Лабораторные работы по физике: Электричество - файл ?-14.doc

Лабораторные работы по физике: Электричество
скачать (2947.9 kb.)
Доступные файлы (24):
? 3.doc111kb.03.05.2011 14:26скачать
? 4.doc66kb.03.05.2011 14:27скачать
? 5.DOC77kb.03.05.2011 14:27скачать
?-1.doc222kb.11.10.2003 14:51скачать
?-14.doc78kb.03.05.2011 14:26скачать
?-2.doc1435kb.25.02.2004 10:10скачать
?-7.doc3547kb.03.05.2011 14:26скачать
?-8 (?.410).doc1183kb.25.05.2004 11:28скачать
?-8.doc2195kb.03.05.2011 14:25скачать
?2.doc559kb.06.03.2007 11:58скачать
?3.doc89kb.06.03.2007 11:58скачать
?7.doc616kb.06.03.2007 11:58скачать
?? ?????? ?-7.doc749kb.03.05.2011 14:25скачать
??? ?-42.doc113kb.03.05.2011 14:25скачать
??? ??? 12.doc31kb.06.03.2007 11:58скачать
??? ?????? ?-2.doc76kb.15.11.2004 12:21скачать
??? ?????? ?-3.doc119kb.23.12.2004 00:47скачать
??? ?????? ?-4.doc67kb.06.04.2004 12:28скачать
??? ?????? ?-5.doc68kb.03.05.2011 14:24скачать
??? ?????? ?-6.doc72kb.22.12.2004 12:53скачать
??? ?????? ?-7.doc86kb.03.05.2011 14:24скачать
??? ?????? ?-8(1).doc89kb.03.05.2011 14:24скачать
??? ?????? ?-8.doc47kb.26.11.2004 11:31скачать
???????????? ?????? ?-1.doc155kb.03.05.2011 14:25скачать

?-14.doc

Лабораторная работа №14


«Определение длины электромагнитной волны по методу Лехера»


Лабораторная работа №14

  1. Цель работы: Определение длины электромагнитной волны и скорости ее распространения в воздухе.

  2. Приборы и принадлежности: Генератор ультрокоротких волн, установка Лехера. Датчики тока и напряжения.

  3. Введение. Основные положения теории Максвелла устанавливают следующее: а)изменяющееся во времени электрическое поле, т.е.”ток смещения” , вызывает появление магнитного поля ; б) изменяющееся магнитное поле вызывает появление вихревого электрического поля .

Если создать в ограниченном поле пространства периодически меняющееся электрическое и магнитное поле, то вокружающем пространстве возникает последовательное взаимное превращение электрического и магнитного полей, распространяющиеся с конечной скоростью.

В
этом случае электромагнитного поля является периодическим во времени и в пространстве и представляет собой электромагнитную волну. В электромагнитной волне вектор Е перпендикулярен вектору Н, оба вектора перпендикулярны вектору скорости V(E*H=E*V=H*V=0), образуя правовинтовую систему. При этом векторы Е и Н изменяются в одной фазе (рис. 14-1). Электромагнитные волны можно пролучить и в двухпроводной линии, если ее подключить к высокочастотному источнику тока (рис.14-2).

E







Рис.(14-1)




х

 Н




L















рис.(14-2)






О1 Х

О х
П
ри этом существуют два различных процесса передачи поля: с помощью токов проводимости, текущих по проводам, и при помощи тока смещения. При малой частоте генератора тока смещения можно пренебречь по сравнению с токами проводимости, и в этом случае электромагнитные явления существенно зависят от сопротивлений линии, т.е. от материала проводов. При больших частотах основную роль играют токи смещения и электрические явления определяются электромагнитными волнами. Пусть в точке О двухпроводной линии (рис. 14-2) электрическое поле изменяется по гармоническому закону Е=Еоsin ?t, где Ео-амплитуда колебаний, ?- циклическая частота, t- время. Электрическое поле будет распространяться вдоль линии и в произвольной точке D1, отстоящей от О на ростоянии х, также возникнут гармонические колебания вектора . Однако, в силу конечности скорости распространения V колебаний, колебания в точке D1, Будут запаздывать относительно колебаний в О на время ?=х/v, так что они имеют вид Е=Еоsin ?(t-x/v). Поскольку колебания Е и Н происходят в одной фазе, то для колебаний магнитного поля в точке D1 будем опять иметь H=Ho sin ?(t-x/v). Расстояние между двумя точками, в которых колебания отличаются по фазе на 2?

(например, между двумя соседними максимумами), называется длиной электромагнитной волны ?. Она ровна росстоянию, на которое распространяется волна за время одного периода колебаний Т . Поэтому имеем ?=V*T. Учитывая, что ?=2?/Т, колебания Е и Н в точке D1 можно записать в виде :
E=Eo sin 2(t/T-x/)=Eosin(t-kx), H=Ho sin(t-kx), рис.(14-1)

Где k=2/ - волновое число. Уравнение (14-1) называются уравнениями электромагнитной волны.

