Содержание
Про антенны для самых маленьких / Хабр
Попробуем разобраться, как работают антенны и почему электромагнитная энергия из комфортного проводника излучается в чужеродный диэлектрик, причем обойдемся без матана, что потребует, разумеется, очень серьезных упрощений и даже вульгаризации, но все же позволит получить начальное представление и, не исключаю, желание почитать материалы для более продвинутых.
Если вы радиоинженер, опытный радиолюбитель-связист или просто хорошо знаете физику, то вам нижеследующее читать строго не рекомендуется во избежание негативных последствий для вашего психического здоровья. Вас предупреждали.
Начнем со скучных основ. В старые добрые времена, когда не было ни интернетов, ни этого вашего фидо, известные явления электричества и магнетизма не считались чем-то единым, имеющим общую природу, пока ровно двести лет назад датчанин Эрстед не обнаружил, что протекание электрического тока по проводнику вызывает отклонение стрелки компаса, т. е. создает доступное наблюдению и измерению простейшими приборами магнитное поле.
Вскорости француз Ампер вывел закон имени себя, описывающий зависимость электрического тока и возникающего от него магнитного поля, а чуть позже включившийся англичанин Фарадей обнаружил и математически изложил явление электромагнитной индукции. Спустя еще совсем немного времени шотландец Максвелл создает теорию электромагнитного поля, на которую нам бы и следовало опираться в дальнейшем рассказе, но мы договорились обходиться без матана настолько, насколько возможно, чтобы даже самые отпетые гуманитарии смогли почувствовать вкус к технике вместо быть распуганными сложными формулами. Все эти работы привели к тому, что 1887 году немец Герц экспериментально доказал существование радиоволн, построив радиопередатчик и радиоприемник, которые, довольно неожиданно, оказались рабочими. Впрочем, сам Герц перспектив своей радиопередачи (первой в мире!) не оценил и поэтому изобретение радио чаще связывают с итальянцем Маркони, который помимо неоспоримого инженерного гения, оказался успешен и в части коммерциализации.
Да, если кому интересно, первая радиопередача голоса принадлежит канадцу Фесендену, которому удалось провернуть это дело в 1900 году.
Ток в проводнике создает магнитное поле. Зачем же нам браться рукой за оголенный провод? Затем, чтобы легко запомнить направление вектора магнитного поля в зависимости от направления тока в проводнике — «правило правой руки».
Итак, теперь мы знаем, что протекание электрического тока в проводнике приводит к тому, что около проводника возникает магнитное поле. Вот это вот, если очень-очень упрощенно, и есть электромагнетизм. Поэтому первое, что мы можем усвоить: излучение антенн связано с протеканием в них электрического тока.
Радиосвязь использует переменный ток различной частоты (или длины волны – говоря об антеннах чаще удобнее говорить о длине волны, а о радиотехнике в целом – о частоте).
Различные частоты позволяют одновременно проводить много независимых передач и разделять их прием, выбирая нужные частоты и отбрасывая ненужные.
Способов, как это сделать, довольно много, но они — тема отдельных статей. Переменный ток обладает одной неприятной особенностью: хотя он полностью подчиняется закону Ома (взаимозависимость напряжения, сопротивления цепи и тока в ней), напряжение и ток могут не совпадать по времени. Да-да, «сдвиг по фазе» – это необязательно в голове, это более чем электро- и радиотехнический термин. Вот что получается. Если бы мы подавали переменное напряжение на некий идеальный резистор, то синфазный переменный ток в этой цепи был бы равен напряжению в вольтах, деленному на сопротивление в омах – так же, как и приличный постоянный ток. Но если вместо резистора у нас катушка индуктивности, то дело становится более запутанным. Когда мы прикладываем напряжение к катушке, она как бы сопротивляется току через нее, поэтому ток отстает по фазе от напряжения. Кстати, если отключить подачу напряжения от катушки, то она тоже будет сопротивляться и постарается поддержать течение тока через себя (в той мере, в которой катушка может запасти энергию) – напряжения уже нет, а ток все еще идет.
Вот это вот сопротивление, оно называется реактивным, тем выше, чем выше частота. То есть с ростом частоты при равной индуктивности или с ростом индуктивности при равной частоте сопротивление переменному току растет. С конденсаторами все то же самое, но только наоборот. При приложении напряжения к конденсатору ток сначала проваливается в него, как в пустую яму, опережая напряжение, а затем падает по мере заряда. Легкость, с которой переменный ток попадает в конденсатор, означает, что с ростом частоты при равной емкости сопротивление переменному току падает, а при равной частоте при росте емкости сопротивление переменному току также падает. Поэтому примем на заметку: реактивное сопротивление, то есть индуктивное или емкостное сопротивление переменному току, зависит от частоты.
Слева традиционная синусоидальная осциллограмма, справа сдвиг фаз на примере «отставания» тока от напряжения при наличии в цепи индуктивного сопротивления.
Суммарное сопротивление, состоящее из активной компоненты (условный резистор, который потребляет мощность «чисто», без влияния на фазу) и реактивной компоненты (сдвигающие фазу индуктивность и/или емкость), называется комплексным сопротивлением или импедансом.
Итак, антенна – это проводник, к которому подводится электрическая энергия и который ее излучает в окружающее пространство. Излучает электрический ток в проводнике, который создает вокруг проводника магнитное поле.
Почему электромагнитная энергия выходит из комфортного для нее проводника в некомфортный для нее вакуум? А она и не выходит! Энергия создает колебания поля, но не движется сама по себе. Давайте сравним со звуковыми волнами. Когда динамик (антенна) создает колебания, воздух (эфир) не движется, ветер не возникает, но колебания распространяются в воздухе (эфире). Так же происходит и с электромагнитными волнами, разве что электромагнитная энергия распространяется не в воздухе, а в эфире. Позже, правда, выяснят, что предполагавшегося эфира не существует, и что земля тоже не плоская, а электромагнитное поле прекрасно себя чувствует и в вакууме но мы-то знаем, что эфир есть, а земля, конечно, не плоская, а немного выпуклая. То есть, еще раз, энергия не переносится вместе со средой (точнее с полем), а переносится за счет распространения волн в неподвижной в общем случае среде (в поле).
