Реферат на тему: Электромагнитные волны

Оглавление:

У вас нет времени на реферат или вам не удаётся написать реферат? Напишите мне в whatsapp — согласуем сроки и я вам помогу!

В статье «Как научиться правильно писать реферат», я написала о правилах и советах написания лучших рефератов, прочитайте пожалуйста.

Собрала для вас похожие темы рефератов, посмотрите, почитайте:

Введение

Волна — это вибрация, которая распространяется в пространстве со временем. Электромагнитное излучение (электромагнитные волны) — это возмущение электрических и магнитных полей, распространяющихся в пространстве. В зависимости от длины волны различают гамма-, рентгеновские, ультрафиолетовые лучи, видимый свет, инфракрасные лучи, радиоволны и низкочастотные электромагнитные колебания. Электромагнитные волны возникают из-за того, что переменное электрическое поле генерирует переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, генерирует переменное электрическое поле.

Источники электромагнитного излучения. Несмотря на физические различия, все источники электромагнитного излучения, будь то радиоактивный материал, лампочка накаливания или телевизионный передатчик, возбуждаются при движении, ускоряя электрический заряд. Существует два основных типа источников. В «микроскопических» источниках заряженные частицы внутри атомов или молекул скачут с одного энергетического уровня на другой. Излучатели этого типа излучают гамма-, рентгеновское, ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение, а в некоторых случаях даже более длинные волны (примером последнего является линия в спектре водорода, которая соответствует длине волны 21 см и играет важную роль в радиоастрономии). Источники второго типа можно описать как макроскопические. В этих источниках свободные электроны проводников осуществляют синхронные периодические колебания. Электрическая система может иметь различные конфигурации и размеры. Системы этого типа генерируют излучение в диапазоне от миллиметров до самых длинных волн (в линиях электропередачи).

Излучение и распространение электромагнитных волн. Ускоренный электрический заряд и прерывисто изменяющиеся токи воздействуют друг на друга с определенной силой. Величина и направление этих сил зависят от таких факторов, как конфигурация и размер области, содержащей заряды и токи, величина и относительное направление токов, электрические свойства среды, а также изменения концентрации зарядов и распределения тока источника. В силу сложности постановки общей задачи закон силы не может быть представлен в виде единой формулы. Структура, известная как электромагнитное поле, которое при желании можно рассматривать как чисто математический объект, определяется распределением токов и зарядов, генерируемых данным источником, с учетом граничных условий, определяемых формой поверхности взаимодействия и свойствами материала. Когда речь идет о неограниченном пространстве, эти условия дополняются специальным граничным условием — условием излучения. Последнее гарантирует «правильное» поведение поля в бесконечности.

Экспериментальное обнаружение электромагнитных волн

Эксперименты Герца. Через десять лет после смерти Максвелла Генрих Герц доказал существование электромагнитных волн и открыл их фундаментальные свойства, предсказанные Максвеллом.

Высокочастотные колебания, которые намного выше частоты промышленного тока (50 Гц), могут быть достигнуты с помощью колеблющегося контура. И чем ниже индуктивность и емкость цепи, тем выше частота колебаний. Однако высокая частота электромагнитных волн не гарантирует интенсивного электромагнитного излучения. В своих экспериментах Герц использовал простое устройство, которое теперь называется «Герцовый вибратор». Это устройство представляет собой разомкнутый колебательный контур.

Герц получил электромагнитные волны путем возбуждения серии быстро меняющихся импульсов тока в вибраторе с помощью источника высокого напряжения. Колебания электрических зарядов в вибраторе создают электромагнитную волну. Только вибратор вызывает вибрацию не заряженной частицы, а огромного количества электронов, движущихся вместе.

Электромагнитные волны были обнаружены компанией Hertz с помощью приемного вибратора, который является точно таким же устройством, как и передающий вибратор. Под воздействием переменного электрического поля электромагнитной волны в принимающем вибраторе возбуждаются колебания тока. Когда собственная частота приемного вибратора совпадает с частотой электромагнитной волны, создается резонанс и в приемном вибраторе возникают колебания большой амплитуды. Герц обнаружил это, наблюдая за искрами в очень маленьком зазоре между проводниками принимающего вибратора.