Бегущие электромагнитные волны возникают в бесконечно длинных линиях. Если же волны распространяются в коротких линиях, на длине которых укладывается небольшое количество длин волн, то отраженные от концов линии волны, складываясь с первоначальной волной, образуют стоячие волны. Рассмотрим результат сложения только двух волн: идущей от генератора, и отраженной от правого конца линии. Колебания в точке D1, возбуждаемые волной идущей от генератора, даются формулой (14-1) . Считая, что волна отражается без потери энергии, колебания поля отраженной волны в той же точке будет иметь вид:

E2=Eosin(t+kx-),

Где знак (+) у слагаемого kx отражает тот факт , что волна распространяется в орицательном направлении оси Ох, а угол  учитывает запаздание на фазе отраженной волны на 2/*2(l-x) из-за того ,что для возращения в точку D1 ей нужно дважды пройти этот путь (l-x) и ,кроме того, при отражении также возможно изменение фазы колебаний. Складываясь, обе волны дают результирующее поле

E=E1+E2=Eosin(t-kx)+sin(t+kx-).



Для магнитного поля будем иметь аналогичное уравнение. Согласно (14-1) в линии будут происходить гармонические колебания поля с частотой  и с начальной фазой /2. Однако амплитуда этих колебаний Е=Еоcos(kx-/2) зависит от координаты х. В точках, для которых kx-/2= ±n , где n=0,1,2,3…, амплитуда колебаний максимальна и равна 2Eo. Эти точки называются пучностями , электрического поля. Расстояние х между двумя соседними пучностями равно, очевидно, х=/k=/2 . В точках , называемых узлами электрического поля , амплитуда колебаний равна нулю. Координаты узлов можно найти из соотношения


kx-/2= ± (2n+1)?/2 , где n-целое число. Расстояние между узлами также равно ?/2, колебания электрического поля изображены на рис. (14-3).

пучность /2






2E0




Х рис.(14-3)



узел




./2

В бегущей электромагнитной волне колебания векторов Е и Н совершаются в одной фазе. В стоящей ? волне между колебаниями Е и Н существует разность фаз ?/2 и пучности электрического поля совпадают с узлами магнитного и наоборот. Это об’ясняется тем, что при отражении волны скорость V меняет знак, в следствии чего для сохранения правовинтовой ориентации тройки (E,Y,V) меняет знак один из векторов Е или Н (рис.14-4). При разомкнутой двухпроводной линии на концах образуется пучность электрического поля и узел тока (ток не идет через диэлектрик), а значит ,и электромагнитного поля , т.н. (Н) при отражении меняет фазу н

а ?.

Е Е

H V



V V H



E

Н рис.(14-4).
Если линия замкнута проводящим мостиком,то напряжение между проводами линии будет равно нулю (узел электрического поля). Амплитуда тока в проводящем мостике , напротив, будет наибольшей и на конце образуется пучность электромагнитного поля. Для того , чтобы в двухпроводной линии могли возникнуть стоящие волны , необходимо, чтобы линия имела вполне определенную длину, зависящую от частоты поля. Если линия замкнута на обоих концах, то на концах, согласно вышеуказанному, должны быть узлы электрического и пучности магнитного полей, значит длина линии L удовлетворяет соотношению L=1/2*k?, где k =1,2… Если конец линии разомкнут , то на этом конце образуется пучность напряжения, значит длина линии L удовлетворяет соотношению L=(2k-1)?|4 , k=1,2… . Колебания, которые возникают в линии L,если ее длина удовлетворяет вышеприведенным соотношениям, называются собственными колебаниями двухпроводной линии.

  1. Описание установки и теория метода. Установка Лехера состоит из двухпроводной линии малого сопротивления , замкнутой на одном конце витка ,и при помощи которых осуществляется индуктивная связь с генератором УКВ. Для нахождения узлов и пучностей электрического поля используются мостики с лампочкой накаливания и неоновой лампой соответственно. Замыкая линию мостиком с лампой накаливания и передвигая мостик да получения максимального накаливания лампочки, мы находим пучности тока (узлы электрического поля ) . Неоновая лампочка, напротив, горит ярко в пучностях напряжения электрического поля и гаснет в узлах. Для настройки линии в резонанс ее длина может изменяться при помощи трубок на конце . Такая настройка необходима лишь при исследовании разомкнутой на конце линии. При исследовании замкнутой линии настройка производится перемещением специального замыкающего мостика.

  2. Порядок выполнения работы.

А) Включить генератор УКВ и прогреть его в течении 3 мин. Линию на конце разомкнуть (снять мостик).

Б) Найти расстояние ?х между узлами электрического поля , передвигая мостик с лампочкой накаливания, отмечая по шкале координаты точек, в которых лампочка горит наиболее ярко, и вычитая последовательные значения координат. Усреднить полученные значения по всем измерениям. Найти длину волны =2х и скорость С=*, где -частота генератора (указана на генераторе).

В) Повторить опыт п.2 с неоновой лампочкой, находя координаты точек, в которых она гаснет. Предварительно установив мостик с неоновой лампочкой в положение, при котором она горит, передвигать трубки на конце линии до получения максимального накала и после этого начинать измерения.

Г) Повторить опыт п.3 при замкнутой на конце линии. Настройка линии в резонанс производится передвижением замыкающего мостика. Построить самостоятельно для каждого пункта таблицы и занести в них результаты измерений.

6.Кнтольные вопросы.

  1. Условие возникновения электромагнитных волн и их характеристика.

  2. Уравнение электромагнитной волны , длина волны, частота, волновое число.

  3. Образование стоячей волны в двухпроводной линии при рахличных условиях отражения. Собственые колебания двухпроводной линии.

  4. Уравнение стоячей волны. Узлы и пучности стоячих волн.

7.Литература.

С.Г.Калашников. Электричество. М., 1977, №229+236.




Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации