25. Elektromagnetické vlnenie
25. Elektromagnetické vlnenie
- vznik elektromagnetického vlnenia – je vlnenie skladajúce sa z
2 častí : 1)elektrickej
2) magnetickej
- jeho zdrojom je elektromagnetický
oscilátor (napr. zdroj striedavého prúdu) => energia sa prenáša zo zdroja do prostredia
k zdroju elektromagnetického
vlnenia je pripojený rad oscilačných obvodov, ktoré sú navzájom pospájané väzbou => kmitanie vynútené v jednom oscilačnom obvode sa
prostredníctvom väzby prenáša do ďalšieho oscilačného obvodu => vedením sa šíri elektromagnetická vlna - elektrická
zložka vlny – je opísaná intenzita elektrického poľa E, ktorá kmitá (no v rôznych miestach vedenia je intenzita iná)
E = E m . sin . 2π . ( t/ T – x / λ )
- E m – maximálna
hodnota, ktorú môže intenzita pozdĺž celého vedenia dosiahnuť
- t , x – určujú čas a miesto vo vedení kde
určujeme hodnotu intenzity
- T , λ – určujú periódu a vlnovú dĺžku šíriacej sa elektromagnetickej vlny
- magnetická zložka vlny – je opísaná indukciou B magnetického pola, ktorá kmitá (v dôsledku zmeny elektrického
pola – elektromagnetická indukcia)
B = B m . sin . 2π . ( t/ T – x / λ )
- vektory B a E
kmitajú vo fáze v každom okamihu na seba kolmo a zároveň kmitajú na smer šírenia sa vlnenia => elektromagnetické vlnenie je
priečne vlnenie
elektromagnetické vlnenie prenáša energiu, ale nie hmotu - energia sa neprenáša vodičmi, ale
polom => nepotrebuje prostredie
- rýchlosť elektromagnetického vlnenia – rýchlosť vo vákuu (vzduch) je 3.108
m/s => C
- C – rýchlosť svetla vo vákuu
- v každom ďalšom prostredí sa elektromagnetická vlna
šíri pomalšie
v = C / √ E r . μ r - vo vode 9x pomalšie ako vo vákuu
- E r – relatívna permitivita (elektrické vlastnosti )
- μ r - relatívna
permeabilita (magnetické vlastnosti )
- vlastnosti elektromagnetického vlnenia :
- a) v
rôznom prostredí má elektromagnetická vlna rôznu vlnovú dĺžku, vlnová dĺžka elektromagnetickej vlny je
toľkokrát menšia, koľkokrát je menšia jej rýchlosť v danom prostredí
- b) polarizácia elektromagnetickej
vlny – ak kmitá vektor E a B len v jednom smere, elektromagnetická vlna je polarizovaná
- ak v rôznych smeroch rovnako
pravdepodobne tak je nepolarizovaná
- o polarizácii sa presvedčíme tak, že vlneniu postavíme do cesty mriežku z rovnobežných
vodičov => ak sú vodiče rovnobežné so smerom výchylky vektora E, vlnenie cez mriežku prechádza, ak
mriežku skrížime o 90° => vlnenie neprechádza
- c) ohyb elektromagnetickej vlny
– vzniká ak elektromagnetické vlnenie dopadá na otvor v prekážke a je tým výraznejšie, čím porovnateľnejšie sú rozmery
prekážky s vlnovou dĺžkou (vlnenie sa dostáva aj za prekážku)
- d) odraz vlnenia – ak vlnenie dopadá na
prekážku pod určitým uhlom, tak pod tým istým uhlom sa aj odráža => zákon odrazu
- ak dopadne kolmo,
odrazí sa kolmo naspäť => vzniká stojaté vlnenie
- e) interferencia vlnenia –
vzniká ak sa do jedného bodu súčasne dostanú dve elektromagnetické vlny – amplitúda výsledného vlnenia závisí od dráhového rozdielu
zložiek
Δd = 2k . λ /2 => max.