В своих экспериментах Герц доказал:

Существование электромагнитных волн;
волны хорошо отражаются проводниками.
Формирование стоячих волн;
определяет скорость волн в воздухе (она примерно равна скорости в вакууме — в).

Изобретение радио А.С. Поповым

Александр Попов был одним из первых в России, кто изучал электромагнитные волны. Он начал с повторения экспериментов Герца, но затем нашел более надежный и чувствительный метод получения электромагнитных волн.

Попов использовал когерентность как часть, непосредственно регистрирующую электромагнитные волны (от лат. — «когерентность» — «связь»). Это устройство представляет собой стеклянную трубку с двумя электродами. Внутри трубы есть небольшие металлические опилки.

Влияние электрических разрядов на металлические порошки является основой работы когезионной установки. Все происходит следующим образом: В нормальных условиях опилки имеют тенденцию плохо соприкасаться друг с другом, так что когезионный блок имеет высокое сопротивление. Входящая электромагнитная волна генерирует высокочастотный переменный ток в поглотителе. Опилки спекаются крошечными искрами, колеблющимися между ними. В результате сопротивление ядра резко падает с 100000 до 1000 — 500 Ом, т.е. в 100-200 раз. После этого необходимо вернуть прибору высокое сопротивление. Ты можешь сделать это, просто встряхнув его. Но устройство должно работать автоматически для беспроводной связи. Поэтому А.С. Попов использовал звонок, чтобы встряхнуть когерентное устройство после получения сигнала. Сработало реле, зазвонил звонок, и когерентное устройство получило «легкое встряхивание», которое ослабило сцепление между металлической стружкой, и они были готовы к приему следующего сигнала.

А.С. Попов создал первую антенну для беспроводной связи, заземлив один из проводов сердечника и соединив другой проводом высокого уровня. Это повысило чувствительность прибора, так как при заземлении проводящая поверхность земли превращается в часть разомкнутой колебательной цепи.

Основные принципы современных радиоприемников такие же, как и у аппарата А.С. Попова. У них также есть антенна, в которой входящая волна вызывает очень слабые электромагнитные колебания. Энергия этих колебаний не используется непосредственно для приемника. Такие слабые сигналы управляют источниками энергии, питающими следующие цепи. Они управляются полупроводниковыми компонентами.

Впервые А.С. Попов продемонстрировал действие своего прибора 7 мая 1895 г. на заседании Русского физико-химического общества в Санкт-Петербурге. Это устройство стало первым в мире радиоприемником, а 7 мая — днем рождения радиостанции. И сейчас в России это празднуется ежегодно.

Изобретатель продолжал совершенствовать приемник с целью создания устройства для передачи сигналов на большие расстояния. Первоначально радиосвязь была установлена на расстоянии 250 метров. Вскоре удалось достичь дальности связи более 600 метров. Затем, во время маневров Черноморского флота в 1899 году ученый установил радиосвязь на расстоянии более 20 км, а к 1901 году дальность радиосвязи уже составляла 150 км.

Способ записи сигнала был изменен. Параллельно с вызовом был активирован телеграфный аппарат. Это позволило включить автоматическую запись сигналов.

Также была использована новая конструкция передатчика. Была создана резонансная цепь, индуктивно связанная с антенной и настроенная на резонанс. Введен искровой зазор.

Вскоре при участии А.С. Попова началось внедрение радиосвязи в ВМФ и армии России. В начале 1900 года радиосвязь успешно использовалась при проведении спасательных операций в Финском заливе. Через 5 лет после строительства первого приемника была введена в эксплуатацию обычная линия беспроводной связи на расстоянии 40 км. Продолжались эксперименты и совершенствовалось оборудование, при этом дальность радиосвязи медленно и постепенно увеличивалась. Благодаря радиограмме, которая транслировалась зимой 1900 года, удалось спасти рыбаков, которых шторм вытащил в открытое море.

В двадцатом веке радио стало самой передовой формой связи.