Антенна как колебательный контур. Прежде чем говорить о конкретных конструкциях простых антенн, по принципу устройства которых мы сможем разобраться и в устройстве сложных, поговорим об электрическом резонансе. Для этого вернемся назад к реактивному сопротивлению. Полотно антенны можно представить как распределенную емкость и распределенную индуктивность – как размотанную до прямого провода катушку и как вырожденные до того же самого провода пластины конденсатора. Наличие реактивного сопротивления в цепи, как мы помним, разделяет фазы тока и напряжения. Однако, если мы подберем определенную комбинацию индуктивности и емкости (а это сработает только на одной определенной частоте, ведь мы помним, что с изменением частоты меняется реактивное сопротивление), то получится, что емкость и индуктивность взаимно компенсируют друг друга и мы видим чисто активное сопротивление в нагрузке. Вот такая взаимная компенсация и результат в виде чисто активного сопротивления как результат компенсации называется электрическим резонансом.
Сам по себе для работы антенны он неважен, потому что антенна, как мы уже выяснили, излучает током в проводнике. Однако, есть ряд причин, по которым к достижению резонанса в антенне стремятся. Дело в том, что в отличие от постоянного тока, для переменного важно, чтобы волновое сопротивление (напоминаю закон Ома, а именно что сопротивление цепи численно равно приложенному напряжению, деленному на ток) генератора, линии передачи и нагрузки, т.е. собственно антенны, были равны. Если равенства нет, часть электромагнитной энергии отразится назад на генератор, что приведет к целому спектру нежелательных явлений. Значительное реактивное сопротивление приводит к сильному рассогласованию и значительному отражению энергии. Впрочем, это касается и активной компоненты импеданса, согласовать которую легче при незначительной, легко компенсируемой реактивной компоненте. Поэтому технически стараются создавать такие антенны, у которых реактивная компонента отсутствует или легко компенсируется, а активная равна волновому сопротивлению генератора или легко трансформируется.
В случае самых простых антенн, создание определенной емкости антенны или определенной индуктивности означает попросту подбор размеров. Поэтому обычно размеры антенн меряют не в линейных единицах, а в долях длины волны.
Простейшие полноразмерные антенны. Полуволновый диполь, четвертьволновый граундплейн и аналогичные конструкции.
Как видим, распределение токов и напряжений одинаково. Только если в четвертьволновом граундплейне одна половина диполя — штырь, а второй половиной является земля, то в полуволновом диполе — второй половиной является его вторая половина. 🙂
Для ознакомления с принципами, одинаковыми для любых более сложных антенн, предлагаю разобраться с устройством и работой базовых антенн – симметричного полуволнового диполя или несимметричного четвертьволнового граундплейна. В известной степени они идентичны и полуволновый диполь можно рассматривать как крайний случай четвертьволнового граундплейна, угол радиалов (противовесов) которого достиг 180° к излучающему штырю, поэтому большинство рассматриваемых особенностей в равной мере применимы к обоим антеннам.
Как видим, такая антенна имеет электрический резонанс, потому что в ее проводнике помещается целое число полуволн тока и целое число полуволн напряжения. Они смещены по фазе друг относительно друга, но их реактивность взаимно компенсируется.
Если бы антенна была немного короче, чем полволны, то у нее бы появилась емкостная компонента импеданса и ее пришлось бы компенсировать индуктивностью (никому не напоминает катушки в основании сибишных автоантенн?), а если наоборот удлинить, то появится индуктивная компонента, которую необходимо скомпенсировать емкостью.
Сопротивление излучения. В сопротивлении излучения нет ничего особенного. Вернее не так. Сопротивления излучения в физическом смысле не существует, это аналитическое значение, которое используется для определения КПД антенны. Проще всего представить себе сопротивление излучения как ту активную компоненту полного сопротивления всей антенны, которая тратится на излучение. Вообще-то есть термин «потери на излучение» и это полезные «потери», если мы говорим об антенне, но это не равно сопротивлению излучения, так что не путайте.
Нет никакого воображаемого сопротивления среды воображаемому излучению в нее или что либо еще — есть разные свойства вроде диэлектрической проницаемости, которые мы рассматривать пока что не будем.
Еще в антенне есть сопротивление потерь в виде сопротивления проводника, которое тратится на его нагрев, различные потери в конструктивных элементах и согласующих звеньях. Знание сопротивления излучения необходимо для понимания КПД антенны: у некоторых антенн сопротивление излучения может составлять единицы и доли Ома при том, что сопротивление потерь в разы больше, что значит что КПД такой антенны крайне низок несмотря на то, что в остальном ее конструкция адекватна. В простых антеннах вроде рассматриваемого диполя или граундплейна, сопротивление излучения близко к полному сопротивлению самой антенны, потому что потери в проводнике сравнительно малы, но в любом случае это не тождественные понятия.
Вернемся к диполю. Пока мы подаем энергию в его геометрическом центре, где ток максимален, а напряжение минимально, сопротивление излучения невелико.
Теоретически оно равно приблизительно 73 Омам, а практически немного меньше в зависимости от относительной толщины материала. По мере расщепления одной из половин диполя на отдельные радиалы, сопротивление будет немного снижаться и упадет до приблизительно 36 Ом ми угле в 90° к штырю. Это очевидно влияет на КПД антенны. Но, для наглядности, будем рассматривать именно диполь. По мере смещения точки питания от центра к краю мы увидим, что ток падает, а напряжение растет, то есть растет сопротивление излучения, которое достигнет своего максимума при питании с конца. На все остальные характеристики антенны это обстоятельство не влияет, она по-прежнему излучает с той же диаграммой направленности, а значит, имеет ту же эффективность излучения (но не КПД всей антенны в сборе, потому что КПД зависит от относительных потерь).
