Плотность электромагнитного излучения и основы радиосвязи (теория и изобретение А. С. Попова)

Тип работы: Реферат
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 11 страниц
В избранное:

Содержание.

Введение.
Основная часть.

Плотность потока электромагнитного излучения.
Изобретение радио А. С. Поповым.
Принципы радиосвязи.

Заключение.
Список литературы. Введение.

Излучение электромагнитной волны несут с собой энергию. Энергетические характеристики излучения играют важную роль, так как определяют взаимодействие источников излучения на его приемники. Мы ознакомимся с одной из главных характеристик излучения.

Опыты Герца, описание которых появилось в 1888 г., заинтересовали физикой всего мира. Ученые стали искать пути усовершенствования излучателя и приемника электромагнитных волн.

Принципы радиосвязи заключаются в следующем. Переменный электромагнитный ток высокой частоты, созданный в передающей антенне, вызывает в окружающем пространстве быстроменяющееся электромагнитное поле, которое распространяется в виде электромагнитной волны. Достигая приемной антенны, электромагнитная волна вызывает в ней переменный ток той же частоты, на которой работает передатчик.

1. Плотность потока электромагнитного излучения.

Теперь перейдем к рассмотрению свойств и характеристик

электромагнитных волн. Одной из характеристик электромагнитных волн является плотность электромагнитного излучения.

Плотность потока электромагнитного излучения

Рассмотрим поверхность площадью S, через которую электромагнитные волны переносят энергию.

Плотностью потока электромагнитного излучения I называет отношение электромагнитной энергии W, проходящей за время t через перпендикулярную лучам поверхность площадью S, к произведению площади S на время t:

Плотность потока излучения, в СИ выражают в ваттах на квадратный метр (Вт/м2) . Иногда эту величину называют интенсивностью волны.

После проведения ряда преобразований мы получаем что I = w c.

т. е. плотность потока излучения равна произведению плотности электромагнитной энергии на скорость ее распространения.

Мы не раз встречались с идеализацией реальных источников принятие в физике: материальная точка, идеальный газ и т. д. Здесь мы встретимся еще с одним.

Источник излучения считается точечным, если его размеры много меньше расстояния, на котором оценивается его действие. Кроме того, предполагается, что такой источник посылает электромагнитные волны по всем направлениям с одинаковой интенсивностью.

Рассмотрим зависимость плотности потока излучения от расстояния до источника.

Энергия, которую несут с собой электромагнитные волны, с течением времени распределяется по все большей и большей поверхности. Поэтому энергия, переносимая через единичную площадку за единицу времени, т. е. плотность потока излучения, уменьшается по мере удаления от источника.

Выяснить зависимость плотности потока излучения от расстояния до источника можно, поместив точечный источник в центр сферы радиусом R. Площадь поверхности сферы S= 4 п R^2. Если считать, что источник по всем направлениям за время t излучает энергию W Плотность потока излучения от точечного источника убывает обратно пропорционально квадрату расстояния до источника.

Теперь рассмотрим зависимость плотности потока излучения от частоты.

Как известно излучение электромагнитных волн происходит при ускоренном движении заряженных частиц. Напряженность электрического поля и магнитная индукция электромагнитной волны пропорциональны ускорению а излучающих частиц. Ускорение при гармонических колебаниях пропорционально квадрату частоты. Поэтому напряженность электрического поля и магнитная индукция

пропорциональны квадрату частоты.

Плотность энергии электрического поля пропорциональна квадрату напряженности поля. Энергия магнитного поля пропорциональна квадрату магнитной индукции. Полная плотность энергии электромагнитного поля равна сумме плотностей энергий электрического и магнитного полей. Поэтому плотность потока излучения пропорциональна: (E^2+B^2) . От сюда получаем, что I пропорциональна w^4.

Плотность потока излучения пропорциональна четвертой степени частоты.

2. Изобретение радио А. С. Поповым.

Опыты Герца заинтересовали физиков всего мира. Ученые стали искать пути усовершенствования излучателя и приемника электромагнитных волн. В России одним из первых занялся изучением электромагнитных волн преподаватель офицерских курсов в Кронштадте Александр Степанович Попов.

В качестве детали, непосредственно «чувствующей» электромагнитные волны, А. С. Попов применил когерер. Этот прибор представляет собой стеклянную трубку с двумя электродами. В трубке помещены мелкие металлические опилки. Действие прибора основано на влиянии электрических разрядов на металлические порошки. В обычных условиях когерер обладает

большим сопротивлением, так как опилки имеют плохой контакт друг с другом.

Пришедшая электромагнитная волна создает в когерере переменный ток высокой частоты. Между опилками проскакивают мельчайшие искорки, которые спекают опилки. В результате сопротивление когерера резко падает (в опытах А. С.

