Вопрос 3.Интерференция, дифракция и поляризация механических волн.

Интерференцией называется сложение в пространстве волн, при котором образуется постоянное во времени распределение амплитуд результирующих колебаний частиц среды. Условие максимумов Амплитуда колебаний частиц среды в данной точке максимальна, если разность хода двух волн, возбуждающих колебания в этой точке, равна целому числу длин волн: Условие минимумов Амплитуда колебаний частиц среды в данной точке минимальна, если разность хода двух волн, возбуждающих колебания в этой точке, равна нечетному числу полуволн: Для образования устойчивой интерференционной картины необходимо, чтобы источники волн имели одинаковую частоту и разность фаз их колебаний была постоянной. Источники, соответствующие этим двум условиям, называются когерентными. Отклонение от прямолинейного распространения волн, или огибание волнами препятствий — называется дифракцией. Дифракция присуща любому волновому процессу, так же как и интерференция. При дифракции происходит искривление волновых поверхностей у краев препятствий. Дифракция волн проявляется особенно отчетливо в случаях, когда размеры препятствий меньше длины волны или сравнимы с ней.

Вопросы для самоконтроля

1. Что называется волной.

2. Поперечные и продольные волны.

3. Длина, амплитуда, период, фаза. Определение. Формула. Описание. График. Примеры.

4. Что называется интерференцией, дифракцией и поляризацией механических волн?

Тема 36: Звуковые волны.

План:

1. Звуковые волны.

2. Ультразвук и его применение.

Вопрос 1. Звуковые волны. Звук - это упругие волны в среде (часто в воздухе), которые невидимы, но воспринимаемые человеческим ухом (волна воздействует на барабанную перепонку уха). Звуковая волна является продольной волной сжатия и разрежения. Если создать вакуум, то будем ли мы различать звуки? Роберт Бойль в 1660 году поместил часы в стеклянный сосуд. Откачав воздух, он не услышал звука. Опыт доказывает, что для распространения звука необходима среда. Звук может также распространятся в жидкой и твердой среде. Под водой хорошо слышны удары камней. Положим часы на один конец деревянной доски. Приложив ухо к другому концу, можно ясно услышать тиканье часов. Источник звука - это обязательно колеблющиеся тела . Дело в том, что человеческое ухо воспринимает не все волны, а только те, которые создают тела, колеблющиеся с частотой от 16Гц до 20000Гц. Такие волны называются звуковыми. Колебания с частотой меньше 16Гц называется инфразвуком. Скорость звука Звуковые волны распространяются не мгновенно, а с некоторой конечной скоростью. Именно поэтому во время грозы мы сначала видим молнию, то есть свет (скорость света гораздо больше скорости звука), а затем доносится звук. Скорость звука зависит от среды: в твердых телах и жидкостях скорость звука значительно больше, чем в воздухе. С увеличением температуры среды скорость звука возрастает, с уменьшением - убывает. характеристики звука вводят специальные величины: громкость, высота и тембр звука. Громкость звука зависит от амплитуды колебаний: чем больше амплитуда колебаний, тем громче звук. Кроме того, восприятие громкости звука нашим ухом зависит от частоты колебаний в звуковой волне. Более высокочастотные волны воспринимаются как более громкие. Частота звуковой волны определяет высоту тона. Чем больше частота колебаний источника звука, тем выше издаваемый им звук хоть немного, но отличается, это и определяет тембр конкретного голоса. Эхолокация. Это способ определения местоположения тел по отраженным от них ультразвуковым сигналам. Широко применяется в мореплавании. На судах устанавливают гидролокаторы - приборы для распознавания подводных объектов и определения глубины и рельефа дна. На дне судна помещают излучатель и приемник звука. Излучатель дает короткие сигналы. Анализируя время задержки и направление возвращающихся сигналов, компьютер определяет положение и размер объекта отразившего звук.

Вопрос 2. Ультразвук и его применение. Колебания с частотой больше 20000Гц называются ультразвуком. Ультразвук – это колебания за пределами слышимости человека в упругих средах, частота таких колебаний превышает 20кГц. Применение ультразвука получило большое распространение во всех технических сферах, медицине и других областях применения. Большое распространение ультразвук получил в гидрографии, при изучении рельефов дна мировых океанов, рек и морей. Для целей изучения используются такие приборы как: эхолот и гидролокаторы. Ультразвук используется для обнаружения и определения различных повреждений в деталях машин (пустоты, трещины и др.). Прибор, используемый для этой цели называется ультразвуковым дефектоскопом. 