Полное сопротивление антенны равно напряжению в точке питания, деленному на отдаваемый ток. А состоит оно из, как мы уже выяснили, сопротивления излучения, на котором мы полезно теряем энергию на нужное нам излучение, и сопротивления потерь, на котором мы теряем энергию бесполезно.
Разными способами мы можем влиять на полное сопротивление антенны. Не меняя геометрию, мы можем смещать точку питания. Мы можем использовать различные трансформирующие элементы (включая буквально трансформаторы с обмотками на тех частотах, на которых их применение рационально). На эффективность излучения антенны все эти манипуляции никак не влияют и нужны только для согласования антенны с генератором (передатчиком). Например, полуволновый диполь с питанием по центру, сопротивление которого составляет приблизительно 73 Ома, через простой трансформатор 1:4 может быть согласованным с генератором, рассчитанным на антенну сопротивлением 18 Ом или 300 Ом — смотря как подключить выводы. На работе антенны это не скажется никак, кроме влияния потерь в трансформаторе на КПД всей конструкции в сборе.
Если вам кажется, что у антенны есть только монополь – некий штырь, кусок провода или просто дорожка на печатной плате, то на самом деле это вариант граундплейна, у которого нет специально выделенных радиалов, но радиалами служит земля, тело оператора (портативной радиостанции, например) или земляные полигоны на плате.
Потери в таких радиалах очевидно больше, чем в специально созданных как часть антенны, поэтому КПД таких конструкций всегда ниже, равно как и степень согласования импедансов из-за непредсказуемости ситуативных вместо расчетных радиалов.
При увеличении длины антенны сверх полуволнового диполя сопротивление излучения сначала растет, достигая максимума при четном числе полуволн, а затем снова падает, достигая минимума при нечетном числе полуволн. Незначительное увеличение длины сужает диаграмму направленности и увеличивает эффективность передачи в выбранном направлении, а значительное приводит к дроблению диаграммы на множество лепестков и в целом неэффективно, поэтому на практике обычно не применяется кроме многодиапазонных антенн, в которых это является компромиссным решением.
Вообще любое увеличение длины диполя сверх половины волны приводит к тому, что на полотне возникают области, где ток течет в противоположном направлении. Этот ток, разумеется, также участвует в излучении, но интерференция создаваемого им поля с полем условно-основной части полотна и приводит к тому, что диаграмма направленности расщепляется, что в большинстве случаев вредно: обычно радиосвязь производится по одному или нескольким известным направлениям а излучение в «ненужную» сторону означает просто напрасные потери.
Например, наземная связь проводится в направлении горизонта, а излучение в космос бесполезно тратит мощность передатчика. Поэтому, когда необходимо увеличить направленность антенны, чтобы посылать энергию более сфокусировано в нужном направлении, предпочитают использовать более сложные конструкции на базе диполя, а не удлиняют единичный диполь.
При уменьшении длины антенны от полуволнового диполя (или укорочению штыря четвертьволнового граундплейна) сопротивление излучения экспоненциально падает, что вкупе со все усложняющимся согласующим устройством делает укороченную антенну крайне неэффективной – небольшое сопротивление излучения рядом с большим сопротивлением означает напрасный нагрев согласующего устройства с малым излучением.
Вот, собственно, и все, что нужно знать гуманитарию об антеннах.
Презентация по теме: Радиоволны
РАДИОВОЛНЫ
Радиоволны
Самостоятельная работа
1)Электромагнитная волна
(продольная , поперечная)
2)Источник электромагнитной волны.
3)Заслуга Максвелла в том, что он создал..
4) Заслуга Герца в том, что он …
5) Основной элемент радио Попова- …
6)Основные принципы радиосвязи…
Самостоятельная работа
1)Вклад Герца в изучение электромагнитных волн
2)Заслуга Максвелла в том, что он создал..
3) Основной элемент радио Попова и принцип его работы.
4)Основной принцип радиосвязи…
5) Почему нельзя передать на большое расстояние волну звуковой частоты?
Самостоятельная работа
1. Что такое эл- магнитная волна
2. Вклад Фарадея в изучение эл- магнитных явлений
3. Вклад Максвелла в изучение эл- магнитных явлений
4. Какие радиоволны обладают лучшей дифракцией, какой недостаток имеет этот диапазон?
5. Ионосфера- это…
6. Можно ли волны длиной 1,5 км передать на Луну? Почему?
7.
Почему нельзя передать на большое расстояние волну звуковой частоты?
Радиоволны волны -это
электромагнитные волны с частотами от 0,03 Гц до 3 ТГц, что соответствует длине волны от 10 млн км до 0,1 миллиметра
- Ультракороткие.
- Короткие.
- Средние.
- Длинные.
Название диапазона
Радиоволны
Сверхдлинные
Длины волн, λ
Длинные
Частоты, ν
более 10 км
10 км — 1 км
Средние
менее 30 кГц
Источники
Атмосферные явления. Переменные токи в проводниках и электронных потоках (колебательные контуры
30 кГц — 300 кГц
1 км — 100 м
Короткие
300 кГц — 3 МГц
100 м — 10 м
Ультракороткие
10 м — 2 мм
3 МГц — 30 МГц
30 МГц — 150 ГГц
Радиолокация основана на явлении отраже
ния радиоволн от различных объектов.
Ионосфера-верхняя ионизированная часть атмосферы.( 100-300 км над Землей)
Радиолокация- это обнаружение и точное определение местонахождения объектов с помощью радиоволн.
Радиолокационная установка – радиолокатор, состоит из передающей и приёмной частей.
Длительность каждого импульса составляет миллионные доли секунды. t- время между импульсами.
