Als hochfrequente Ströme (HF) gelten Ströme, bei denen die Bedingung der Quasi-Stationarität nicht erfüllt ist, was zu einem stark ausgeprägten Skin-Effekt führt
Als hochfrequente Ströme (HF) gelten Ströme, bei denen die Bedingung der Quasi-Stationarität nicht erfüllt ist, was zu einem stark ausgeprägten Skin-Effekt führt. Aus diesem Grund fließt der Strom an der Oberfläche des Leiters entlang, ohne in dessen Volumen einzudringen. Die Frequenz solcher Ströme übersteigt 10.000 Hz.
Um Ströme mit einer Frequenz von mehr als einigen zehn Kilohertz zu erhalten, werden elektrische Maschinengeneratoren verwendet, die einen Stator und einen Rotor umfassen. Auf ihren einander zugewandten Oberflächen befinden sich Zähne, durch deren gegenseitige Bewegung ein Pulsieren auftritt. Magnetfeld. Die Endfrequenz des am Ausgang empfangenen Stroms ist gleich dem Produkt aus der Rotordrehzahl und der Anzahl der darauf befindlichen Zähne.
Um HDTV zu erhalten, werden auch Schwingkreise verwendet, beispielsweise ein elektrischer Schaltkreis, der eine Induktivität und eine Kapazität enthält. Um HDTV-Frequenzen von Milliarden Hertz zu erhalten, werden Anlagen mit einem Hohlschwingkreis verwendet (WOF, TWT, Magnetron, Klystron).
Bringt man den Leiter in das Magnetfeld einer Spule, in der ein hochfrequenter Strom fließt, entstehen im Leiter große Wirbelströme, die ihn erhitzen. Die Temperatur und Intensität der Erwärmung kann durch Ändern des Stroms in den Spulen eingestellt werden. Aufgrund dieser Eigenschaft wird HDTV in vielen Bereichen der menschlichen Tätigkeit eingesetzt: in Induktionsöfen, in der Metallurgie zum Oberflächenhärten von Teilen, in der Medizin, in der Landwirtschaft, in Haushaltsgeräten ( Mikrowellen, verschiedene Geräte zum Kochen), Funk, Radar, Fernsehen usw.
Beispiele für die Verwendung von Hochfrequenzströmen
Mit Hilfe von HDTV in Induktionsöfen können beliebige Metalle geschmolzen werden. Der Vorteil dieser Art des Schmelzens liegt in der Möglichkeit des Schmelzens unter vollständigen Vakuumbedingungen, wenn der Kontakt mit der Atmosphäre ausgeschlossen ist. Dadurch ist es möglich, bezüglich nichtmetallischer Einschlüsse reine und mit Gasen (Wasserstoff, Stickstoff) ungesättigte Legierungen herzustellen.
Auf Härtemaschinen mit Hilfe von HDTV ist es aufgrund des Skineffekts möglich, Stahlprodukte nur in der Randschicht zu härten. Dadurch ist es möglich, Teile mit einer harten Oberfläche zu erhalten, die erheblichen Belastungen standhalten und gleichzeitig ohne Kompromisse bei der Verschleißfestigkeit und Duktilität, da der Kern weich bleibt.
In der Medizin werden hochfrequente Ströme seit langem in UHF-Geräten verwendet, bei denen die Erwärmung beliebiger menschlicher Organe durch Erwärmung des Dielektrikums erfolgt. HDTV selbst bei sehr hoher Stromstärke ist für den Menschen unbedenklich, da es ausschließlich in den oberflächlichsten Hautschichten fließt. Auch in der Medizin werden auf Hochfrequenzstrom basierende Elektromesser eingesetzt, mit deren Hilfe Blutgefäße „gebrüht“ und Gewebe geschnitten werden.
ABTEILUNG FÜR BILDUNG UND WISSENSCHAFT DER REGION KEMEROWSKER
Zustand Bildungseinrichtung Mitte Berufsausbildung
Berufliche Fachschule Kemerowo
Hochfrequente Ströme.
Erstellt von: Physiklehrer
Shcherbunova Evgenia Olegovna und
Kolabina Galina Alekseevna
Kemerowo
Was sind Hochfrequenzströme?
Ströme mit einer Frequenz über 10.000 Hz werden als hochfrequente Ströme (HF) bezeichnet. Sie werden mit erhalten elektronische Geräte.
Legt man einen Leiter in eine Spule, durch die ein hochfrequenter Strom fließt, entstehen im Leiter Wirbelströme. Wirbelströme erhitzen den Leiter. Die Heizrate und Temperatur können einfach durch Ändern des Stroms in der Spule eingestellt werden.
Die meisten Refraktärmetalle können in einem Induktionsofen geschmolzen werden. Um hochreine Substanzen zu erhalten, kann das Schmelzen im Vakuum und sogar ohne Tiegel durchgeführt werden, indem das geschmolzene Metall in einem Magnetfeld gehalten wird. Eine hohe Heizrate ist sehr praktisch zum Walzen und Schmieden von Metall. Durch die Wahl der Form der Spulen lassen sich Teile bestens löten und schweißen Temperaturregime.
Induktionsschmelzofen
Der durch den Leiter fließende Strom i erzeugt ein Magnetfeld B. Bei sehr hohen Frequenzen macht sich der Einfluss des durch die Änderung des Feldes B erzeugten elektrischen Wirbelfeldes E bemerkbar.
Der Einfluss des Feldes E erhöht den Strom an der Oberfläche des Leiters und schwächt ihn in der Mitte ab. Bei ausreichend hoher Frequenz fließt der Strom nur in der Oberflächenschicht des Leiters.
Die Methode der Oberflächenhärtung von Stahlprodukten wurde vom russischen Wissenschaftler V.P. Vologdin erfunden und vorgeschlagen. Bei hoher Frequenz erwärmt der Induktionsstrom nur die Oberflächenschicht des Teils. Nach schnellem Abkühlen erhält man ein nicht sprödes Produkt mit harter Oberfläche.