Ультразвук широко используется в медицине для постановки диагноза и лечения некоторых заболеваний. В отличие от рентгеновских лучей его волны не оказывают вредного влияния на ткани. Диагностические ультразвуковые исследования (УЗИ) позволяют без хирургического вмешательства распознать патологические изменения органов и тканей. 

Вопросы для самоконтроля

1. Что называется звуковыми волнами?

2. Каков диапазон частот звуковых волн?

3. В чем отличия звука от ультразвука?

4. Как мы слышим?

 

Тема 37: Электромагнитные колебания.

1. Свободные электромагнитные колебания.

2. Гармонические электромагнитные колебания в колебательном контуре.

3. Формула Томсона.

Вопрос 1. Свободные электромагнитные колебания.

Электромагнитные колебания - взаимосвязанные колебания электрического и магнитного полей. Это затухающие колебания, так как сообщенная системе энергия расходуется на нагревание и другие процессы. Вынужденные электромагнитные колебания - незатухающие колебания в цепи, вызванные внешней периодически изменяющейся синусоидальной ЭДС.

Электрические колебания - частный случай электромагнитных, когда рассматривают колебания только электрических величин. В этом случае говорят о переменных токе, напряжении, мощности и т.д.

Вопрос 2. Гармонические электромагнитные колебания в колебательном контуре. Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из катушки индуктивностью L и конденсатора электроемкостью C. Если предварительно зарядить конденсатор (рис. a), то получим колебательный контур (рис. б).1) В начальный момент времени конденсатор имеет максимальный заряд, обладает максимальной энергией W_C.2) В следующий момент времени конденсатор начинает разряжаться. В цепи появляется ток. По мере разрядки конденсатора ток в цепи и в катушке нарастает. Из-за явления самоиндукции это происходит не мгновенно. Энергия катушки W_L становится максимальной.3) Электрические заряды вновь накапливаются на конденсаторе, но обкладка конденсатора, первоначально заряженная положительно, будет заряжена отрицательно. Энергия конденсатора максимальная.4) Конденсатор разряжается, но ток протекает уже в обратном направлении. Этот процесс будет повторяться снова и снова. Возникнут электромагнитные колебания. Если отсутствуют потери (R=0), то сила тока, заряд и напряжение со временем изменяются по гармоническому закону.

Вопрос 3. Формула Томсона. Наименьший промежуток времени, в течение которого происходит переход зарядов с одной обкладки конденсатора на другую и обратно, называется периодом свободных электромагнитных колебаний.

Вопросы для самоконтроля

1. Что называется свободными электромагнитными колебаниями?

2. Что такое колебательный контур?

3. Что выражает формула Томсона?

 

Тема 38: Переменный электрический ток.

План:

1. Переменный электрический ток.

2. Резистор в цепи переменного тока.

Вопрос 1. Переменный электрический ток. Вынужденные электромагнитные колебания в электрической цепи представляют собой переменный электрический ток. Переменный электрический ток — это ток, сила и направление которого периодически меняются. Переменный ток – это электрический ток, который изменяется с течением времени по гармоническому закону. Переменный ток − электрический ток, который с течением времени t изменяет свою величину I или направление. Периодический ток − переменный ток, мгновенные значения величины I которого повторяются через равные промежутки времени T:,I=I(t)=I(t+k⋅T),где k − любое натуральное число, T − период колебаний. Переменный ток обеспечивает работу электрических двигателей в станках на заводах и фабриках, приводит в действие осветительные приборы в наших квартирах и на улице, холодильники и пылесосы, отопительные приборы и т.п. Частота колебаний напряжения в сети равна 50 Гц. Такую же частоту колебаний имеет и сила переменного тока. Это означает, что на протяжении 1 с ток 50 раз поменяет свое направление. Частота 50 Гц принята для промышленного тока во многих странах мира.

Вопрос 2. Резистор в цепи переменного тока. Пусть цепь состоит из проводников с малой индуктивностью и большим сопротивлением R (из резисторов). Например, такой цепью может быть нить накаливания электрической лампы и подводящие провода. Сопротивление R называется активным потому, что, только на нем выделяется энергия, т.е. Сопротивление элемента электрической цепи (резистора), в котором происходит превращение электрической энергии во внутреннюю энергию, называют активным сопротивлением. Итак, в цепи имеется резистор, активное сопротивление которого R, а катушка. При небольших значениях частоты переменного тока активное сопротивление проводника не зависит от частоты и практически совпадает с его электрическим сопротивлением в цепи постоянного тока.