Название диапазона
Сверхдлинные
Длины волн, λ
Частоты, ν
Длинные
более 10 км
менее 30 кГц
Средние
Св-ва
1 км —
Короткие
100 м-
30 кГц — 300 кГц
Приме
Дифракция
10 км
Ультракороткие
10 м
1 км
300 кГц — 3 МГц
нение
дифракция
( огибание препятствий)
На ограниченные расстоя
СВЧ
10 м — 2 мм
100 м —
Слабая дифракция
3 МГц — 30 МГц
ния
3мм-3м
30 МГц — 150 ГГц
Отражаются от ионосферы
Проникают сквозь ионосферу
10 8 -10 11
10 8 -10 11
Радио,тв
СВЧ-печь, изучение космич.
объектов
Связь
Спутниковая сотовая Wi-Fi, связь
радиолокация
1.Можно ли послать радиосигнал с длиной волны 115 м на Луну? Почему?
2.Какую роль играет ионосфера в распространении волн?
3. Какие волны огибают горы лучше других? Почему?
4.Какие св-ва имеет электромагнитная волна? 1)…2)…3)….4)
5. Радиоволна-88,7МГц ( 103,4МГц). Скорость радиоволн 300 000км/с. Найди длину волны.
6.В каком диапазоне длин волн работает радиоприемник, в котором индуктивность может изменяться от о,4до 20 мкГн, а емкость конденсатора от 90 до 500 пФ ?
7.За какое время радиосигнал доходит из Хабаровска до Парижа, если он преодолевает расстояние в 8280 км? (спутниковая связь)
8.Почему ретрансляторы сотовой связи располагают через каждые 50 км и чаще?
9. Как должна двигаться заряженная частица для того, чтобы возникло электромагнитное поле?( равномерно, равноускоренно, по окружности).
Почему?
10.Определи расстояние до объекта, если сигнал радиолокатора вернулся через 0,024мкс?
1.Можно ли послать радиосигнал с длиной волны 170м (30см) на Луну? Почему?
2.Какую роль играет ионосфера в распространении волн?
3. Какие волны огибают горы лучше других?
4.ТВ канал РТР вещает на частоте 191,25 МГц ( удачное радио-103,1МГц ). Найди длину волны.
5.Сигнал радара вернулся через 0,6 мкс
На каком расстоянии находится объект?
1.В каком диапазоне длин волн может работать радиоприемник, в котором индуктивность может изменяться от 0,2до 25 мкГн, а емкость
конденсатора от 20 до 4000 пФ ?
2.Определите период и частоту радиопередатчика, работающего на волне длиной 30м.
3.ТВ канал РТР вещает на частоте 191,25 МГц.
Как изменится длина волны, если
переключить телевизор на канал НТВ
(49, 75МГц)?
ДЕТЕКТИРОВАНИЕ
Детектирование –
выделение низкочастотных
колебаний из модулированных
колебаний высокой частоты
работа фильтра
Модуляция
Модуляция-изменение высокочастотных колебаний, вырабатываемых генератором, с помощью электрических колебаний звуковой частоты.
Изменение со звуковой частотой амплитуды высокочастотных колебаний называют амплитудной модуляцией
АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
Uзв
простейший радиоприемник
антенна
детектор
конденсатор
телефон
Колебательный
контур
1.Можно ли послать радиосигнал с длиной волны 1 км на Луну? Почему?
2.Какую роль играет ионосфера в распространении волн?
3. Какие волны огибают горы лучше других?
4. радиоволна-88,7МГц . Скорость радиоволн 300 000км/с. Найди длину волны.
5.Сигнал радара вернулся через 0,02с. На каком расстоянии находится объект?
Понятие о телевидении
Телевидение -это система связи для трансляции и приёма движущегося изображения и звука на расстоянии.
Диск Нипко ва
— механическое устройство
для сканирования изображений, изобретённое Паулем Нипковым в 1884 году. Этот диск является неотъемлемой частью многих схем механического телевидения
вплоть до 1930-х годов.
Телевизионная передача
Телевизионный тракт в общем виде включает в себя следующие устройства:
- Телевизионная передающая камера или иконоскоп. Служит для преобразования изображения, получаемого при помощи объектива на мишени передающей трубки в телевизионный видеосигнал.
- Передатчик. Сигнал радиочастоты модулируется телевизионным видеосигналом и излучается в эфир.
- Приёмник — телевизор. С помощью синхроимпульсов, содержащихся в видеосигнале, телевизионное изображение воспроизводится на экране приемника.
Кроме того, для создания телевизионной передачи используется звуковой тракт, аналогичный тракту радиопередачи. Звук передаётся на отдельной частоте обычно при помощи частотной модуляции.
Иконоскоп
— передающая вакуумная электронная трубка, преобразующая изображение кадра в серию электрических сигналов.
Кинескоп
— приемная вакуумная электронная трубка, преобразующая электрические сигналы в видимое изображени е
Черно-белый кинескоп
Цветной кинескоп
- Электронные пушки
- Электронные лучи
- Фокусирующие катушки
- Отклоняющие катушки
- Анодный вывод
- Теневая маска, разделяющая красные, зелёные и синие части изображения
- Слой люминофора с зонами красного, зелёного и синего свечения
- Люминофорное покрытие внутренней стороны экрана в увеличенном масштаб
Т елевизоры упорядочены в хронологическом порядке, закончив на середине 80-х годов.
Радиолокация
Радиолокация (от латинских слов «radio» -излучаю и «lokatio» – расположение)
Радиолокация – обнаружение и точное определение положения объектов с помощью радиоволн.
рдинат
Радиолокация основана на явлении отражения радиоволн от различных объектов.
Заметное отражение возможно от объектов в том случае, если их линейные размеры превышают длину электромагнитной волны. Поэтому радары работают в диапазоне СВЧ (10 8 -10 11 Гц). А так же мощность излучаемого сигнала ~ω 4.