Принципы радиосвязи

Радиосвязь, телекоммуникации через радиоволны. Для осуществления радиосвязи радиопередатчик, включающий в себя радиопередатчик и передающий антенну, размещается в пункте приема сообщений (радиопередача), а радиоприемник, включающий в себя приемную антенну и радиоприемник, размещается в пункте приема сообщений (радиоприемник). Гармонические колебания, генерируемые в передатчике с несущей частотой, принадлежащей к определенному радиочастотному диапазону, модулируются в соответствии с передаваемым сообщением. Модулированные высокочастотные колебания представляют собой радиосигнал. От передатчика радиосигнал принимается передающей антенной, которая возбуждает или модулирует электромагнитные волны в пространстве, окружающем антенну. В результате распространения радиоволны достигают приемной антенны и вызывают в ней электрические колебания, которые в дальнейшем поступают в радиоприемник. Принимаемый радиосигнал очень слабый, так как лишь малая часть излучаемой энергии попадает на приемную антенну. Для этого радиосигнал подается в электронный усилитель в радиоприемнике, после чего он демодулируется или обнаруживается, в результате чего излучается сигнал, аналогичный сигналу, который модулирует колебания с несущей частотой в радиопередатчике. Затем этот сигнал (обычно дополнительно усиленный) преобразуется подходящим воспроизводящим устройством в сообщение, соответствующее оригиналу.

В месте приема радиосигнал может подвергаться воздействию электромагнитных колебаний от внешних радиоисточников, которые могут помешать надлежащему воспроизведению сообщения и поэтому называются радиопомехами. Негативное влияние на качество радиосвязи может также влиять на время затухания радиоволн на пути распространения от передающей антенны до приемника и одновременное распространение радиоволн на двух и более путях различной длины; в последнем случае электромагнитное поле в месте приема представляет собой сумму радиоволн, смещенных во времени друг относительно друга, помехи которых также вызывают искажение радиосигнала. Поэтому эти явления также относятся к категории помех радиоприему. Их влияние на прием радиосигналов особенно велико при общении на большие расстояния. Широкое применение радиосвязи и использование радиоволн в радиолокации, радионавигации и других областях техники требовало наличия различных систем и средств, использующих радиоволны, для одновременного функционирования без недопустимых взаимных помех — и, следовательно, их электромагнитной совместимости.

Распространение радиоволн в свободном пространстве в основном позволяет принимать радиосигналы, передаваемые лицами, для которых они не предназначены, по линиям радиосвязи (радио-мониторинг, радиослушание); в этом случае — отсутствие радиосвязи по сравнению с электрической связью по кабелям, радиоволновкам и другим закрытым линиям. Конфиденциальность телефонной и телеграфной связи, предусмотренная соответствующими правилами международных договоров, обеспечивается, в случае необходимости, применением автоматических средств классификации радиосигналов (кодирование и т.д.).

История радиосвязи. Еще в 1980-х годах Т.А. Эдисон пытался наладить радиосвязь. 19 в. (на него был выдан патент), еще до открытия Г. Герцем электромагнитных волн в 1888 году; хотя работы Эдисона не имели практического успеха, они способствовали появлению других работ, которые бы реализовали идею беспроводной связи. Hertz создал искровой излучатель электромагнитных волн, который (с различными последующими усовершенствованиями) оставался наиболее распространенным типом радиопередатчика в радиосвязи на протяжении нескольких десятилетий. Возможности и основные принципы радиосвязи были подробно описаны У. Круксом в 1892 году, но в то время не ожидалось, что эти принципы вскоре будут реализованы. По словам А.С. Попова, развитие радиосвязи началось в 1895 г., а через год Г. Маркони создал чувствительные приемники, которые хорошо подходили для осуществления сигнализации без проводов, т.е. для радиосвязи. Первая публичная демонстрация Поповым работы созданных им радиостанций и беспроводной передачи сигналов с их помощью состоялась 7 мая 1895 года, что дает основание считать эту дату действительным днем радиосвязи.

Приемник Попова был не только пригоден для радиосвязи, но (с несколькими дополнительными узлами) впервые успешно использовался (в 1895 г.) для автоматической регистрации гроз, что стало началом исследований радиопогоды. В Западной Европе и США началась активная деятельность по использованию радиосвязи в коммерческих целях. Маркони зарегистрировал компанию Wireless Telegraph and Alarm Company в Англии в 1897 году, основал Американскую компанию Wireless and Telegraph Company в 1899 году и Международную морскую коммуникационную компанию в 1900 году.