Вопросы для самоконтроля

4. Что такое переменный ток?

5. Как ведет себя резистор в цепи переменного тока?

6. Что такое переменный электрический ток?

 

Тема 39: Резонанс в электрической цепи

План:

1. Резонанс в электрической цепи.

2. Применение резонанса.

Вопрос 1.Резонанс в электрической цепи. Резонанс наблюдается в том случае, когда собственная частота колебаний системы совпадает с частотой изменения внешней силы. Если трение мало, то амплитуда установившихся вынужденных колебаний при резонансе резко увеличивается. При механических колебаниях резонанс выражен отчетливо при малых значениях коэффициента трения . В электрической цепи роль коэффициента трения выполняет ее активное сопротивление R. Ведь именно наличие этого сопротивления в цепи приводит к превращению энергии тока но внутреннюю энергию проводника (проводник нагревается). Поэтому резонанс в электрическом колебательном контype должен быть выражен отчетливо при малом активном сопротивлении R. Сила тока при вынужденных колебаниях должна достигать максимальных значений, когда частота переменного напряжения, приложенного к контуру, равна собственной частоте колебательного контура: Резонансом в электрическом колебательном контуре называется явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний силы тока при совпадении частоты внешнего переменного напряжения с собственной частотой колебательного контура. Как и в случае механического резонанса, при резонансе в колебательном контуре создаются оптимальные условия для поступления энергии от внешнего источника в контур. Мощность в контуре максимальна в том случае, когда сила тока совпадает по фазе с напряжением. Здесь наблюдается полная аналогия с механическими колебаниями: при резонансе в механической колебательной системе внешняя сила (аналог напряжения в цепи) совпадает по фазе со скоростью (аналог силы тока). Не сразу после включения внешнего переменного напряжения в цепи устанавливается резонансное значение силы тока. Амплитуда колебаний силы тока нарастает постепенно — до тех пор, пока энергия, выделяющаяся за период на резисторе, не сравняется с энергией, поступающей в контур за это же время: Наоборот, с увеличением R максимальное значение силы тока уменьшается, и при больших R говорить о резонансе уже не имеет смысла. Зависимость амплитуды силы тока от частоты при различных сопротивлениях (R₁ < R₂ < R₃)

Вопрос 2. Применение резонанса. Явление электрического резонанса широко используется при осуществлении радиосвязи. Радиоволны от различных передающих станций возбуждают в антенне радиоприемника переменные токи различных частот, так как каждая передающая радиостанция работает на своей частоте. С антенной индуктивно связан колебательный контур (рис. 4.20). Вследствие электромагнитной индукции в контурной катушке возникают переменные ЭДС соответствующих частот и вынужденные колебания силы тока тех же частот. Но только при резонансе колебания силы тока в контуре и напряжения в нем будут значительными, т. е. из колебаний различных частот, возбуждаемых в антенне, контур выделяет только те, частота которых равна его собственной частоте. Настройка контура на нужную частоту обычно осуществляется путем изменения емкости конденсатора. В этом обычно состоит настройка радиоприемника на определенную радиостанцию. В некоторых случаях резонанс в электрической цепи может принести большой вред. Если цепь не рассчитана на работу в условиях резонанса, то его возникновение может привести к аварии. Чрезмерно большие токи могут перегреть провода. Большие напряжения приводят к пробою изоляции. Такого рода аварии нередко случались еще сравнительно недавно, когда плохо представляли себе законы электрических колебаний и не умели правильно рассчитывать электрические цепи.

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение резонанса

2. Резонанс в электрической цепи.

 

Тема 40: Генераторы электрического тока. Трансформаторы

План:

1. Генераторы электрического тока.

2. Трансформаторы.

3. Токи высокой частоты.