Основы радиолокации
- Антенна
- Импульсный режим работы
- Определение расстояния R=сt/2
- Фиксация сигнала
- Применение
Антенна радиолокатора
Для радиолокации используются антенны в виде параболических металлических зеркал, в фокусе которых расположен излучающий диполь. За счет интерференции волн получается остронаправленное излучение. Она может вращаться и изменять угол наклона, посылая радиоволны в различных направлениях. Одна и та же антенна попеременно автоматически с частотой импульсов подключается то к передатчику, то к приёмнику.
Определение расстояния до объекта
S – расстояние до объекта,
t – время распространения радиоимпульса к объекту и обратно
Зная ориентацию антенны во время обнаружения цели, определяют
её координаты. По изменению этих координат с течением времени
определяют скорость цели и рассчитывают её траекторию .
Применение радиолокации
Авиация
По сигналам на экранах радиолокаторов диспетчеры аэропортов контролируют движение самолётов по воздушным трассам, а пилоты точно определяют высоту полёта и очертания местности, могут ориентироваться ночью и в сложных метеоусловиях.
Основное применение радиолокации – это ПВО.
Главная задача — наблюдать за воздушным пространством, обнаружить и вести цель, в случае необходимости навести на нее ПВО и авиацию.
Радар для измерения скорости движения транспорта
Одним из важных методов снижения аварийности является контроль скоростного режима движения автотранспорта на дорогах.
Первыми гражданскими радарами для измерения скорости движения транспорта американские полицейские пользовались уже в конце Второй мировой войны. Сейчас они применяются во всех развитых станах.
Применение в космосе
В космических исследованиях радиолокаторы применяются для управления полётом и слежения за спутниками, межпланетными станциями, при стыковке кораблей. Радиолокация планет позволила уточнить их параметры (например расстояние от Земли и скорость вращения), состояние атмосферы, осуществить картографирование поверхности.
Развитие средст связи
Междугородняя телефонная связь
- Кабельная( оптико-волоконная)
- Радиорелейная. В пределах прямой видимости на расстоянии 40-60км находятся радиостанции.
- Космическая радиосвязь с помощью ретрансляционных спутников серии «Орбита»(12ч) ; «Радуга»(24ч-36000км)
- Телеграф и фототелеграф
- Открытие радиоволн дало человечеству массу возможностей.
Среди них: радио, телевидение, радары, радиотелескопы и беспроводные средства связи.
Среди них: радио, телевидение, радары, радиотелескопы и беспроводные средства связи. Передатчик мощностью 1000 Вт работает на частоте 880 кГц. Количество фотонов, испускаемых в секунду Is
Вопрос
Обновлено: 05.10.2019
DC PANDEY-MODERN PHYSICS — 1-Level 1 Objective
20 видео
РЕКЛАМА
Текст Решение
3
3
1,7× 1028
B
1,7×1030
C
1,7×1023
D
1×1025
0 002 Решение 9(30).
Ответить
Пошаговое решение, разработанное экспертами, чтобы помочь вам в решении вопросов и получении отличных оценок на экзаменах.
Ab Padhai каро бина объявления ке
Khareedo DN Pro и дехо сари видео бина киси объявление ки rukaavat ке!
Похожие видео
Радиопередатчик работает на частоте 880 кГц и мощностью 10 кВт. Количество фотонов, испускаемых в секунду:
11969534
Найдите количество фотонов, излучаемых в секунду передатчиком мощностью 10 кВт, излучающим радиоволны с длиной волны 500 м.
17959391
Радиопередатчик работает на частоте 300 кГц и мощностью 10 кВт. Количество фотонов, испускаемых в секунду, приблизительно равно
141178241
Передатчик мощностью 10 кВт излучает радиоволны с длиной волны 500 м. Количество фотонов, испускаемых передатчиком в секунду, составляет: —
156994057
Text Solution
Радиопередатчик работает на частоте 880 кГц и мощности 10 кВт. Нет. фотонов, испускаемых в секунду:
415585364
एक रेडियो ट्रांसमीटर की संचऍलन ृवृ किलोहर्ट्ज तथा शक्ति 66 किलोवाट है। प्रति सेकण्ड उत्सर्जित फोटॉन की संख्या 520 30902
03
Оценить следующие два числа должно быть интересно. Первая цифра подскажет вам, почему радиоинженерам не нужно сильно беспокоиться о фотонах! Второе число говорит вам, почему наш глаз никогда не может «считать фотоны», даже в едва различимом свете.
(a) Количество фотонов, испускаемых в секунду средневолновым передатчиком мощностью 10 кВт, излучающим радиоволны с длиной волны 500 м.
(b) Количество фотонов, попадающих в зрачок нашего глаза в секунду, что соответствует минимальной интенсивности белого света, которую мы, люди, можем воспринимать (~10−10Wm−2). Примем площадь зрачка около 0,4 см2, а среднюю частоту белого света около 6×1014 Гц
639287861
Передатчик мощностью 1000 Вт работает на частоте 880 кГц. Количество фотонов, испускаемых в секунду, равно
642677296
Радиопередатчик работает на частоте 880 кГц и мощности 10 кВт. Количество фотонов, испускаемых в секунду, равно 9.0003
642978238
Передатчик отношения работает на частоте 880 кГц и мощности 10 кВт. Количество фотонов, испускаемых в секунду:
643093472
Text Solution
Передатчик мощностью 1000 Вт работает на частоте 880 кГц. Количество фотонов, испускаемых в секунду Is
643185847
Радиопередатчик работает на частоте 880 кГц и мощности 10 кВт. Количество фотонов, испускаемых в секунду, равно
6439
Радиопередатчик работает на частоте 880 кГц и мощности 10 кВт.