Härtemaschine
Sehen Sie hier mehr: Induktionserwärmungs- und Härteanlagen
Die Einwirkung hochfrequenter Ströme auf Dielektrika
Auf Dielektrika wirkt ein hochfrequentes elektrisches Feld ein, wodurch sie zwischen die Platten eines Kondensators gebracht werden. Ein Teil der Energie des elektrischen Feldes wird dabei zum Aufheizen des Dielektrikums aufgewendet. Heizen mit HDTV ist besonders gut, wenn die Wärmeleitfähigkeit des Stoffes gering ist.
Die Hochfrequenzerwärmung von Dielektrika (dielektrische Erwärmung) wird häufig zum Trocknen und Verleimen von Holz, zur Herstellung von Gummi und Kunststoffen eingesetzt.
Hochfrequenzströme in der Medizin
Die UHF-Therapie ist eine dielektrische Erwärmung von Körpergewebe. Tödlich für einen Menschen ist ein konstanter und niederfrequenter Strom von mehr als einigen Milliampere. Ein hochfrequenter Strom (≈ 1 MHz), selbst bei einer Stärke von 1 A, bewirkt nur eine Gewebeerwärmung und wird zur Behandlung verwendet.
Electroknife ist ein in der Medizin weit verbreitetes Hochfrequenzgerät. Es schneidet Gewebe und „brüht“ Blutgefäße.
Andere Anwendungen von Hochfrequenzströmen
Getreide, das vor der Aussaat mit HDTV behandelt wurde, erhöht den Ertrag erheblich.
Die Induktionserwärmung des Gasplasmas ermöglicht es, hohe Temperaturen zu erhalten.
Ein 2400-MHz-Feld in einem Mikrowellenherd kocht Suppe direkt in der Schüssel in 2-3 Minuten.
Die Wirkung des Minensuchgeräts basiert auf der Änderung der Parameter des Schwingkreises, wenn die Spule zu einem Metallgegenstand gebracht wird.
Hochfrequenzströme werden auch für Funkkommunikation, Fernsehen und Radar verwendet.
Quellenverzeichnis:
1. Dmitrieva, V.F. Physik: ein Lehrbuch für studentische Bildungseinrichtungen der beruflichen Sekundarbildung [Text] / V.F. Dmitrijew. –6. Auflage. Stereotyp. - M .: Akademie des Verlagszentrums, 2005. - 280-288.
Internetquellen:
Ein einziges Fenster für den Zugriff auf Bildungsressourcen [ Elektronische Ressource]. - Zugriffsmodus: http:// Fenster. bildung. en/ Fenster, frei. - Zagl. vom Bildschirm. - (Behandlungsdatum: 11.11.2014).
Elektronisches Bibliothekssystem "KnigaFond" [Elektronische Ressource]. - Zugriffsmodus: http://www.knigafund.ru/, für den Zugriff auf Informationen. Ressourcen erfordern eine Autorisierung. - Zagl. vom Bildschirm. - (Behandlungsdatum: 11.11.2014).
Portal der Naturwissenschaften » [Elektronische Ressource]. - Zugriffsmodus: http://e-science.ru/physics, frei. - Zagl. vom Bildschirm. - (Behandlungsdatum: 11.11.2014).
Darsonvalisierung ist die Verwendung von hochfrequentem Strom (110 kHz) und Spannung (25-30 kV) mit niedriger Stromstärke, moduliert in einer Reihe von Schwingungen mit einer Dauer von 100 μs, gefolgt von einer Frequenz von 100 Hz, für a therapeutischer Zweck. Der Strom ist so Hochspannung schwächt sich beim Durchgang durch die verdünnte Luft einer Glaselektrode ab und bildet in der Luftschicht zwischen Körperoberfläche und Elektrodenwand eine hochfrequente Koronaentladung. Der Mechanismus der therapeutischen Wirkung wird durch den Durchgang von Hochfrequenzstrom durch das Gewebe und die Wirkung elektrischer Entladungen auf Hautrezeptoren und Oberflächengewebe bestimmt. Infolgedessen kommt es zu einer Erweiterung der oberflächlichen Blutgefäße und einer Erhöhung des Blutflusses durch sie, einer Erweiterung von spastisch verengten und mit einem erhöhten Gefäßtonus und einer Wiederherstellung des gestörten Blutflusses in ihnen. Dies führt zur Beendigung der Gewebeischämie und der dadurch verursachten Schmerzen, Taubheitsgefühle, Parästhesien, Verbesserung des Gewebetrophismus, einschließlich der Gefäßwände.
Die therapeutische Anwendung von Strömen mit supratonaler Frequenz (TNCH) besteht darin, den Körper einem hochfrequenten Wechselstrom (22 kHz) mit einer Spannung von 4,5-5 kV auszusetzen. Von Aussehen, die Technik zur Durchführung von Verfahren und Techniken, ist die Methode der lokalen Darsonvalisierung sehr ähnlich. Der Unterschied liegt darin, dass kein gepulster, sondern ein Dauerstrom geringerer Frequenz und Spannung verwendet und durch eine mit Neon gefüllte Glaselektrode geleitet wird. All dies bestimmt die Unterschiede in der therapeutischen Wirkung. Aufgrund der Kontinuität des Stroms im Gewebe entsteht mehr Wärme - Patienten spüren Wärme an der Expositionsstelle. Eine niedrigere Spannung eliminiert die irritierende Wirkung einer Funkenentladung, die Wirkungen werden von den Patienten besser vertragen, und daher wird die Methode häufiger in der pädiatrischen Praxis angewendet.
