерінен металл бетінде еркін электрондардың еріксіз тербелістері қозады. Осы еріксіз тербелістердің жиілігі электромагниттік толқынның жиілігіне тең. Бетке түскен электромагниттік толкынның энергиясы металдағы еркін электрондардың еріксіз тербелістерін қоздыруға жұмсалады. Толқын металдан өте алмайды, металл бетінің өзі екінші реттік толқын көзі болып табылады, яғни шағылады. Диэлектриктен толқынның шағылуы әлсіз, өйткені диэлектрикте электромагниттік толқынның әсерінен байланысқан электрондардың еріксіз тербелістері қозады. Бірақ олардың еріксіз тербелістерінің амплитудасы металдағы еркін электрондардың еріксіз тербелістерінің амплитудасынан анағұрлым кіші. Сондықтан толқынның диэлектриктен шағылуы нашар.
Электромагниттік толқынның шағылу қасиеті радиобайланыс жүйесінде, радиолокадияда қолданылады.

Электромагниттік толқынның сынуы
Электромагниттік толқынның сынуын парафинмен толтырылған үшбұрышты призманы пайдаланып бақылауға болады. Қабылдаушы антенна толқынды тіркемейді. Енді диэлектрик болып табылатын парафиннен жасалған призманы суретте көрсетілгендей орналастырайык, антенна толқынды тіркейді. Демек, электромагниттік толкын екі ортаны бөліп тұрған ауа-парафин және парафин-ауа шекараларынан өткенде сынған. Элеқтромагниттік толқын бір ортадан екінші ортаға өткенінде сыну заңының орындалатынын зерттеулер көрсетті.
Электромагниттік толқынның жұтылуы
Рупорларды бір-біріне қарама-қарсы қойып, олардың арасына түрлі диэлектриктер, мысалы, фанера, плексиглас және т.б. қойсақ, толқынның жұтылатынын байқауға болады. Жұтылу дәрежесі түрлі диэлектриктер үшін әр түрлі.
Электромагниттік толқындардың поляризациясы
Электромагниттік толқынның және {B} векторларының бір-біріне және толқынның таралу бағытына перпендикуляр болуы оның көлденең толқын екенін көрсетеді. Таратқыш антеннадан шығатын толқынның электр өрісінің кернеулік {E}}} векторының тербелістері белгілі бір жазықтықта өтеді. Ал магнит индукциясының векторының тербелістері оған перпендикуляр жазықтықта жасалады. Өріс тербелістері бір бағытта өтетін электромагниттік толқынды поляризацияланған толқын деп атайды.

Поляризация латынның polus, гректің polos -- полюс, осьтің шеті деген сөздерінен алынған. Толқын шығаратын антеннаның рупоры мен қабылдағыштың арасына металл шыбықтан жасалынған торларды орналастырайық. Тордың екеуін де вертикаль не горизонталь бағыттай отырып, толқынның өтуін гальванометр арқылы тіркейді. Бұл жағдай электр өрісінің кернеулік векторы } шыбықтарға перпендикуляр қалпында байқалады. Егер екінші торды 90°-қа бұрсақ, онда толқын шыбықтардан өтпейді.
Демек, электромагниттік толқын -- көлденең толқын. Электр өрісінің кернеулік векторы металл шыбықтарға параллель бағытталғанда, оларда еркін электрондардың еріксіз тербелістері қозады да толқын шағылады. Кернеулік векторы шыбықтарға перпендикуляр бағытталғанда, еркін электрондардың ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.