Затухаючі коливання в контурі.
Порівнюючи коливання в коливальному контурі з механічними коливаннями (наприклад, пружинного маятника), бачимо, що індуктивність котушки виконує таку ж роль, як і маса в пружинному маятнику (L 
m):
; 
.
Бачимо, що коефіцієнт жорсткості k для пружинного маятника в контурі "виконує роль" величини 1/С (k 1/C), це дозволяє записати формулу для періоду коливань у коливальному контурі: оскільки 
; а k 1/C, L m, то 
, або
. (5.2.1)
Формула (5.2.1) називається формулою Томсона. Перетворення енергії в коливальному контурі приводить до зміни величини заряду, сили струму і напруги за законом синуса або косинуса. Тому такі електромагнітні коливання є гармонічними. Знайдемо рівняння, що описує вільні електромагнітні коливання в контурi.
Знаючи період, можна визначити і власну частоту:
- частота вільних електромагнітних коливань в контурі; n- вимірюють у герцах (Гц); 1 Гц відповідає одному електромагнітному коливанню за 1 с.
Відкритий коливальний контур.
Електромагнітна хвиля — це процес поширення в просторі з часом вільного електромагнітного поля, в якому напруженість електричного і індукція магнітного полів змінюється періодично.
Оскільки в електромагнітній хвилі 
і 
змінюються у взаємно перпендикулярних площинах, перпендикулярних до напряму їх поширення (мал. 3), електромагнітна хвиля є поперечною хвилею.
Мал.3
Будь-яке коло змінного струму випромінює енергію. Однак звичайний коливальний контур випромінює вкрай слабко. Це відбувається з двох причин:
|
|
|
1) недостатньо висока частота (інтенсивність випромінювання пропорційна частоті в четвертому ступені);
2) хвилі, випромінювані різними ділянками контуру, перебувають у протифазі й гасять одна одну.
Контур, який не випромінює у простір електричної енергії, називається, закритим.
Щоб зробити випромінювання більш інтенсивним, потрібно суттєво підвищити частоту. Якщо робити висновки на підставі формули 
, для цього треба зменшити L і С. Видалення котушки індуктивності й розміщення пластин конденсатора веде до різкого збільшення частоти. Щоб коливальний контур добре випромінював електромагнітні хвилі необхідно збільшити об'єм простору, в якому відбувається утворення електромагнітного поля. Для цього контур необхідно розгорнути (зробити відкритим), чого найпростіше досягти розсуванням пластин конденсатора на максимально можливу відстань. Послідовні фази одержання такого відкритого коливального контуру показано на мал. 1
мал.1
На мал. 1 , в зображено відкритий коливальний контур (вібратор Герца). Ємність та індуктивність вібратора Герца малі, тому частота коливань велика. В розгорнутому (відкритому) контурі електричне поле заповнює весь навколишній простір, і зміна цього поля з часом створює змінне у просторі магнітне поле, яке в свою чергу створює змінне електричне поле. Обидва ці процеси взаємозв'язані і утворюють електромагнітну хвилю, яка поширюється в просторі. Наявність на кінцях вібратора пластин необов'язкова. Вібратор є найпростішим випромінювачем електромагнітних хвиль. Коливальний процес у відкритому коливальному контурі (вібраторі) відбувається аналогічно процесу в закритому коливальному контурі. За допомогою коливального контуру можна дістати електромагнітне випромінювання необхідної потужності, не розсовуючи обкладок конденсатора. З цією метою один бік контуру слід заземлити, а до другого підключити натягнутий вертикально провід, залишивши його верхній кінець вільним (мал. 1.1). В результаті змінні електричне і магнітне поля охоплюють простір між вертикальним проводом і землею і потужність випромінювання такого контуру сильно зростає. Такий пристрій називають антеною, а коливальний контур, забезпечений антеною, — відкритим.
|
|
|
мал. 1.1
Для безперервного випромінювання у простір електромагнітних хвиль вібратором чи антеною необхідно створювати в них незатухаючі електромагнітні коливання. Це можна зробити, здійснивши індуктивний зв'язок між вібратором і котушкою індуктивності високочастотного генератора (мал. 1.2).
|
|
|
мал. 1.2 мал. 1.3.
У вібраторі індуктуватиметься струм високої частоти, яка збігається з частотою коливань струму в генераторі. Амплітуда коливань у вібраторі буде найбільшою, якщо частота власних коливань збігатиметься з частотою генератора (резонанс). При цьому буде максимальною й інтенсивність випромінюваних вібратором електромагнітних хвиль. Тому завжди добиваються, щоб вібратор був настроєний у резонанс з генератором електричних коливань.
Отже, щоб дістати інтенсивні електромагнітні хвилі, необхідно мати генератор незатухаючих коливань і випромінювач хвиль (вібратор або антену). Випромінювач має бути якимсь чином зв'язаний з генератором (наприклад, індуктивне), щоб електричні коливання від генератора передавались до нього.
Приймання електромагнітних хвиль здійснюється за допомогою таких самих відкритих коливальних контурів — вібраторів або антен, подібних до випромінювального контуру (мал. 1.3). Під дією змінного електричного поля електромагнітної хвилі у приймальному контурі виникають електромагнітні коливання. Для доброго приймання необхідно, щоб приймальний коливальний контур був настроєний у резонанс з передавальним контуром, тобто що власна частота коливань контуру приймальної антени була близькою до частоти коливань контуру передавальної антени. Настройка приймального контуру в резонанс здійснюється конденсатором змінної ємності або котушкою змінної індуктивності.
|
|
|
Дата добавления: 2019-03-09; просмотров: 834; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!