Betriebsarten des Transformators
· Ruhezustand. Dieser Modus ist durch einen offenen Transformator-Sekundärkreis gekennzeichnet, wodurch kein Strom darin fließt. Mit Hilfe von Leerlauferfahrungen lassen sich der Transformatorwirkungsgrad, das Übersetzungsverhältnis sowie Stahlverluste ermitteln.
· Lademodus. Dieser Modus ist dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärkreis des Transformators an der Last geschlossen ist. Dieser Modus ist der Hauptbetriebsmodus für den Transformator.
· Kurzschlussmodus. Dieser Modus wird durch Kurzschließen des Sekundärkreises erreicht. Damit können Sie den Nutzleistungsverlust für die Erwärmung der Drähte im Transformatorkreis bestimmen. Dies wird im Ersatzschaltbild eines realen Transformators mit aktivem Widerstand berücksichtigt.
28) Schwingkreis- ein Oszillator, der ist elektrische Schaltung bestehend aus angeschlossener Induktivität und Kondensator. In einer solchen Schaltung können Strom- und Spannungsschwankungen angeregt werden.
Funktionsprinzip
Ein Kondensator mit der Kapazität C sei auf Spannung aufgeladen. Die im Kondensator gespeicherte Energie ist
Wenn ein Kondensator mit einer Induktivität verbunden ist, fließt ein Strom im Stromkreis, der eine elektromotorische Kraft (EMK) der Selbstinduktion in der Spule verursacht, um den Strom im Stromkreis zu reduzieren. Der durch diese EMF verursachte Strom (ohne Verluste in der Induktivität) im Anfangsmoment ist gleich dem Entladestrom des Kondensators, dh der resultierende Strom ist gleich Null. Die magnetische Energie der Spule ist in diesem (Anfangs-)Moment Null.
Dann steigt der resultierende Strom in der Schaltung an und die Energie vom Kondensator fließt in die Spule, bis der Kondensator vollständig entladen ist. An diesem Punkt wird die elektrische Energie des Kondensators. Die in der Spule konzentrierte magnetische Energie ist dagegen maximal und gleich , wobei die Induktivität der Spule ist,
Maximaler Stromwert.
Danach beginnt das Wiederaufladen des Kondensators, dh das Laden des Kondensators mit einer Spannung anderer Polarität. Das Wiederaufladen findet statt, bis die magnetische Energie der Spule in die elektrische Energie des Kondensators umgewandelt ist. Der Kondensator wird in diesem Fall wieder auf eine Spannung aufgeladen.
Dadurch entstehen im Stromkreis Schwingungen, deren Dauer umgekehrt proportional zu den Energieverlusten im Stromkreis ist.
Im Allgemeinen werden die oben beschriebenen Vorgänge in einem Parallelschwingkreis als Stromresonanz bezeichnet, was bedeutet, dass durch die Induktivität und Kapazität mehr Ströme fließen als durch den gesamten Stromkreis, und diese Ströme um ein bestimmtes Vielfaches größer sind, was als Qualitätsfaktor bezeichnet wird. Diese großen Ströme verlassen die Grenzen der Schaltung nicht, da sie phasenverschoben sind und sich selbst kompensieren. Es ist auch erwähnenswert, dass der Widerstand eines Parallelschwingkreises bei der Resonanzfrequenz gegen unendlich geht (im Gegensatz zu einem Reihenschwingkreis, dessen Widerstand bei der Resonanzfrequenz gegen Null geht), was ihn zu einem unverzichtbaren Filter macht.
Es ist erwähnenswert, dass es neben einem einfachen Schwingkreis auch Schwingkreise der ersten, zweiten und dritten Art gibt, die Verluste berücksichtigen und andere Eigenschaften haben.
29) Induktionslichtmaschine- Im Gegensatz zu anderen Generatoren basiert der Betrieb eines Induktionsgenerators nicht auf einem rotierenden, sondern auf einem pulsierenden Magnetfeld, d.h. das Feld ändert sich nicht wegabhängig, sondern zeitabhängig, was letztendlich ( Induktion von EMF) ergibt das gleiche Ergebnis.
Bau von Induktionsgeneratoren beinhaltet die Platzierung sowohl eines konstanten Feldes als auch von Spulen zum Induzieren von EMF auf dem Stator, während der Rotor frei von Wicklungen bleibt, aber notwendigerweise eine gezahnte Form hat, da die gesamte Arbeit des Generators auf den gezahnten Harmonischen des Rotors basiert.
Hochfrequenzströme und ihre Anwendung.
Hochfrequenzströme sind solche Ströme, deren Frequenz, dh die Anzahl der Schwingungen, in einer Sekunde eine Million erreicht. Dieser Typ Ströme haben ihre Anwendung im Maschinenbau gefunden, wo sie zum Schweißen und zur Wärmebehandlung von Oberflächen von Teilen erforderlich sind, und in der Metallurgie, wo sie zum Schmelzen verschiedener Metalle verwendet werden.
Der Einsatz hochfrequenter Ströme hat Branchen wie den Maschinenbau und die Metallurgie auf ein neues Niveau gehoben. Die Wärmebehandlung von Teilen, die mit Hochspannungsströmen durchgeführt wird, erhöht ihre Lebensdauer, erhöht die Verschleißfestigkeit, Festigkeit und Härte des Metalls. Das Arbeiten mit Hochfrequenzströmen macht die Arbeit nicht nur effizienter, sondern verbessert auch das Qualitätsniveau der resultierenden Produkte erheblich.
Maxwells Postulate
Erstes Postulat: Um jedes magnetische Wechselfeld herum gibt es ein elektrisches Wirbelfeld.
Die Richtung des elektrischen Wirbelfeldes wird durch die linke Schraubenregel bestimmt, wenn das Magnetfeld zunimmt.
Wenn das Magnetfeld abnimmt, wird zunächst die Richtung des elektrischen Wirbelfeldes gemäß der linken Schraubenregel bestimmt. Dann wird es in das Gegenteil geändert - dies wird die Richtung des elektrischen Wirbelfeldes für das abnehmende Magnetfeld sein.
