Физика (лучшее) (стр. 13 из 17)
Энергия электромагнитного поля волны в данный момент времени меняется периодически в пространстве с изменением векторов Ё и В. Бегущая волна несет с собой энергию, перемещающуюся со скоростью с вдоль направления распространения волны. Благодаря этому энергия электромагнитной волны в любой области пространства меняется периодически со временем.
Максвелл был глубоко убежден в реальности электромагнитных волн. Но он не дожил до их экспериментального обнаружения. Лишь через 10 лет после его смерти электромагнитные волны были экспериментально получены Герцем.
2. Принцип радиосвязи. Радиопередатчик. Для осуществления радиосвязи необходимы радиопередатчик и радиоприёмник. Рассмотрим принцип действия радиопередатчика, блок-схема которого приведена на рис. ‘77.1. Генератор создаёт высокочастотные электромагнитные гармонические колебания с частотой
v . Пусть перед микрофоном находится звучащий камертон, создающий механические гармонические колебания звуковой частоты Yзв. Эти колебания с помощью микрофона преобразуются в электромагнитные колебания той же частоты (рис. 77.2 6). Частота Yзв этих колебаний значительно меньше частоты Y высокочастотных электромагнитных колебаний.
Колебания, создаваемые генератором и микрофоном, подаются в модулятор, в котором происходит их сложение, в результате чего возникают электромагнитные колебания с частотой Y, амплитуда которых изменяется с частотой Yзв. Такие колебания называют амплитудно - модулированными (рис. 77.2 в). Затем модулированные колебания усиливаются и подаются на антенну(открытый колебательный контур), которая излучает модулированные электромагнитные волны.
Радиоприёмник. Блок-схема радиоприёмника показана на рис. 77.3. Модулированные электромагнитные волны, излучаемые различными радиостанциями, индуцируют в антенне модулированные электромагнитные колебания разных частот. Изменяя величину ёмкости конденсатора и индуктивности, добиваются совпадения собственной частоты колебательного контура с частотой одной из передающей станции. Это приводит к тому, что в колебательном контуре возникают вынужденные резонансные электромагнитные колебания данной частоты. Амплитуды же колебаний с другими частотами будут очень малы. Эти модулированные колебания рис. 77.2 в) усиливаются и подаются в демодулятор (детектор). После его прохождения сила тока в цепи изменяется со временем по закону, график которого приведён на рис. 77.4. далее происходит преобразование этого тока в ток, сила которого изменяется со временем со звуковой частотой Yзв рис.77.2б). Затем этот ток усиливается и протекает через динамик, который преобразует электромагнитные колебания в звуковые той же частоты. В результате этого динамик воспроизводит механические колебания, происходящие перед микрофоном передающей станции.
Принцип радиопередачи используют в телевидении, радиолокации, в различных видах телефонной (сотовой) связи.
Билет № 21
С точки зрения волновой теории свет представляет собой электромагнитные волны с частотой v, лежащей в интервале от
до 
Гц. Диапазон световых волн чаще выражают в длинах волн в вакууме (практически в воздухе). Используя соотношение длины 
световой волны с частотой колебания, находим, что длины волн света в вакууме заключены в пределах от 0,75 до 0,4 мкм. Установлено, что цветовое воздействие света на глаз человека обусловлено его частотой. Так, световые волны с частотой Гц воспринимаются как красный свет, а с частотой 
Гц как фиолетовый. Показано также, что световые волям, отличающиеся подлине волны менее чем на 2 нм, воспринимаются как одноцветные.1. Интерференция волн. Интерференцией волн называют явление усиления и ослабления волн в определённых точках пространства при их наложении. Интерферировать могут только когерентные волны. Когерентными называются такие волны (источники), частоты которых одинаковы и разность фаз колебаний не зависит от времени. Геометрическое место точек, в которых происходит усиление или ослабление волн соответственно называют интерференционным максимумом или интерференционным минимумом, а их совокупность носит название интерференционной картины. В связи с этим можно дать иную формулировку явления. Интерференцией волн называется явление наложения когерентных волн с образованием интерференционной картины.
Пусть волны создаются когерентными источниками O1 и О2. Рассмотрим точку М, находящуюся на расстоянии l1 и l2 от источника (рис. 83.1), в которой происходит наложение
волн. Установлено, что волны усиливают друг друга, если
и ослабляют друг друга, когда 
где l — длина волны, 
Величина Dl = l1 - l2, т.е. разность расстояний от источников до рассматриваемой точки, называется геометрической разностью хода волн. С учётом этого следует, что когерентные волны, раслространяющиеся в одной среде, усиливаются в точках, для которых геометрическая разность хода равна целому числу длин волн, и ослабляется, когда она составляет полуцелое число длин волн.Явление интерференции света используется для контроля качества обработки поверхностей, просветления оптики, измерения показателей преломления вещества и т.д.