Попова со 1 до 1000-500 Ом, т. е. в 100-200 раз) . Снова вернуть прибору большое сопротивление можно, если встряхнуть его. Чтобы обеспечить автоматичность приема, необходимую для осуществления беспроволочной связи, А. С. Попов использовал звонковое устройство для встряхивания когерера после приема сигнала. Цепь электрического звонка замыкалась с помощью чувствительного реле в момент прихода электромагнитной

волны. С окончанием приема волны работа звонка сразу прекращалась, так как молоточек звонка ударял не только по звонковой чашечке, но и по когереру. С последним встряхиванием когерера аппарат был готов к приему новой волны.

Чтобы повысить чувствительность аппарата, А. С. Попов один из выводов когерера заземлил, а другой присоединил к высоко поднятому куску проволоки, создав первую приемную антенну для беспроволочной связи. Заземление превращает проводящую поверхность земли в часть открытого колебательного контура, что увеличивает дальность приема.

Хотя современные радиоприемники очень мало напоминают приемник А. С.

Попова, основные принципы их действия те же, что и в его приборе.

Современный приемник также имеет антенну, в которой приходящая волна вызывает очень слабые электромагнитные колебания. Как и в приемнике А. С.

Попова, энергия этих колебаний не используется непосредственно для приема. Слабые сигналы лишь управляют источниками энергии, питающими последующие цепи. Сейчас такое управление осуществляется с помощью полупроводниковых приборов.

7 мая 1895 г. на заседании Русского физико-химического общества в Петербурге А. С. Попов продемонстрировал действие своего прибора, явившегося, по сути дела, первым в мире радиоприемником. День 7 мая стал днем рождения радио.

Изучение свойств электромагнитных волн, теоретически предсказанных М. Фарадеем и Д. Максвеллом и практически доказанных Г. Герцем, приводило к мысли о возможности их использования для организации беспроволочной связи. Несколько исследователей попытались решить эту задачу. Добились успеха наш соотечественник А. С. Попов итальянец Г. Маркони.

7 мая 1895г. А. С. Попов впервые продемонстрировал работу своего "прибора для обнаружения и регистрирования электрических колебаний" на заседании Русского физико-химического общества в ходе обстоятельного доклада. Прибор откликался на посылки волн от "герцевского вибратора", возбуждаемого катушкой Румкорфа, на расстоянии 25 метров. Это была демонстрация первого в мире радиоприёмника, открывшего эру радио.

Приемник А. С. Попова

А. С. Попов использовал удачный индикатор электромагнитных волн, основанный на использовании металлических опилок. Свойство металлических порошков менять свои электрические свойства под действием электромагнитных волн было использовано в приборе, который назывался когерер: в стеклянную трубочку насыпаны мелкие опилки и сделаны металлические выводы из нее.: А. С. Попов использовал удачный индикатор электромагнитных волн, основанный на использовании металлических опилок. Свойство металлических порошков менять свои электрические свойства под действием электромагнитных волн было использовано в приборе, который назывался когерер: в стеклянную трубочку насыпаны мелкие опилки и сделаны металлические выводы из нее.

когерер:

когерер

Приемник А. С. Попова выглядел так:

внешний вид:

внешний вид

схема приемника А. С. Попова:

схема приемника А. С. Попова

Первая в мире смысловая радиограмма, осуществленная 7 марта 1895 года А. С. Поповым, содержала всего два слова: "Генрих Герц" как дань уважения памяти великого ученого, открывшего дверь в мир радио.

3. Принципы радиосвязи.

Для передачи информации радио использует звук, т. е. колебания с частотой до 20кГц. Электромагнитная волна на таких частотах распространяться практически не будет. Ей нужны частоты порядка сотен килогерц ( в 10 раз больше) . но высокие частоты мы не сможем услышать. Чтобы решить эту проблему в радиосвязи используют процессы модуляции и демодуляции.

Говоря просто, модуляция это процесс при котором высокочастотная волна используется для переноса низкочастотной волны. Высокочастотная электромагнитная волна хорошо распростроняется в пространстве, а низкочастотные сигналы голоса и музыки нет. Таким образом в радио сигналы голоса и музыки модулируют высокочастотную несущую в несколько сотен килогерц, и этот модулированный высокочастотный сигнал затем передается. На приемнике эта модулированная высокочастотная волна демодулируется для получения изначальных сигналов голоса и музыки. Существует три параметра несущей, которые можно изменять: амплитуда, частота и фаза. И, соответственно, по крайней мере три вида модуляции: амплитудная (АМ), фазовая, частотная (FM)

Суть амплитудной модуляции понятна из рисунков