В декабре 1901 года он осуществил радио-телеграфную передачу через Атлантический океан. В 1902 г. производство радиостанций в Германии организовали А. Слаби (совместно с Г. Арко) и К. Ф. Браун. Очевидно, что большое значение радиосвязи для военных флотов и морского транспорта, а также гуманистическая роль радиосвязи (в спасении людей от кораблекрушений) стимулировали ее развитие во всем мире. На 1-й Международной административной конференции в Берлине в 1906 г. с участием представителей 29 стран были приняты Регламент радиосвязи и Международный договор, вступивший в силу 1 июля 1908 г. Регламент предусматривал выделение радиочастот различным радиослужбам.

Было создано Радиорегистрационное управление и международный сигнал бедствия SOS. На международной конференции в Лондоне в 1912 г. распределение частот было несколько изменено, правила были уточнены, и были созданы новые службы: радиомаяки, прогнозы погоды и сигналы точного времени. В соответствии с решением Радиоконференции 1927 года было запрещено использование радиопередатчиков, генерирующих излучение в широком диапазоне частот, что препятствовало эффективному использованию радиочастот; радиопередатчикам разрешалось передавать только аварийные сигналы, поскольку большой радиус действия радиоволн увеличивает вероятность их приема. С 1915 года до 1950-х годов оборудование радиосвязи в основном базировалось на электронных лампах, затем были внедрены транзисторы и другие полупроводниковые компоненты.

Линии радиосвязи используются для передачи телефонных сообщений, телеграмм, цифровых информационных потоков и факсов, а также для передачи телевизионных программ (в основном на метровом и коротковолновом диапазонах). Международные и национальные линии радиосвязи различаются по своему назначению и дальности действия. Внутренние линии делятся на междугородние (между Москвой и областными и областными центрами и между последними) и зональные (внутриобластные и внутрирайонные). Развитие линий радиосвязи планируется с учетом ввода радиосвязи в Единую автоматизированную систему связи страны.

Свойства электромагнитных волн

Электромагнитные волны обладают следующими свойствами:

Электромагнитные волны (в отличие от упругих волн) могут распространяться не только в различных средах, но и в вакууме.
скорость электромагнитных волн в вакууме является фундаментальной физической константой, которая одинакова для всех эталонных систем: s = 299 792 458 м/с ≈ 300 000 км/с
скорость электромагнитных волн в веществе ниже, чем в вакууме.
Электромагнитные волны с частотой от 400 до 800 ТГц производят ощущение света в человеке.
Электромагнитные волны являются поперечными, т.е. векторы Е и В в электромагнитной волне перпендикулярны направлению распространения.
Электромагнитные волны изгибаются вокруг препятствий, размеры которых сопоставимы с длиной волны (дифракция).
Явление помех наблюдается когерентными электромагнитными волнами.
электромагнитные волны преломляются на границе раздела между двумя средами.
Электромагнитные волны могут поглощаться веществом.
электромагнитные волны, особенно низкочастотные, хорошо отражаются от металлов.
есть дисперсия для электромагнитных волн, распространяющихся в веществе.
Когда электромагнитная волна переходит из одной среды в другую, ее частота остается неизменной.

Расстояние, на которое распространяется электромагнитная волна за период времени, равный векторам в ней, называется длиной электромагнитной волны.

Радар

Радар — метод обнаружения и локализации объектов с помощью радиоволн. Эти волны излучаются радиолокационной станцией, отражаются от объекта и возвращаются на станцию, которая анализирует их для определения точного местоположения объекта.

Приложение. Военные приложения. Одним из первых важных применений радиолокатора был поиск и дистанционное зондирование. Перед Второй мировой войной в Соединенном Королевстве была создана не очень развитая, но довольно эффективная сеть радиолокаторов ДЗЗ для защиты от внезапных воздушных ударов Ла-Манша. Более совершенные радиолокационные сети защищают Россию и Северную Америку от внезапных воздушных или ракетных ударов. Корабли и самолеты также оснащены радарами. Это позволяет направлять истребители на вражеские бомбардировщики с наземных радаров слежения или корабельных радаров перехвата, а также использовать авиационные радары на борту для обнаружения, отслеживания и уничтожения вражеской техники. Воздушно-десантные радары важны для поиска на суше или на море, а также для навигационной поддержки или слепой бомбардировки.