Количество испускаемых фотонов в секунду:
645750707
Текст Решение
Радиопередатчик работает на частоте 880 кГц и мощности 10 кВт. Количество фотонов, испускаемых в секунду, составляет
646007958
Text Solution
880 िलो वाट शक्ति पर एक ट्रांसमीटर कार्य करता हऍिै ४ऍि पऍि
646511135
Текстовое решение
Гл. 16 задач — University Physics Volume 2
Проблемы
16.1
Уравнения Максвелла и электромагнитные волны
33.
Показать, что магнитное поле на расстоянии r от осей двух круглых параллельных пластин, создаваемое размещением заряда Q ( t ) на пластинах, равно
Bind=μ02πrdQ(t)dtBind=μ02πrdQ(t )дт.
34.
Выразите ток смещения в конденсаторе через емкость и скорость изменения напряжения на конденсаторе.
35.
Разность потенциалов V(t)=V0sinωtV(t)=V0sinωt поддерживается на плоском конденсаторе емкостью C , состоящем из двух круглых параллельных пластин. Тонкий провод с сопротивлением 90 129 Ом 90 130 соединяет центры двух пластин, обеспечивая утечку заряда между пластинами во время их зарядки.
(a) Получите выражения для тока утечки Ires(t)Ires(t) в тонком проводе. Используйте эти результаты, чтобы получить выражение для тока Ireal(t)Ireal(t) в проводах, подключенных к конденсатору.
(б) Найдите ток смещения в пространстве между пластинами по изменению электрического поля между пластинами.
(c) Сравните Ireal(t)Ireal(t) с суммой тока смещения Id(t)Id(t) и тока резистора Ires(t)Ires(t) между пластинами и объясните, почему наблюдаемая зависимость можно было бы ожидать.
36.
Предположим, что конденсатор с плоскими пластинами, показанный ниже, накапливает заряд со скоростью 0,010 Кл/с.
Чему равно индуцируемое магнитное поле на расстоянии 10 см от конденсатора?
37.
Разность потенциалов В ( t ) между параллельными пластинами, показанными выше, мгновенно увеличивается со скоростью 107 В/с. 107 В/с. Каков ток смещения между пластинами, если расстояние между пластинами 1,00 см, а их площадь 0,200 м20,200 м2?
?
38.
Конденсатор с плоскими пластинами имеет площадь пластин A=0,250 м2A=0,250 м2 и расстояние между ними 0,0100 м. Какой должна быть угловая частота ωω при напряжении V(t)=V0sinωtV(t)=V0sinωt при V0=100VV0=100В, чтобы между пластинами возник максимальный индуцированный ток смещения 1,00 А?
39.
Напряжение на пластинчатом конденсаторе площадью A=800см2A=800см2 и расстоянием между ними d=2ммd=2мм изменяется синусоидально как V=(15мВ)cos(150t)V=(15мВ)cos(150t), где t находится в секундах.
Найдите ток смещения между пластинами.
40.
Напряжение на пластинчатом конденсаторе площадью А и расстоянием d изменяется во времени t как V=at2V=at2, где a — постоянная величина. Найдите ток смещения между пластинами.
16.2
Плоские электромагнитные волны
41.
Если бы Солнце внезапно погасло, мы бы не узнали об этом, пока его свет не перестанет приходить. Как долго это будет, учитывая, что Солнце находится на расстоянии 1,496 × 1011 м и 1,496 × 1011 м?
42.
Какова максимальная напряженность электрического поля в электромагнитной волне, которая имеет максимальную напряженность магнитного поля 5,00×10-4 Тл5,00×10-4 Тл (примерно в 10 раз больше магнитного поля Земли)?
43.
Электромагнитная волна имеет частоту 12 МГц. Какова его длина волны в вакууме?
44.
Если напряженности электрического и магнитного полей изменяются во времени синусоидально на частоте 1,00 ГГц и равны нулю при t=0t=0, то E=E0sin2πftE=E0sin2πft и B=B0sin2πftB=B0sin2πft. а) Когда в следующий раз напряженность поля станет равной нулю? б) Когда они достигают своего наибольшего отрицательного значения? в) Сколько времени им нужно, чтобы совершить один цикл?
45.
Электрическое поле электромагнитной волны, распространяющейся в вакууме, описывается следующей волновой функцией: 9
, где k — волновое число в рад/м, x — в м, t — в с.
Найдите следующие величины:
(а) амплитуда
(б) частота
(в) длина волны
(г) направление распространения волны
(д) связанное с ней магнитное поле волны
46.
Плоская электромагнитная волна с частотой 20 ГГц движется в положительном направлении оси y , так что ее электрическое поле направлено вдоль оси z . Амплитуда электрического поля 10 В/м. Начало времени выбрано так, чтобы при t=0t=0 электрическое поле имело значение 10 В/м в начале координат. а) Напишите волновую функцию, которая будет описывать волну электрического поля. (b) Найдите волновую функцию, которая будет описывать соответствующую волну магнитного поля.
47.
Следующее представляет электромагнитную волну, бегущую в направлении положительной оси y : Ex=0;Ey=E0cos(kx−ωt);Ez=0Bx=0;By=0;Bz=B0cos(kx− ωt)Ex=0;Ey=E0cos(kx−ωt);Ez=0Bx=0;By=0;Bz=B0cos(kx−ωt).
Волна проходит через широкую трубу круглого сечения радиусом R , ось которой проходит вдоль оси y -. Найдите выражение для тока смещения через трубку.
16,3
Энергия, переносимая электромагнитными волнами
48.
Находясь на улице в солнечный день, учащийся держит большую выпуклую линзу радиусом 4,0 см над листом бумаги, чтобы создать на бумаге яркое пятно радиусом 1,0 см, а не резкое изображение. Во сколько раз электрическое поле в ярком пятне света связано с электрическим полем солнечного света, покидающего сторону линзы, обращенную к бумаге?
49.
Плоская электромагнитная волна распространяется на север. В один момент его электрическое поле имеет величину 6,0 В/м и направлено на восток. Каковы величина и направление магнитного поля в этот момент? 9.