Вопрос 1. Генераторы электрического тока. Электрический ток вырабатывается в генераторах - устройствах, преобразующих энергию того или иного вида в электрическую энергию. К генераторам относятся гальванические элементы, электростатические машины, термобатареи, солнечные батареи и т.п. Область применения каждого из перечисленных видов генераторов электроэнергии определяется их характеристиками. Так, электростатические машины создают высокую разность потенциалов, но неспособны создать в цепи сколько-нибудь значительную силу тока. Гальванические элементы могут дать большой ток, но продолжительность их действия невелика. В генераторах механическая энергия превращается в электрическую. Их действие основано на явлении электромагнитной индукции. Для получения большого магнитного потока в генераторах применяют специальную магнитную систему, состоящую из двух сердечников, сделанных из электротехнической стали. Один из сердечников (обычно внутренний) вместе со своей обмоткой вращается вокруг горизонтальной или вертикальной оси. Поэтому он называется ротором. Неподвижный сердечник с его обмоткой называют статором. Зазор между сердечниками статора и ротора делают как можно меньшим. Этим обеспечивается наибольшее значение потока магнитной индукции. В больших промышленных генераторах вращается электромагнит, который является ротором, в то время как обмотки, в которых наводится ЭДС, уложены в пазах статора и остаются неподвижными. В маломощных генераторах магнитное поле создается вращающимся постоянным магнитом.

Вопрос 2. Трансформаторы. Впервые трансформаторы были использованы в 1878 г. русским учёным П.Н. Яблочковым для питания изобретённых им ''электрических свечей» Трансформатор состоит из замкнутого сердечника, на который надеты две (иногда и более) катушки с проволочными обмотками. Одну из обмоток, называемую первичной, подключают к источнику переменного напряжения. Вторую обмотку, к которой присоединяют «нагрузку», то есть приборы и устройства, потребляющие электроэнергию, называют вторичной. Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке. Сердечник из трансформаторной стали концентрирует магнитное поле, так, что магнитный поток существует только внутри сердечника и одинаков во всех его сечениях. В первичной обмотке, имеющей n₁ витков, полная ЭДС индукции е₁ равна n₁е. Во вторичной обмотке полная ЭДС е₂ равна n₂е, следовательно Обычно активное сопротивление обмоток трансформатора мало, и им можно пренебречь. В этом случае модуль напряжения на зажимах катушки приблизительно равен ЭДС индукции, значит: , Мгновенные значения ЭДС е₁ и е₂ изменяются синфазно (одновременно достигают максимума и одновременно проходят через нуль.) Поэтому отношение можно заменить: Величину k называют коэффициентом трансформации. При k 1, - трансформатор – понижающий.

Вопрос 3. Токи высокой частоты. Токи с частотой выше 10000 гц называют токами высокой частоты. Их получают с помощью электронных устройств. Если поместить проводник внутрь катушки, по которой течет ток высокой частоты, то в проводнике возникнут вихревые токи. Вихревые токи нагревают проводник. Влияние поля Е усиливает ток на поверхности проводника и ослабляет в середине. При достаточно большой частоте ток течет только в поверхностном слое проводника. Метод поверхностной закалки стальных изделий придумал и предложил российский ученый В. П. Вологдин. На высокой частоте индукционный ток нагревает только поверхностный слой детали. После быстрого охлаждения получается нехрупкое изделие с твердой поверхностью.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое генератор электрического тока?

2. Что такое трансформатор?

3. Какие виды трансформаторов существуют?

4. На каком токе работают трансформаторы?

Тема 41: Получение, передача и распределение электроэнергии.

План:

1. Получение, передача и распределение электроэнергии.

2. Схемы включения потребителей.