Zweites Postulat: Um jedes elektrische Wechselfeld herum gibt es ein Magnetfeld.
Die Richtung der magnetischen Induktionslinien wird durch die Regel der rechten Schraube bestimmt, wenn die elektrische Feldstärke zunimmt.
Nimmt die elektrische Feldstärke ab, so wird zunächst die Richtung der magnetischen Induktionslinien nach der rechten Schraubenregel bestimmt. Dann wird es in das Gegenteil geändert - dies ist die Richtung der magnetischen Induktionslinien für das abnehmende elektrische Feld.
33) Die Frank-Hertz-Erfahrung- ein Experiment, das ein experimenteller Beweis für die Diskretheit der inneren Energie eines Atoms war. 1913 aufgestellt von J. Frank und G. Hertz.
Die Abbildung zeigt das Schema des Experiments. Eine Potentialdifferenz V wird an die Kathode K und das Gitter C1 einer mit Hg-(Quecksilber)-Dampf gefüllten Elektrovakuumröhre angelegt, wodurch Elektronen beschleunigt werden, und die Abhängigkeit des Stroms I von V beseitigt wird A. Im Bereich I beschleunigte Elektronen erfahren Stöße mit Hg-Atomen im Bereich II. Wenn die Energie der Elektronen nach dem Stoß ausreicht, um das Verzögerungspotential im Bereich III zu überwinden, fallen sie auf die Anode. Folglich hängen die Messwerte des Galvanometers G vom Energieverlust der Elektronen beim Aufprall ab.
Im Experiment wurde ein monotoner Anstieg von I bei einem Anstieg des Beschleunigungspotentials auf 4,9 V beobachtet, dh Elektronen mit der Energie E< 4,9 эВ испытывали упругие соударения с атомами Hg и внутренняя энергия атомов не менялась. При значении V = 4,9 В (и кратных ему значениях 9,8 В, 14,7 В) появлялись резкие спады тока. Это определённым образом указывало на то, что при этих значениях V соударения электронов с атомами носят неупругий характер, то есть энергия электронов достаточна для возбуждения атомов Hg. При кратных 4,9 эв значениях энергии электроны могут испытывать неупругие столкновения несколько раз.
34) Die Erfindung des Funkverkehrs- eine der herausragendsten Errungenschaften des menschlichen Denkens und des wissenschaftlichen und technologischen Fortschritts. Die Notwendigkeit, die Kommunikationsmittel zu verbessern, insbesondere die Einrichtung einer drahtlosen Kommunikation, war Ende des 19. Jahrhunderts besonders akut, als die weit verbreitete Einführung elektrischer Energie in Industrie, Landwirtschaft, Kommunikation, Transport (vor allem Seeverkehr) usw .
Die Wissenschafts- und Technikgeschichte bestätigt, dass alle herausragenden Entdeckungen und Erfindungen erstens historisch bedingt und zweitens das Ergebnis der kreativen Bemühungen von Wissenschaftlern und Ingenieuren aus verschiedenen Ländern waren.
Funktelegrafische Kommunikation - Telekommunikation, bei der diskrete Nachrichten mittels Funkwellen übertragen werden - alphabetisch, numerisch und Zeichen. An der Sendestation treten durch eine Telegrafennachricht modulierte elektrische Schwingungen in die Funktelegrafen-Kommunikationsleitung und von dort zur Empfangsstation ein. Nach Erfassung und Verstärkung wird die Telegrafennachricht über das Ohr empfangen oder von einem empfangenden Direktdruck-Telegrafengerät aufgezeichnet.
35) Radio telefonische Kommunikation- Telekommunikation, bei der telefonische (Sprach-)Nachrichten mittels Funkwellen übertragen werden. Informationen gelangen über ein Mikrofon in die Funktelefonleitung und von dort - normalerweise über ein Telefon. Mikrofon und Telefon werden direkt an die Radiostationen angeschlossen oder es werden Telefonleitungen daran angeschlossen.
Amplitudenmodulation - eine Modulationsart, bei der der variable Parameter des Trägersignals seine Amplitude ist
Amplitudenmodulator - wird ein Gerät bezeichnet, dessen Hüllkurve des hochfrequenten Signals an dessen Ausgang proportional zur niederfrequenten Modulationsschwingung ist. Betrachten Sie den Fall der einfachsten harmonischen modulierenden Schwingung:
Am Eingang des Modulators ist das Signal:
wobei der Amplitudenmodulationsgrad M proportional zur Amplitude sein sollte.
Durch das Auftreffen des Eingangssignals auf ein nichtlineares Element mit stückweiser linearer Annäherung treten in dessen Strom Oberschwingungen und Kombinationsanteile auf Eingangssignale, nämlich Komponenten mit Frequenzen: Komponenten mit Frequenzen 
und bilden die gewünschte amplitudenmodulierte Schwingung. Es muss durch einen Bandpassfilter mit einer Mittenfrequenz gleich dem Träger und einer Bandbreite getrennt werden, die ausreicht, um Komponenten mit Frequenzen zu trennen.
36) Erkennung - Umwandeln einer elektromagnetischen Wellenform, um eine Spannung oder einen Strom zu erzeugen, dessen Größe durch die Parameter der Wellenform bestimmt wird, um die in den Änderungen dieser Parameter enthaltenen Informationen zu extrahieren
Die Einrichtung und Bedienung der einfachsten Detektorempfänger - die einfachste, grundlegendste Art von Funkempfängern. Er besteht aus einem Schwingkreis, an den Antenne und Masse angeschlossen sind, und einem Dioden- (in früheren Versionen kristalliner) Detektor, der das amplitudenmodulierte Signal demoduliert. Signal Tonfrequenz vom Ausgang des Detektors wird in der Regel von hochohmigen Kopfhörern wiedergegeben.
