Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| Гл. VI. Электромагнитные волны
когда разноименные заряды на обеих его половинах наибольшие. В этот момент электрическое поле вблизи вибратора наибольшее, а магнитного поля нет, так как нет тока. С этого момента начина- ется перетекание зарядов от + к −, т. е. возникает ток, который р а з р я ж а е т вибратор (рис. 118, б). Ток все усиливается (вме- сте с ним нарастает магнитное поле) и через четверть периода достигает максимума. К этому моменту вибратор полностью раз- ряжен и электрического поля вблизи вибратора нет (рис. 118, в). Продолжая течь в том же направлении (на рисунке — сверху вниз), ток п е р е з а р я ж а е т вибратор: положительный заряд накапливается внизу, отрицательный — наверху (рис. 118, г). Рис. 118. Колебания заряда и тока в вибраторе Ток постепенно ослабевает и к концу второй четверти периода снова доходит до нуля. Тока (и магнитного поля) в этот момент опять нет, а заряды (и электрическое поле) достигают наиболь- шего значения, но с измененным знаком, — вибратор п е р е з а- Гл. VI. Электромагнитные волны 145
р я д и л с я (рис. 118, д). В следующие полпериода описанный процесс повторяется, но с противоположным направлением тока (рис. 118, е–з). В результате к концу периода восстанавливается исходное состояние, показанное на рис. 118, а. Таким образом, колебания заряда и тока в вибраторе проис- ходят так же, как колебания заряда и тока в электрическом кон- туре (§ 27). Различие состоит лишь в том, что в случае контура электрическое поле (а следовательно, электрическую энергию) можно было считать с о с р е д о т о ч е н н ы м в конденсаторе, а магнитное поле (и магнитную энергию) — в катушке, тогда как в случае вибратора электрическое и магнитное поля р а с п р е- д е л е н ы вокруг всего вибратора. Так же обстоит дело при пе- реходе от колебаний пружинного маятника к струне: в маятнике потенциальная энергия с о с р е д о т о ч е н а в деформированной пружине, а кинетическая — в движущемся грузе. В струне же как та, так и другая энергии р а с п р е д е л е н ы по всей струне. Мы видим, что в любой момент времени ток в вибраторе хотя и различен по силе в разных точках, но во всех точках т е ч е т в о д н у с т о р о н у. Здесь нет участков с противофазными ко- лебаниями тока. Далее, колебания зарядов на обеих половинках вибратора противофазны (так как заряды разноименны), но зато концы вибратора, на которых находятся пучности зарядов, уже не близки друг к другу, а разведены на расстояние в полволны. Именно по этим причинам вибратор (и вообще открытые цепи — антенны) излучает электромагнитные волны гораздо лучше, чем колебательный контур. Отсюда ясно, почему любой современный радиопередатчик обязательно содержит, кроме генератора незатухающих электри- ческих колебаний, еще и ту или иную незамкнутую проволочную цепь — а н т е н н у. Антенна и является самим излучателем волн, играя такую же роль, как резонансный ящик для камер- тона или дека музыкального инструмента для струны. В зависи- мости от назначения передатчика различны схемы генераторов, их мощности, длина волны, устройство антенны и т. п., но суще- ство дела не меняется: во всяком передатчике имеется генератор незатухающих колебаний, связанный с открытой излучающей цепью — антенной (§§ 60, 61). Излучаемая антенной энергия пропорциональна мощности электри- ческих колебаний в ней, т. е. квадрату амплитуды этих колебаний. Естественно поэтому увеличивать амплитуду колебаний в антенне, воспользовавшись для этого настройкой антенны в резонанс на частоту генератора. В случае простого вибратора для этого достаточно сделать его длину равной половине длины волны, соответствующей частоте
146 Гл. VI. Электромагнитные волны генератора. Но этот способ пригоден, очевидно, лишь до тех пор, пока речь идет о не слишком длинных волнах. Для волн в десятки метров и более приходится идти на то, что антенна короче полуволны, а настройку ан- тенны в резонанс осуществлять включением в антенну дополнительной катушки индуктив- ности. Одновременно эта катушка может быть использована для связи антенны с генератором (рис. 119). Заземление нижнего конца антен- ны также равносильно ее удлинению (примерно Рис. 119. Схема радиопередатчика: антенна 1 индуктивно связана через «удлинительную» катушку 2 с колебательным контуром 3 гене- ратора. Нижний конец антенны заземлен вдвое). Поэтому заземление антенн широко применяется для волн более длинных, чем метровые. Рис. 120. Излучение простой
вертикальной антенны во все стороны одинаково Рис. 121. Двойная синфазная ан- тенна сильно излучает по на- правлениям OA и OB и не излу- чает по направлениям OC и OD Придавая антеннам различную форму, можно получать от них направленное излучение. Так, например, простая вертикальная антенна излучает по всем горизонтальным направлениям одинаково (рис. 120). Антенна же, состоящая из двух вертикальных проводов, колебания в которых совершаются в одинаковой фазе, а расстояние между ко- торыми равно полуволне, вследствие интерференции сильно излучает в направлениях, перпендикулярных к плоскости проводов (рис. 121), и практически не излучает в их плоскости.
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|