Дифракция света. В однородной среде свет распространяется прямолинейно. Об этом свидетельствуют резкие тени, отбрасываемые непрозрачными предметами при освещении их точечными источниками света. Однако если размеры препятствий становятся сравнимыми с длиной волны, то прямолинейность распространения волн нарушается. Явление огибания волнами препятствий называется дифракцией. Вследствие дифракции свет проникает в область геометрической тени. Дифракционные явления в белом свете сопровождаются появлением радужной окраски вследствие разложения света на составные цвета. Например, окраска перламутра и жемчуга объясняется дифракцией белого света на мельчайших его вкраплениях.
Широкое распространение в научном эксперименте и технике получили дифракционные решётки, представляющие собой систему узких параллельных щелей одинаковой ширины, расположенных на одинаковом расстоянии d друг от друга. Это расстояние называют постоянной решётки. Дифракционные решётки изготавливаются с помощью специальной машины, наносящей штрихи (царапины) на стекле или другом прозрачном материале. Там, где проведена царапина, материал становится непрозрачным, а промежутки между ними остаются прозрачными и играют роль щелей. Это так называемые прозрачные решётки. Существуют и отражательные решётки, которые получают нанесением штрихов на металлическое зеркало. Действие обеих типов решёток практически не отличается, поэтому рассмотрим явления, происходящие только в прозрачных решётках. Пусть на дифракционную решётку ДР, перпендикулярно к ней, падает параллельный пучок монохроматического света (плоская монохроматическая световая волна). Для наблюдения дифракции за ней помещают собираюпхую линзу Л, в фокальной плоскости которой располагают экран Э(рис. 84.1, на котором приведён вид в плоскости, проведённой поперёк щелям перпендикулярно к дифракционной решётке, а также показаны только лучи у краёв щелей). Вследствие дифракции из щелей исходят световые волны во всех направлениях. Выберем одно из них, составляющее угол j с направлением падающего света. Этот угол называют углом дифракции. Свет, идущий из щелей дифракционной решётки под углом р, собирается линзой в точке Р (точнее в полосе, проходящей через эту точку). Геометрическая разность хода Dl между соответствующими лучами, выходящими из соседних щелей, как видно из рис. 84.1, равна А! = d~siп9. Прохождение света через линзу не вносит дополнительной разности хода. Поэтому если А! равна целому числу длин волн, т.е.
то в точке Р волны усиливают друг друга. Это соотношение является условием так называемых главных максимумов. Целое число m называют порядком главных максимумов.
Если на решётку падает белый свет, то для всех значений длин волн положение максимумов нулевого порядка (m = О) совпадут; положение же максимумов более высоких порядков различны: чем больше l,????// тем больше j при данном значении m. Поэтому центральный максимум имеет вид узкой белой полосы, а главные максимумы других порядков представляют разноцветные полосы конечной ширины — дифракционный спектр. Наиболее интенсивными являются спектры первого порядка (m = 1). Спектры более высоких порядков менее ярки. Если решётку освещать немонохроматическим лучом, в составе которого имеется дискретный набор длин волн
(такой свет даёт, например, ртутная лампа), то дифракционный спектр представляет собой совокупность отдельных цветных линий на тёмном фоне: каждой длине волны соответствует своя линия. Таким образом, дифракционная решётка разлагает сложный свет в спектр и поэтому с успехом используется в спектрометрах. Спектрометр — прибор для точного измерения длин волн с помощью дифракционной решётки (или призмы), которая разлагает свет в спектр, т.е. на компоненты с различными длинами волн. Свет от источника(рис. 84.2) через узкую щель направляется в коллиматор, который создаёт параллельный лучок света. далее свет попадает на решётку. Наблюдатель поворачивает трубу и при угле j, соответствующему дифракционному максимуму увидит яркую линию. Угол может быть измерен с высокой точностью. По формуле (84.1) определяют длину волны наблюдаемого света. Значение спектрометров в науке и промышленности огромно, поскольку с их помощью осуществляется анализ элементов, входящих в состав сплавов металлов, анализ газов, жидкостей, твёрдых тел, анализ химического состава звёзд и т.д. Отметим, что элемент гелий впервые был обнаружен спектрально на Солнце, откуда и пошло его название.