Selbst um starke Radiosender zu empfangen, benötigt ein Detektorempfänger eine möglichst lange und hoch aufgehängte Antenne (vorzugsweise mehrere zehn Meter) sowie eine ordnungsgemäße Erdung. Einige wichtige Vorteile eines Detektorempfängers bestehen darin, dass er keine Stromquelle benötigt, sehr billig ist und mit improvisierten Mitteln zusammengebaut werden kann. Indem Sie einen beliebigen externen Niederfrequenzverstärker an den Ausgang des Empfängers anschließen, erhalten Sie einen Empfänger direkte Verstärkung mit viel besseren Parametern. Aufgrund dieser Vorteile waren Detektorempfänger nicht nur in den frühen Jahrzehnten des Rundfunks weit verbreitet.
37) Ausbreitung von Funkwellen - das Phänomen der Energieübertragung elektromagnetischer Schwingungen im Radiofrequenzbereich (siehe Radioemission). Verschiedene Aspekte dieses Phänomens werden von verschiedenen technischen Disziplinen untersucht, die Teilbereiche der Funktechnik sind. Die allgemeinsten Fragen und Probleme werden von der Radiophysik betrachtet. Die Ausbreitung von Funkwellen in speziellen technischen Objekten wie Kabeln, Antennenhohlleitern wird von Fachleuten der angewandten Elektrodynamik oder Spezialisten der Antennen- und Speisetechnik betrachtet. Technische Disziplin Ausbreitung von Funkwellen berücksichtigt nur die Aufgaben der Funkemission, die mit der Ausbreitung von Funkwellen in natürlichen Umgebungen verbunden sind, dh den Einfluss der Atmosphäre und des erdnahen Weltraums auf die Funkwellen der Erdoberfläche, die Ausbreitung von Funkwellen in natürlichen Reservoirs , sowie in von Menschenhand geschaffenen Landschaften
Arten von Funkwellen 
-
Eigenschaften von Radiowellen - Die Ausbreitung von Funkwellen im Erdraum hängt von den Eigenschaften der Erdoberfläche und den Eigenschaften der Atmosphäre ab. Die Bedingungen für die Ausbreitung von Funkwellen entlang der Erdoberfläche hängen stark vom Gelände, den elektrischen Parametern der Erdoberfläche und der Wellenlänge ab. Radiowellen sind wie andere Wellen durch Beugung gekennzeichnet, d.h. Phänomen der Hindernisvermeidung. Die Beugung ist am ausgeprägtesten, wenn die geometrischen Abmessungen der Hindernisse der Wellenlänge entsprechen. Funkwellen, die sich in der Nähe der Erdoberfläche ausbreiten und teilweise aufgrund von Beugung die Wölbung des Globus umhüllen, werden als terrestrische oder Oberflächenfunkwellen bezeichnet.
Anwendung von Radiowellen- Für die Übertragung verschiedener Daten, Signale und anderer Informationen durch die Quelle und den Empfänger von Funkwellen. Zum Beispiel zellular Seine verschiedenen Standards arbeiten auf verschiedenen Funkfrequenzen, auch WI-FI, Ethernet-Radio und viele andere.
38) Kurzgeschichte Entwicklung von Ansichten über die Natur des Lichts - In der zweiten Hälfte des 17. Jahrhunderts wurden die Grundlagen der physikalischen Optik gelegt. F. Grimaldi entdeckt das Phänomen der Lichtbeugung (Lichtbeugung um Hindernisse herum, d.h. seine Abweichung von der geradlinigen Ausbreitung) und schlägt die Wellennatur des Lichts vor. In der 1690 von H. Huygens veröffentlichten „Abhandlung über das Licht“ wurde das Prinzip aufgestellt, wonach jeder Punkt des Raumes, den es erreicht, dieser Moment eine sich ausbreitende Welle wird zur Quelle elementarer Kugelwellen, und auf ihrer Grundlage leitete er die Reflexions- und Brechungsgesetze des Lichts ab. Huygens hat das Phänomen der Lichtpolarisation festgestellt - ein Phänomen, das bei einem Lichtstrahl während seiner Reflexion, Brechung (insbesondere bei Doppelbrechung) auftritt und darin besteht, dass die Schwingungsbewegung an allen Punkten des Strahls nur in einer durchlaufenden Ebene auftritt die Richtung des Strahls, während in einem unpolarisierten Strahl Schwingungen in alle Richtungen senkrecht zum Strahl auftreten. Huygens, der Grimaldis Idee entwickelt hatte, dass sich Licht nicht nur geradlinig mit Brechung und Reflexion, sondern auch mit Aufspaltung (Beugung) ausbreitet, gab eine Erklärung für alle bekannten optischen Phänomene. Er behauptet, dass sich Lichtwellen im Äther ausbreiten, der eine feinstoffliche Materie ist, die alle Körper durchdringt.
39) Lichtgeschwindigkeit im Vakuum - der absolute Wert der Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen im Vakuum. In der Physik wird es traditionell mit dem lateinischen Buchstaben „ C» (ausgesprochen als [tse]). Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist eine fundamentale Konstante, unabhängig von der Wahl des Trägheitsbezugssystems (ISR). Es bezieht sich auf die grundlegenden physikalischen Konstanten, die nicht nur einzelne Körper oder Felder charakterisieren, sondern die Eigenschaften der Raumzeit als Ganzes. Nach modernen Konzepten ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum die Grenzgeschwindigkeit von Teilchen und Ausbreitung von Wechselwirkungen.
Die Lichtgeschwindigkeit in einem transparenten Medium ist die Geschwindigkeit, mit der sich Licht in einem anderen Medium als Vakuum ausbreitet. In einem Medium mit Dispersion werden Phasen- und Gruppengeschwindigkeit unterschieden.