Вопрос 1. Получение, передача и распределение электроэнергии. Производство электроэнергии. Электроэнергия производится на электрических станциях зачастую при помощи электромеханических индукционных генераторов. Существует 2 основных вида электростанций — тепловые электростанции (ТЭС) и гидроэлектрические электростанции (ГЭС) — различающиеся характером двигателей, которые вращают роторы генераторов. Источником энергии на ТЭС является топливо: мазут, горючие сланцы, нефть, угольная пыль. Роторы электрогенераторов приводятся во вращение при помощи паровых и газовых турбин либо двигателями внутреннего сгорания (ДВС).Как известно, КПД тепловых двигателей увеличивается с ростом начальной температуры рабочего тела. Поэтому пар, который поступает в турбину, доводят до порядка 550 °С при давлении около 25 МПа. КПД ТЭС достигает 40 %.На тепловых электростанциях (ТЭЦ) большая часть энергии отработанного пара применяется на промышленных предприятиях и для бытовых нужд. КПД ТЭЦ может достигать 60-70 %.На ГЭС для вращения роторов генераторов применяют потенциальную энергию воды. Ро­торы приводятся во вращение гидравлическими турбинами. Мощность станции зависит от разности уровней воды, которые создаются плотиной (напора), и от массы воды, которая проходит через турбину за 1 секунду (расхода воды).Часть электроэнергии, которая потребляется в России (примерно 10 %), производится на атомных электростанциях (АЭС).Передача электроэнергии. В основном, этот процесс сопровождается существенными потерями, которые связаны с нагревом проводов линий электропередачи током. Согласно закону Джоуля-Ленца энергия, которая расходуется на нагрев проводов, является пропорциональной квадрату силы тока и сопротивлению линии, так что при большой длине линии передача электроэнергии может стать экономически невыгодной. Поэтому нужно уменьшать силу тока, что при заданной передаваемой мощнос­ти приводит к необходимости увеличения напряжения. Чем длиннее линия электропередачи, тем выгоднее применять большие напряжения (на некоторых напряжение достигает 500 кВ). Генераторы переменного тока выдают напряжения, которые не могут быть больше 20 кВ Поэтому на электростанциях ставят повышающие трансформаторы, которые увеличивают напряжение и во столько же раз уменьшают силу тока. Для подачи потребителям электроэнергии необходимого (низкого) напряжения на концах линии электропередачи ставят трансфор­маторы понижающие. Понижение напряжения обычно производится поэтапно. Использование электроэнергии. Основные потребители электроэнергии: промышленность — 70%;транспорт (электрическая тяга);бытовые потребители (освещение жилищ, электроприборы).Практически вся используемая электроэнергия переходит в механическую энергию. Практически все механизмы в промышленности приводятся в движение электродвигателями. Примерно треть электроэнергии, которая потребляется промышленностью, используется для технологических целей (электросварка, электрический нагрев и плавление металлов, электролиз и так далее).

Вопрос 2. Схемы включения потребителей. Параллельное соединение потребителей. Учет электроэнергии. Электротехническое изделие в соответствии со своим назначением потребляет (вырабатывает) активную энергию, расходуемую на совершение полезной работы. Единицей энергии в СИ служит джоуль (Дж). В практике еще находит применение внесистемная единица измерения Ватт х час (Вт х ч). Соотношение между этими единицами следующее: 1 Вт-ч=3,6 кДж или 1 Вт-с=1 Дж.В цепях периодического тока количество израсходованной или выработанной энергии измеряют индукционными или электронными электрическими счетчиками. Конструктивно индукционный счетчик представляет собой микроэлектродвигатель, каждому обороту ротора которого соответствует определенное количество электрической энергии. Потери.

Вопросы для самоконтроля

1. Расскажите об источниках электроэнергии.

2. Привести доводы за и против использования альтернативных источников энергии.

3. Объясните принцип передачи электроэнергии.

Тема 42:Электромагнитные волны.

План:

1. Электромагнитное поле как особый вид материи.
2. Электромагнитные волны.
3. Вибратор Герца.
4. Открытый колебательный контур.

Вопрос 1. Электромагнитное поле как особый вид материи. Под электромагнитным полем понимают вид материи, характеризующийся совокупностью взаимосвязанных и взаимно обусловливающих друг друга электрического и магнитного полей. Электромагнитное поле может существовать при отсутствии другого вида материи — вещества, характеризуется непрерывным распределением в пространстве (электромагнитная волна в вакууме) и может проявлять дискретную структуру (фотоны). В вакууме поле распространяется со скоростью света, полю присущи характерные для него электрические и магнитные свойства, доступные наблюдению. Электромагнитное поле оказывает силовое воздействие на электрические заряды.

Вопрос 2. Электромагнитные волны. Существование электромагнитных волн было теоретически предсказано великим английским физиком Дж. Максвеллом в 1864 году. Максвелл проанализировал все известные к тому времени законы электродинамики и сделал попытку применить их к изменяющимся во времени электрическому и магнитному полям. Он обратил внимание на ассиметрию взаимосвязи между электрическими и магнитными явлениями. 