Напишите уравнения для связанного магнитного поля и вектора Пойнтинга.
51.
Радиостанция вещает на частоте 760 кГц. В приемнике на некотором расстоянии от антенны максимальное регистрируемое магнитное поле электромагнитной волны составляет 2,15×10-11Тл2,15×10-11Тл.
(а) Каково максимальное электрическое поле? б) Какова длина волны электромагнитной волны?
52.
Нить накала в прозрачной лампе накаливания излучает видимый свет мощностью 5,00 Вт. Смоделируйте стеклянную часть лампы как сферу радиусом r0=3,00 см r0=3,00 см и рассчитайте количество электромагнитной энергии от видимого света внутри лампочка.
53.
На каком расстоянии лампочка мощностью 100 Вт излучает свет такой же интенсивности, как лампочка мощностью 75 Вт на расстоянии 10 м? (Предположим, что оба имеют одинаковую эффективность преобразования электрической энергии в цепи в излучаемую электромагнитную энергию.)
54.
Лампа накаливания излучает только 2,6 Вт своей мощности в виде видимого света. Чему равно среднеквадратичное электрическое поле излучаемого света на расстоянии 3,0 м от лампы?
55.
Лампочка мощностью 150 Вт излучает 5% своей энергии в виде электромагнитного излучения. Какова величина среднего вектора Пойнтинга на расстоянии 10 м от луковицы?
56.
Небольшой гелий-неоновый лазер имеет выходную мощность 2,5 мВт. Какова электромагнитная энергия в 1,0 м длины луча?
57.
В верхних слоях атмосферы Земли усредненный по времени вектор Пойнтинга, связанный с солнечным светом, имеет величину около 1,4 кВт/м2.1,4 кВт/м2.
а) Каковы максимальные значения электрического и магнитного полей для волны такой интенсивности? б) Какова полная мощность, излучаемая солнцем? Предположим, что Земля находится на расстоянии 1,5×1011м1,5×1011м от Солнца и что солнечный свет состоит из электромагнитных плоских волн. 9, где B0=5,00×10-10TB0=5,00×10-10T и k=3,14×10-2м-1.k=3,14×10-2м-1.
(a) Напишите выражение для электрического поля, связанного с волной. б) Каковы частота и длина волны? в) Чему равен ее средний вектор Пойнтинга?
59.
Какова интенсивность электромагнитной волны с пиковой напряженностью электрического поля 125 В/м?
60.
Предположим, что гелий-неоновые лазеры, обычно используемые в студенческих физических лабораториях, имеют выходную мощность 0,500 мВт. (а) Если такой лазерный луч проецируется на круглое пятно диаметром 1,00 мм, какова его интенсивность? (b) Найдите пиковую напряженность магнитного поля. в) Найдите пиковую напряженность электрического поля.
61.
Радиопередатчик AM передает мощность 50,0 кВт равномерно во всех направлениях. (a) Предполагая, что все радиоволны, падающие на землю, полностью поглощаются и что нет поглощения атмосферой или другими объектами, какова интенсивность на расстоянии 30,0 км? ( Подсказка: Половина мощности будет распределена по площади полушария.) (b) Какова максимальная напряженность электрического поля на этом расстоянии?
62.
Предположим, что максимальная безопасная интенсивность микроволн для воздействия на человека принята равной 1,00 Вт/м21,00 Вт/м2. (a) Если радиолокационная установка излучает 10,0 Вт микроволн (кроме тех, которые излучаются ее антенной) равномерно во всех направлениях, на каком расстоянии вы должны находиться, чтобы подвергнуться воздействию интенсивности, которая считается безопасной? Предположим, что мощность распространяется равномерно по площади сферы без усложнений от поглощения или отражения. б) Какова максимальная напряженность электрического поля при безопасной напряженности? (Обратите внимание, что ранние радарные устройства пропускали больше, чем современные. Это вызывало идентифицируемые проблемы со здоровьем, такие как катаракта, у людей, которые работали рядом с ними.)
63.
Антенна университетской спутниковой связи диаметром 2,50 м принимает телевизионные сигналы с максимальной напряженностью электрического поля (для одного канала) 7,50 мкВ/м7,50 мкВ/м (см.
ниже). а) Какова интенсивность этой волны? б) Какова мощность, принимаемая антенной? (c) Если находящийся на орбите спутник равномерно вещает на площади 1,50×1013 м21,50×1013 м2 (большая часть Северной Америки), какую мощность он излучает?
64.
Можно сконструировать лазеры, которые производят электромагнитную волну чрезвычайно высокой интенсивности в течение короткого времени, называемые импульсными лазерами. Они используются, например, для инициирования ядерного синтеза. Такой лазер может генерировать электромагнитную волну с максимальной напряженностью электрического поля 1,00×1011 В/м1,00×1011 В/м за время 1,00 нс. а) Какова максимальная напряженность магнитного поля в волне? б) Какова интенсивность луча? в) Какую энергию он выделяет на площади 1,00 мм21,00 мм2?
16,4
Импульс и радиационное давление
65.
Лампа мощностью 150 Вт излучает 5% своей энергии в виде электромагнитного излучения.
Каково давление излучения на поглощающую сферу радиусом 10 м, окружающую колбу?
66.
Какое давление оказывает свет, равномерно излучаемый во всех направлениях лампой накаливания мощностью 100 Вт, на зеркало, находящееся на расстоянии 3,0 м, если мощность 2,6 Вт излучается в виде видимого света?
67.
Микроскопическая сферическая пылинка радиусом 2 мкм2 мкм и массой 10 мкг10 мкг движется в космическом пространстве с постоянной скоростью 30 см/сек. Волна света падает на него с направления, противоположного его движению, и поглощается. Если предположить, что частица ускоряется против движения равномерно до нулевой скорости за одну секунду, какова средняя амплитуда электрического поля в свете?
68.