Die Phasengeschwindigkeit bezieht sich auf die Frequenz und Wellenlänge von monochromatischem Licht in einem Medium (λ = C/ν). Diese Geschwindigkeit ist normalerweise (aber nicht unbedingt) geringer C. Das Verhältnis der Phasenlichtgeschwindigkeit im Vakuum zur Lichtgeschwindigkeit in einem Medium wird Brechungsindex des Mediums genannt. Die Gruppenlichtgeschwindigkeit in einem Gleichgewichtsmedium ist immer kleiner C. In Nichtgleichgewichtsmedien kann sie jedoch überschritten werden C. In diesem Fall bewegt sich die Vorderflanke des Impulses jedoch immer noch mit einer Geschwindigkeit, die die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum nicht überschreitet. Dadurch bleibt eine superluminale Informationsübertragung unmöglich.
40) Lichtinterferenz- Umverteilung der Lichtintensität durch Überlagerung (Superposition) mehrerer Lichtwellen. Begleitet wird dieses Phänomen von Intensitätsmaxima und -minima, die sich räumlich abwechseln. Seine Verteilung wird als Interferenzmuster bezeichnet.
Newtons Ringe
Ein weiteres Verfahren zum Erhalten eines stabilen Interferenzmusters für Licht ist die Verwendung von Luftspalten, basierend auf der gleichen Differenz im Weg zweier Teile der Welle: einer – unmittelbar von der Innenfläche der Linse reflektiert und der andere – durch die Luftspalt darunter und erst dann reflektiert. Es kann erhalten werden, indem eine plankonvexe Linse mit der konvexen Seite nach unten auf eine Glasplatte gelegt wird. Wenn die Linse von oben mit monochromatischem Licht beleuchtet wird, bildet sich an der Stelle eines ausreichend dichten Kontakts zwischen der Linse und der Platte ein dunkler Fleck, der von abwechselnd dunklen und hellen konzentrischen Ringen unterschiedlicher Intensität umgeben ist. Dunkle Ringe entsprechen Interferenzminima und helle Ringe entsprechen Maxima, sowohl dunkle als auch helle Ringe sind Isolinien gleicher Dicke des Luftspalts. Indem man den Radius eines hellen oder dunklen Rings misst und seine Seriennummer aus der Mitte bestimmt, kann man die Wellenlänge von monochromatischem Licht bestimmen. Je steiler die Linsenoberfläche ist, insbesondere näher an den Rändern, desto kleiner ist der Abstand zwischen benachbarten hellen oder dunklen Ringen.
41) Reflexionsgesetze:
1. Einfallende, reflektierte und senkrecht zur Grenze zweier Medien am Auftreffpunkt des Strahls stehende Strahlen liegen in derselben Ebene.
2. Der Reflexionswinkel ist gleich dem Einfallswinkel:
42) Gesetze der Brechung
Je niedriger die Lichtgeschwindigkeit in einem Medium ist, desto optisch dichter wird es betrachtet. Ein Medium mit einem höheren absoluten Brechungsindex wird als optisch dichter bezeichnet.
Wenn Licht von einem optisch weniger dichten Medium in ein optisch dichteres übergeht (z. B. von Luft zu Wasser oder Glas), dann der Einfallswinkel ist größer als der Brechungswinkel.
Geht umgekehrt Licht von Wasser oder Glas in die Luft über, so wird es an einer Senkrechten gebrochen: Der Einfallswinkel ist kleiner als der Brechungswinkel
Tauchen Sie den Stock in den Teich. Der Wasserstand sollte steigen. Aber dieser Anstieg ist so unbedeutend, dass es schwierig ist, ihn zu erkennen. Und wenn Sie den Stab abwechselnd ins Wasser tauchen und herausziehen, dann laufen Wellen durch das Wasser. Sie machen sich in beträchtlicher Entfernung vom Entstehungsort bemerkbar. Diese mechanische Bewegung des Wassers kann mit elektromagnetischen Phänomenen verglichen werden. Rund um den Dirigenten mit Gleichstrom Es gibt ein konstantes elektromagnetisches Feld. Außerhalb eines stromdurchflossenen Leiters ist es schwierig zu erkennen.
Wenn jedoch ein elektrischer Wechselstrom durch den Leiter geleitet wird, ändern sich die elektromagnetischen Kräfte um den Leiter herum ständig, d.h. das ihn umgebende elektromagnetische Feld wird wellenförmig. Elektromagnetische Wellen gehen von einem Wechselstromleiter aus.
Der Abstand zwischen den beiden nächsten Wellenbergen auf einem Teich ist die Wellenlänge. Es wird mit dem griechischen Buchstaben bezeichnet λ (lamda). Die Zeit, während der ein Teil der wellenförmigen Wasseroberfläche ansteigt, abfällt und wieder zu ihr zurückkehrt Ausgangsposition ist die Schwingungsdauer T. Der Kehrwert wird Schwingungsfrequenz genannt und mit dem Buchstaben bezeichnet F. Die Schwingungsfrequenz wird in Perioden pro Sekunde gemessen. Die Maßeinheit der Schwingungsfrequenz, die einer Periode pro Sekunde entspricht, heißt Hertz (Hz) - zu Ehren von Heinrich Rudolf Hertz (1857 - 1894), dem berühmten Erforscher von Schwingungen und Wellen (1 Tausend Hertz \u003d 1 Kilohertz, 1 Million Hertz \u003d 1 Megahertz) .
Wellengeschwindigkeit ( Mit) ist die Entfernung, über die sich die Wellen in einer Sekunde ausbreiten. Während einer Periode T hat die Wellenbewegung Zeit, sich gerade um die Länge einer Welle X auszubreiten. Für die Wellenbewegung gelten folgende Beziehungen:
mit T = λ; c / f = λ
Diese Zusammenhänge zwischen Schwingungsfrequenz, Wellenlänge und Wellengeschwindigkeit gelten nicht nur für Wellen auf Wasser, sondern für alle Schwingungen und Wellen.