Радиолокационные управляемые ракеты оснащены специальными автономными устройствами для выполнения боевых задач. Для обнаружения местности на управляемой ракете имеется бортовой радар, который сканирует поверхность земли и соответствующим образом корректирует траекторию полета. РЛС, расположенная рядом с пусковой установкой, может непрерывно отслеживать полет межконтинентальной ракеты. В последние годы к традиционным радиолокационным методам и инструментам добавилось много нового, в том числе система слежения за многими целями одновременно на разных высотах и азимутах и способ усиления радиолокационных сигналов без увеличения фонового шума.

Невоенные приложения. Океанические суда используют радиолокационные системы для навигации. Береговая охрана Соединенных Штатов использует радарно-телевизионную навигационную систему «Ратан» для получения телевизионных и радиолокационных изображений во время подходов к гавани Нью-Йорка. На коммерческих траулерах радар используется для обнаружения косяков рыбы.

Радиолокационное оборудование используется в самолетах для решения ряда задач, в том числе для определения высоты относительно земли. В аэропортах один радиолокатор используется для управления воздушным движением, а другой — радиолокатор управления прилетом — помогает пилотам сажать самолет в условиях плохой видимости.

Развитие средств коммуникации

В нашей стране создается единая автоматизированная система связи. С этой целью разрабатываются различные технические средства связи, совершенствуются и находят новые применения. До недавнего времени междугородняя телефонная связь осуществлялась исключительно по воздушным линиям связи, однако грозы и возможность обледенения линий влияли на надежность связи. Сегодня все чаще используются кабельные и радиорелейные линии, и степень автоматизации связи растет. Все разнообразие систем связи, используемых в технике и повседневной жизни, особенно радиосвязи, можно свести к трем типам, которые отличаются способом передачи сигнала от передатчика к приемнику. В первом случае используется ненаправленная радиосвязь от передатчика к приемнику, типичная для радио- и телевизионных передач. Преимуществом данного способа радиосвязи является то, что он позволяет охватить практически неограниченное количество абонентов — потребителей информации. Недостатки этого метода заключаются в неэффективном использовании пропускной способности передатчика и препятствуют воздействию на другие аналогичные радиосистемы. В случаях, когда количество абонентов ограничено и нет необходимости в трансляции, сигнал передается с помощью направленных передающих антенн и специальных устройств, известных как сигнальные линии.

Телефон. Изобретение телефона принадлежит Александру Грэму Беллу, 29-летнему шотландцу. Попытки передать звуковую информацию с помощью электричества предпринимались примерно с середины 19 века. Почти первым, кто разработал идею телефонии в 1849 — 1854 годах, был механик парижского телеграфа Шарля Бурселя. Тем не менее, он не превратил свою идею в действующее устройство.

Заключение

Белл с 1873 года пытается сконструировать гармонический телеграф, который может передавать семь телеграмм одновременно (в соответствии с количеством нот в октаве) на одном проводе. Он использовал семь пар гибких металлических пластин, похожих на камеру, каждая пара настраивалась на свою частоту. Во время экспериментов 2 июня 1875 года свободный конец одной из пластин был приварен к контакту на стороне передачи проволоки. Помощник механика Белла, Томас Ватсон, который безуспешно пытался исправить неисправность, пожирал, возможно, даже используя не совсем нормативную лексику. Когда он был в другой комнате, манипулируя пластинами, Белл, с его чутко натренированным ухом, подобрал звук, который провод достигает. Самопроизвольно прикрепленный к обоим концам пластины, он превратился в гибкую мембрану и изменил свой магнитный поток над полюсом магнита. В результате электрический ток, поступающий в провод, изменяется в соответствии с колебаниями воздуха, вызванными бормотанием Ватсона. Это был момент, когда родился телефон.

Устройство называлось «труба колокольчика». Его следует вводить поочередно во рту и в ухе или использовать с двумя трубками одновременно.

Список литературы

Мякишев Г.Я. Буховцев Б.Б. Физика — 11. М. 1993.
Телеснин Р.В., курс физики В.Ф. Яковлева. Электричество. М. 1970
Б.М. Яворский, А.А. Пинский, Основы физики, т.2 М. 1981 г.