Сферический шарик из пенопласта радиусом 2 мм и массой 20 мкг 20 мкг должен быть подвешен под действием радиационного давления в вакуумной трубке в лаборатории.
Какой интенсивности потребуется, если свет полностью поглощается шариком?
69.
Предположим, что S→avgS→avg для солнечного света в точке на поверхности Земли составляет 900 Вт/м2900 Вт/м2. (a) Если солнечный свет падает перпендикулярно на воздушного змея с отражающей поверхностью площадью 0,75 м20,75 м2, какова средняя сила, действующая на воздушного змея из-за радиационного давления? (b) Как повлияет на ваш ответ, если материал воздушного змея черный и поглощает весь солнечный свет?
70.
Солнечный свет достигает земли с интенсивностью около 1,0 кВт/м21,0 кВт/м2. Загорающий имеет площадь поверхности тела 0,8 м20,8 м2, обращенную к солнцу, лежа на шезлонге в ясный день. а) сколько энергии прямого солнечного света достигает кожи загорающего в секунду? б) Какое давление оказывает солнечный свет, если он поглощается?
71.
Предположим, что сферическая частица массой m и радиусом R в пространстве поглощает свет интенсивностью I за время t .
а) Какую работу совершает радиационное давление, чтобы вывести частицу из состояния покоя за то время, пока она поглощает свет? (b) Сколько энергии, переносимой электромагнитными волнами, поглощается частицей за это время в зависимости от лучистой энергии, падающей на частицу?
16,5
Электромагнитный спектр
72.
Сколько атомов гелия, каждый с радиусом около 31 пм, нужно поместить встык, чтобы длина волны равнялась одной длине волны синего света 470 нм?
73.
Если вы хотите обнаружить детали размера атомов (около 0,2 нм) с помощью электромагнитного излучения, оно должно иметь длину волны примерно этого размера. а) Какова его частота? б) Какой это может быть тип электромагнитного излучения?
74.
Найдите диапазон частот видимого света, учитывая, что он охватывает длины волн от 380 до 760 нм.
75.
(a) Рассчитайте диапазон длин волн для AM-радио, учитывая его диапазон частот от 540 до 1600 кГц. (b) Сделайте то же самое для диапазона частот FM от 88,0 до 108 МГц.
76.
Радиостанция WWVB, управляемая Национальным институтом стандартов и технологий (NIST) из Форт-Коллинза, штат Колорадо, на низкой частоте 60 кГц передает сигнал синхронизации времени, диапазон которого охватывает всю континентальную часть США. Время сигнала синхронизации контролируется набором атомных часов с точностью 1×10-12 с, 1×10-12 с и повторяется каждую 1 минуту. Сигнал используется для таких устройств, как радиоуправляемые часы, которые автоматически синхронизируются с ним в заданное местное время. Длинноволновый сигнал WWVB имеет тенденцию распространяться близко к земле.
(a) Рассчитайте длину волны радиоволн от WWVB.
(b) Оцените ошибку, которую время прохождения сигнала вызывает при синхронизации радиоуправляемых часов в Норфолке, штат Вирджиния, которые находятся в 1570 милях (2527 км) от Форт-Коллинза, штат Колорадо.
77.
Уличный блок WiFi для зоны пикника имеет выходную мощность 100 мВт и радиус действия около 30 м. Какая выходная мощность уменьшит его дальность до 12 м при использовании с теми же устройствами, что и раньше? Предположим, что на пути нет препятствий и микроволны просто поглощаются землей.
78.
7 . Приставка «мега» (M) и «кило» (k), когда речь идет об объемах компьютерных данных, относятся к коэффициентам 1024 или 210210 , а не 1000 для префикса кило , и 10242=22010242=220, а не чем 1 000 000 для префикса Mega (M). Если беспроводной (WiFi) маршрутизатор передает данные со скоростью 150 Мбит/с, сколько это бит в секунду в десятичной арифметике?
79.
Пользователь компьютера обнаружил, что его беспроводной маршрутизатор передает данные со скоростью 75 Мбит/с (мегабит в секунду).
Сравните среднее время передачи одного бита данных с разницей во времени между сигналом Wi-Fi, достигающим сотового телефона наблюдателя напрямую, и сигналом, отраженным от стены на расстоянии 8,00 м от наблюдателя.
80.
(a) Идеальный размер (наиболее эффективный) для широковещательной антенны с одним концом на земле составляет одну четвертую длины волны (λ/4λ/4) излучаемого электромагнитного излучения. Если новая радиостанция имеет такую антенну высотой 50,0 м, то на какой частоте она вещает наиболее эффективно? Это в диапазоне AM или FM? (b) Обсудите аналогию основной резонансной моды столба воздуха, замкнутого с одного конца, с резонансом токов на антенне, длина волны которых составляет одну четвертую от их длины.
81.
Какова длина волны (а) рентгеновского излучения с частотой 2,0×1017 Гц?2,0×1017 Гц? (b) Желтый свет частотой 5,1×1014 Гц?5,1×1014 Гц? (c) Гамма-лучи с частотой 1,0×1023 Гц?1,0×1023 Гц?
82.
Для красного света λ=660nmλ=660nm, что такое f , ωω и k ?
83.
Радиопередатчик излучает плоские электромагнитные волны, максимальное электрическое поле которых в определенном месте составляет 1,55×10-3 В/м. 1,55×10-3 В/м. Какова максимальная величина осциллирующего магнитного поля в этом месте? Как оно соотносится с магнитным полем Земли?
84.
(a) Две микроволновые частоты, разрешенные для использования в микроволновых печах: 915 и 2450 МГц. Вычислите длину волны каждого из них. (b) Какая частота приведет к более близкому расположению горячих точек в пищевых продуктах из-за интерференционных эффектов?
85.
Во время нормального сокращения сердце создает максимальный потенциал 4,00 мВ на расстоянии 0,300 м грудной клетки человека, создавая электромагнитную волну частотой 1,00 Гц.
Добавить комментарий