Es ist notwendig, eine Eigenschaft elektromagnetischer Schwingungen sofort hervorzuheben. Wenn sie sich im leeren Raum ausbreiten, ist ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit unabhängig von ihrer Frequenz, unabhängig von ihrer Wellenlänge immer gleich -300.000 km/s. Sichtbares Licht ist eine der Arten von elektromagnetischen Schwingungen (mit einer Wellenlänge von 0,4 bis 0,7 Millimikron und einer Frequenz von 10 14 - 10 15 Hz). Die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen ist die Lichtgeschwindigkeit (3 10 10 cm/sec).
In Luft und anderen Gasen ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Schwingungen nur geringfügig geringer als im Vakuum. Und in verschiedenen flüssigen und festen Medien kann es um ein Vielfaches geringer sein als im Vakuum; außerdem kommt es hier auf die Schwingungsfrequenz an.
| Das kleinste und größte Es gibt viele Energieeinheiten: Erg, Joule, Kalorie usw. Die kleinste davon ist das Elektronenvolt: Ein Elektron, das in einem elektrischen Feld zwischen Punkten mit einer Potentialdifferenz von 1 V beschleunigt wird, hat eine Energie von 1 Elektronenvolt. Die größte Energieeinheit wurde kürzlich vom indischen Wissenschaftler Homi Baba zur Berechnung der weltweiten Energiereserven vorgeschlagen. Seine Einheit entspricht der thermischen Energie, die bei der Verbrennung von 33 Milliarden Tonnen Kohle freigesetzt wird. Diese Menge Kohle nahm der Wissenschaftler, weil in den vergangenen 20 Jahren, in denen viel Kohle abgebaut und verbrannt wurde, genau 33 Milliarden Tonnen aus dem Erdinneren gefördert wurden. |
Strahlung und Emitter
Wir leben in der Welt der elektromagnetischen Schwingungen. Sowohl Sonnenlicht als auch mysteriöse Ströme kosmischer Strahlen, die aus interstellaren Räumen auf die Erde fallen, und Wärme, die von einem heißen Ofen abgegeben wird, und elektrischer Strom, der in Stromnetzen zirkuliert - all dies sind elektromagnetische Schwingungen. Sie alle breiten sich in Form von Wellen, in Form von Strahlen aus.
Jedes Objekt, jeder Körper, der Wellen erzeugt, wird Strahler genannt. Der Stock, mit dem man im Teich plaudert, ist ein Wasserwellenstrahler. Wasser widersetzt sich seiner Bewegung. Um den Stick zu bewegen, müssen Sie Kraft aufwenden. Diese auf das Wasser übertragene Kraft ist numerisch gleich dem Produkt aus dem Quadrat der Stockgeschwindigkeit und dem Bewegungswiderstand. Ein Teil dieser Energie wird in Wärme umgewandelt - sie dient zur Erwärmung des Wassers und ein Teil zur Wellenbildung.
Das kann man sagen Impedanz, die der Stab erfährt, ist die Summe zweier Widerstände: Einer davon ist der Widerstand gegen Wärmeentwicklung und der andere ist der Widerstand gegen Wellenbildung - Strahlungswiderstand, wie es allgemein genannt wird.
Die gleichen Gesetze gelten für elektromagnetische Phänomene. Die Leistung, die ein elektrischer Strom in einem Leiter verbraucht, ist gleich dem Produkt aus dem Widerstand des Leiters und dem Quadrat des darin fließenden Stroms. Wenn Sie den Strom in Ampere und den Widerstand in Ohm nehmen, wird die Leistung in Watt angegeben.
Beim elektrischen Widerstand eines beliebigen Leiters (wie beim mechanischen Widerstand von Wasser gegen die Bewegung eines Stocks) können zwei Komponenten unterschieden werden: Widerstand gegen Wärmeentwicklung – ohmscher Widerstand und Strahlungswiderstand – Widerstand, der durch die Bildung elektromagnetischer Wellen um die herum verursacht wird Leiter, die Energie mit sich führen.
Nehmen Sie zum Beispiel eine elektrische Kochplatte, bei der der ohmsche Widerstand 20 Ohm beträgt und der Strom 5 A beträgt. Die in dieser Kachel in Wärme umgewandelte Leistung beträgt 500 Watt (0,5 kW). Um die Leistung der vom Sender ausgehenden Wellen zu berechnen, muss das Quadrat des Stroms im Leiter mit dem Strahlungswiderstand dieses Leiters multipliziert werden.
Der Strahlungswiderstand steht in komplexer Abhängigkeit von der Form des Leiters, von seinen Abmessungen, von der Länge der emittierten Strahlung Elektromagnetische Welle. Aber für einen einzelnen geradlinigen Leiter, an dessen allen Punkten ein Strom gleicher Richtung und gleicher Stärke fließt, wird der Strahlungswiderstand (in Ohm) durch eine relativ einfache Formel ausgedrückt:
R izl \u003d 3200 (l / λ) 2
Hier l ist die Länge des Leiters, und λ - die Länge der elektromagnetischen Welle (diese Formel gilt für l deutlich kleiner als λ ).
Mit ungefähren Schätzungen kann diese Formel auf beliebige elektrische Strukturen, beliebige Maschinen und Geräte angewendet werden, beispielsweise für eine Heizplatte, bei der der Draht nicht gerade ist, sondern zu einer im Zickzack verlegten Spirale gewickelt ist. Aber l In der Formel für den Strahlungswiderstand muss nicht die volle Länge des Leiters, sondern eine der angegebenen Abmessungen der betrachteten Struktur eingesetzt werden. Zum Heizen von Fliesen l ungefähr gleich dem Durchmesser der Fliese.
in zentralen Kraftwerken erzeugt Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hertz. Dieser Strom entspricht einer elektromagnetischen Welle mit einer Länge von 6.000 km. Nicht nur Elektroherde, sondern auch die größten elektrischen Maschinen und Apparate und sogar Fernleitungen haben Dimensionen l um ein Vielfaches kleiner als die Länge dieser elektromagnetischen Welle. Der Strahlungswiderstand der größten elektrischen Maschinen und Geräte für einen Strom mit einer Frequenz von 50 Hz wird in vernachlässigbaren Bruchteilen eines Ohms gemessen. Selbst bei Strömen von Tausenden Ampere wird weniger als ein Watt abgestrahlt.