Всякое изменение магнитного поля порождает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле, силовые линии которого замкнуты. Максвелл высказал гипотезу о существовании и обратного процесса: Изменяющееся во времени электрическое поле порождает в окружающем пространстве магнитное поле. Выводы: 1. Существуют электромагнитные волны, то есть распространяющееся в пространстве и во времени электромагнитное поле. Электромагнитные волны поперечны. 2. Электромагнитные волны распространяются в веществе с конечной скоростью – скоростью света 300000 км/с.

Вопрос 3. Вибратор Герца. Герц изготовил вибратор (излучатель) и резонатор (приёмник) электромагнитных волн. В 1888 году Герц экспериментально доказал существование предсказанных Максвеллом электромагнитных волн, распространяющихся в пространстве. Вибратор Герца представлял собой два медных прутка с насаженными на ближних концах латунными шариками. Между ними оставался зазор – искровой промежуток. К медным стержням подводился ток высокого напряжения. Чтобы улавливать излучаемые волны, Герц применил резонатор – проволочное незамкнутое кольцо с такими же, как у «передатчика» латунными шариками на концах и регулируемым искровым промежутком. Изменяя размеры и положение резонатора, ученый настраивал его на частоту колебаний вибратора. В резонаторе проскакивали маленькие искры в те самые моменты, когда происходили разряды между шариками вибратора.

Вопрос 4. Открытый колебательный контур. Электромагнитные колебания, возникшие в замкнутом контуре, в окружающее его пространство практически не излучаются. Для этих целей примеряется открытый колебательный контур, который называется антенной или вибратором. Если раздвигать пластины конденсатора, интенсивность излучения электромагнитных волн в окружающее пространство будет возрастать, а замкнутый колебательный контур превратится в открытый. При появлении в ней колебаний электрического тока вокруг антенны будут образовываться переменные магнитное и электрическое поля, создающие в совокупности электромагнитное поле. Это поле распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое электромагнитное поле?

2. Каким образом оно распространяется?

3. Что называется электромагнитной волной?

4. Что такое Вибратор Герца?

5. Что такое открытый колебательный контур.

Тема 43: Применение электромагнитных волн.

План:

1. Изобретение радио А.С. Поповым.

2. Понятие о радиосвязи.

3. Применение электромагнитных волн.

Вопрос 1. Изобретение радио А.С. Поповым. Русский ученый АС Попов стал одним из первых, кто в России решился заняться изучением электромагнитных волн. Значимой особенностью приемника Попова был способ регистрации волн, Когерер - это трубка с 2 электродами и мелкими металлическими опилками, а в оба ее конца вводились провода, которые соприкасались с этими опилками. За основу в работе когерера было положено влияние электрических разрядов на металлические порошки. Поповым была создана первая антенна, в которой он заземлил один из выводов когерера и присоединил другой к проволоке, поднятой на определенную высоту. Благодаря такой антенне удалось повысить чувствительность аппарата. В 1895 году седьмого мая А.С. Попов впервые продемонстрировал действие своего прибора на заседании Русского физико-химического общества в Петербурге. Со временем с помощью изобретений А.С. Попова, была внедрена радиосвязь в армии и на флоте, благодаря чему успешно использовалась во время различных спасательных операций.

Вопрос 2. Понятие о радиосвязи. Из огромного разнообразия областей применения радиотехники самой распространенной является радиосвязь. Под словом радиосвязь понимают передачу различного рода информации при помощи электромагнитных волн Радиоволны излучаются в окружающее пространство с помощью антенны, представляющей собой в простейшем виде отрезок провода, по которому протекают токи высокой частоты,- создаваемые передатчиком. Токи высокой частоты, протекающие по проводу, создают в окружающем пространстве электромагнитное поле радиоволны.

Радиоволны, представляющие собой колебания электромагнитного поля высокой частоты, после приема не могут быть непосредственно восприняты человеком, так как колебания высокой частоты лежат за пределами слышимости уха. Звуковые колебания затруднительно передавать непосредственно с помощью радиоволн. Поэтому в радиовещании и радиотелефонии колебания высокой частоты используются только в качестве своеобразного «переносчика» звуковых колебаний. Именно поэтому колебания высокой частоты называются несущими.В приемной антенне под действием радиоволн возникает ток высокой частоты, форма которого в точности повторяет все изменения тока в антенне передатчика. Эти модулированные колебания высокой частоты поступают на вход приемника, усиливаются и преобразуются в ток звуковой частоты. Преобразование модулированных колебаний высокой частоты в колебания низкой частоты носит название демодуляции, или детектирования. Ток низкой (звуковой) частоты, получившейся в результате детектирования, поступает в громкоговоритель или телефон, которые преобразовывают его в колебания воздуха, воспринимаемые нашим ухом.