Δd = (2k + 1) . λ /2 => min.
- stojaté elektromagnetické vlnenie – vzniká vo vedení, ak sa elektromagnetické vlnenie na jeho konci odrazí
napätie a prúd sú fázovo posunuté o π/2 => ak má napätie
uzol, prúd tam má kmitanie a naopak - na konci vedenia má napätie kmitňu a prúd uzol => na konci vedenia je napätie
maximálne a prúd je nulový
- energia elektrického pola sa mení na energiu magnetického pola a naopak, keď je
prúd maximálny celá energia je vo forme magnetického pola a keď je napätie maximálne, celá energia je vo forme elektrického
pola
- energia sa pri elektromagnetickom vlnení neprenáša
- vektory E a B sú fázovo posunuté o π/2
elektromagnetický dipól – ak sa elektromagnetické vlnenie šíri dvojvodičovím vedením, elektromagnetická
energia je sústredená hlavne medzi vodičmi - ak chceme aby sa dostala do priestoru, vyhneme konce vedenia do smeru kolmého na vedenie (vo
vzdialenosti λ/4 od konca vedenia => vzniká elektromagnetický dipól )
v elektromagnetickom dipóle vzniká stojaté
vlnenie => napätie má na koncoch dipólu kmitňu a v strede dipólu uzol, prúd má na koncoch uzol a v strede kmitňu => dipól
vyžaruje do prostredia elektromagnetickú energiu, teda je to otvorený oscilátor - najviac energie vyžaruje v smere kolmo na os dipólu (
vo vodorovnom smere)
- je základnou súčiastkou vysielačov a prijímačov – anténa
- ako prijímač funguje, tak že pri dopade
elektromagnetickej energii sa nútene rozkmitá, toto kmitanie sa zosilní a upraví na zvukový alebo obrazový signál
- šírenie elektromagnetického vlnenia – závisí od jeho vlnovej dĺžky :
- a)
dlhé vlny ( λ = 1000 m)
- b) stredné vlny ( λ = 100 m)
- dlhé a stredné vlny sa využívajú
na ohyb vlnenia pozdĺž zemského povrchu => ich príjem je možný aj za veľkými prekážkami v členitom teréne
- c) krátke vlny ( λ = 10 m) – využívajú odraz od vrstvy ovzdušia od ionosféry => určité množstvo molekúl sa
vplyvom slnečného žiarenia rozštiepi v ionosfére na ióny a elektróny odkiaľ sa potom tieto vlny odrážajú do veľkých vzdialeností
- d) veľmi krátke vlny ( λ = 10cm -1m) – na ich šírenie treba pomerne rovný terén
- policajti –
radar
- takéto priamočiare šírenie sa používa pri rádiolokácii
- e) centimetrové vlny (λ = 1cm) –
družicový príjem
- teória elektromagnetického pola – elektromagnetické pole, ktoré sa elektromagnetickým
vlnením šíri skúmal Maxwell, ktorý vychádzal z poznatku, že zmena magnetického pola indukuje elektrické pole, predpokladal
že to platí aj opačne => javy, ktoré vznikajú pri zmenách elektrického a magnetického pola sú symetrické
- tento
predpoklad je základom teórie elektromagnetického pola, ktoré Maxwell zhrnul do 4 rovníc
(diferenciálnych):
1) indukované elektrické pole má uzavreté siločiary a elektrostatické pole má otvorené
siločiary => dáva do súvisu elektrické pole s jeho zdrojmi
2) magnetické pole má vždy uzavreté indukčné čiary
=> dáva do súvisu magnetické pole s jeho zdrojmi (neexistuje samostatný magnetický pól)
3) každá zmena
magnetického pola vyvolá elektrické pole
4) každá zmena elektrického pola vyvolá magnetické pole
Zones.sk – Zóny pre každého študenta