Daher ist es in der Praxis bei der Verwendung von Industriestrom mit einer Frequenz von 50 Hz nicht erforderlich, seine Welleneigenschaften zu berücksichtigen. Die Energie dieses Stroms ist fest an die Drähte „gebunden“. Zum Anschluss eines Verbrauchers (Lampen, Herde, Motoren etc.) ist ein direkter Kontakt mit stromführenden Leitungen notwendig.
Mit zunehmender Frequenz des Stroms nimmt die Länge der elektromagnetischen Welle ab. Bei einem Strom mit einer Frequenz von 50 MHz sind es beispielsweise 3 m. Bei einer solchen Welle kann selbst ein kleiner Leiter einen erheblichen Strahlungswiderstand haben und bei relativ kleinen Strömen erhebliche Energiemengen abstrahlen.
Nach verfeinerten Berechnungen ein Halbwellenleiter (l=λ/2) Strahlungsresistenz hat R izd. etwa 73 Ohm. Bei einem Strom von beispielsweise 10 A beträgt die Strahlungsleistung 7,3 kW. Ein Leiter, der elektromagnetische Energie abstrahlen kann, wird als Antenne bezeichnet. Dieser Begriff wurde Ende des letzten Jahrhunderts von Elektrikern aus der Entomologie entlehnt - eine Antenne wird bei Insekten als Antennententakel bezeichnet.
An den Anfängen der Funktechnik
Elektromagnetische Schwingungen, die mit einer Frequenz von einer Million Milliarden Hertz auftreten, lassen unser Sehen wie Licht erscheinen. Tausendmal langsamere Schwingungen können von der Haut als Wärmestrahlen wahrgenommen werden.
Elektromagnetische Schwingungen, deren Frequenz von wenigen Kilohertz bis zu Tausenden von Megahertz reicht, werden von den Sinnen nicht wahrgenommen, sind aber in unserem Leben von großer Bedeutung. Diese Schwingungen können sich wie Licht und Wärme in Form von Strahlen ausbreiten. Das lateinische Wort für „Strahl“ ist „Radius“. Aus dieser Wurzel wird das Wort „Radiowellen“ gebildet. Dies sind Schwingungen, die durch hochfrequente Ströme erzeugt werden. Ihre hauptsächliche und wichtigste Anwendung ist die drahtlose Telegrafie- und Telefonkommunikation. Weltweit erstmals wurde die drahtlose Übertragung von Signalen durch Funkwellen vom russischen Wissenschaftler Alexander Stepanovich Popov praktisch durchgeführt. Am 7. Mai (25. April) 1895 demonstrierte er bei einem Treffen der physikalischen Abteilung der Russischen Physikalisch-Chemischen Gesellschaft den Empfang von Radiowellen.
Heutzutage können Sie mit Hilfe von Funk eine drahtlose Verbindung zwischen jedem Punkt der Welt herstellen. Neue Zweige der Hochfrequenztechnik entstanden - Radar, Fernsehen. Die Funktechnik wurde in verschiedenen Branchen eingesetzt.
Es ist richtig, die Überprüfung der Hochfrequenztechnik mit Methoden zur Gewinnung hochfrequenter Wechselströme zu beginnen.
Die älteste und einfachste Art, hochfrequente elektromagnetische Schwingungen zu erzeugen, ist die Entladung eines Kondensators durch einen Funken. Die ersten Funksender von A. S. Popov hatten Funkengeneratoren mit solchen einfachen Funkenstrecken in Form von zwei durch einen Luftspalt getrennten Kugeln.
 |
| Maschineller Hochfrequenzstromgenerator. |
Zu Beginn unseres Jahrhunderts erschienen verbesserte Funkenstrecken, die hochfrequente Schwingungen mit einer Leistung von bis zu 100 kW lieferten. Aber sie hatten einen großen Energieverlust. Derzeit gibt es fortschrittlichere Quellen für Hochfrequenzströme (HF).
Um Ströme mit einer Frequenz von bis zu mehreren Kilohertz zu erhalten, werden üblicherweise Maschinengeneratoren verwendet. Ein solcher Generator besteht aus zwei Hauptteilen - einem feststehenden Stator und einem rotierenden Rotor. Die einander zugewandten Oberflächen von Rotor und Stator sind verzahnt. Wenn sich der Rotor dreht, verursacht die gegenseitige Bewegung dieser Zähne ein Pulsieren des Magnetflusses. In der Arbeitswicklung des Generators, die auf den Stator gelegt ist, gibt es eine variable elektromotorische Kraft (EMK). Die Frequenz des Stroms ist gleich dem Produkt aus der Anzahl der Rotorzähne und der Anzahl der Umdrehungen pro Sekunde. Beispielsweise ergibt sich bei 50 Zähnen am Rotor und seiner Drehzahl von 50 U/min eine Stromfrequenz von 2500 Hz.
Derzeit werden HDTV-Maschinengeneratoren mit einer Leistung von bis zu mehreren hundert Kilowatt produziert. Sie geben Frequenzen von einigen hundert Hertz bis 10 kHz an.
Einer der häufigsten moderne Wege Empfangen von HDTV ist eine Anwendung Schwingkreise mit elektrisch gesteuerten Ventilen verbunden.
Wird geladen...