Вопрос 3. Применение электромагнитных волн. Без электричества человечество уже давно не мыслит своего существования. С помощью него работают все бытовые приборы, вся наша промышленность, медицинские приборы. Электромагнитные волны нужны и полезны, но в то же время они оказывают и вредное воздействие на человека. Источниками низкочастотных излучений (0 - 3 кГц) являются все системы производства, передачи и распределения электроэнергии Источники высоко-частотных излучений (от 3 кГц до 300 ГГц) включают в себя функциональные передатчики - источники электромагнитного поля в целях передачи или получения информации. Источником электромагнитного поля в жилых помещениях является разнообразная электротехника (

Вопросы для самоконтроля

1. Кто и как изобрел радио?

2. Как осуществляется модуляция и детектирование?

3. Как работают радиоприемники и телевизоры?

4. Что такое радиолокация?

 

 

 

Тема 44: Природа света

План:

1. Природа света.

2. Скорость распространения света.

Вопрос 1. Природа света.Оптика – раздел физики, изучающий световые явления.
Что такое свет? Взгляды ученых на природу света с течением времени изменялись.
С 18 века в физике шла борьба между приверженцами волновой теории и корпускулярной теории. Известный ученый И. Ньютон считал: свет - это поток корпускул (частиц), выбрасываемых светящимся телом, которые распространяются в пространстве прямолинейно. Это предположение подтверждалось законом прямолинейного распространения света. Английский ученый Р.Гук читал: свет – это механические волны. Подтверждением этой теории были работы Х. Гюйгенса, Т. Юнга, О. Френеля и др. По современным представлениям свет имеет двойственную природу ( корпускулярно-волновой дуализм): - свет обладает волновыми свойствами и представляет собой электромагнитные волны, но одновременно является и потоком частиц – фотонов. В зависимости от светового диапазона проявляются в большей мере те или иные свойства.

Вопрос 2. Скорость распространения света. Способы измерения скорости света. (астрономический, лабораторный).Астрономический метод. В 1676 году впервые осуществил измерение света датский физик О. Ремер. Ремер наблюдал затмение спутника Юпитера Ио. Ио – спутник Юпитера
I – спутник находился в тени Юпитера 4ч. 28 мин. II – спутник вышел из тени на 22 мин. Измерения проводились дважды: при наименьшем удалении Юпитера от Земли и через 6 месяцев, когда расстояние между Землей и Юпитером становилось наибольшим. Полученное различие в продолжительности времени затмения объяснялось тем, что свет, распространяясь с конечной скоростью должен был пройти дополнительное расстояние, равное диаметру орбиты Земли.Из-за плохой точности измерений Ремер получил лишь очень приблизительное значение скорости света 215 000 км/с. Лабораторный метод
В 1849г. - французский физик Физо.С помощью зеркала А свет от источника S направлялся на зубчатое колесо К, которое вращалось. Пройдя сквозь колесо свет достигал плоского зеркала З. После отражения снова падал на колесо и мог или пройти сквозь него, или нет (в зависимости от угла поворота колеса).Скорость света определялась формулой:

где Z – число зубцов на вращающемся колесе L= 8,6 км – расстояние между колесом и зеркалом w (омега) – наименьшая угловая скорость вращения колеса, при которой свет не попадает к наблюдателю/Физо получил скорость света - 313 000км/с.
Скорость света в вакууме По современным измерениям скорость света в вакууме равна:

 

Приблизительно при решении задач для вычислений берут обычно величину c = 300 000 км/с.

Вопросы для самоконтроля

1. Изложите последовательность развития взглядов на природу света.

2. Что выражают корпускулярная и волновая теории? Кто прав?

3. Различные способы изучения скорости света (астрономический, лабораторный).

4. Значение скорости света.

Тема 45: Законы отражения и преломления света.

План:

1. Закон преломления света.

2. Закон отражения света

3. Полное отражение.

Вопрос 1. Закон преломления света. Закон преломления света: падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления γ есть величина, постоянная для двух данных сред: Постоянную величину n называют относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления.

Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления:

n = n2/n1.

Закон преломления света находит объяснение в волн<