Elektromagnetické kmitání

Transkript

1 Elektromagnetické kmitání

2 Elektromagnetické kmity pozorujeme v paralelním LC obvodu. L C

3 Sepneme-li spínač, kondenzátor se začne vybíjet přes cívku, která se chová jako rezistor. C L

4 Proud roste, napětí na kondenzátoru klesá. Elektrické pole kondenzátoru zaniká a cívka vytváří pole magnetické.

5 Po uplynutí čtvrtperiody je kondenzátor vybitý elektrické pole se již úplně změnilo na pole magnetické.

6 Proud nyní dosahuje svého maxima, byť napětí na kondenzátoru je nulové.

7 V další čtvrtperiodě se cívka naopak začne chovat jako zdroj napětí, který znovu nabijí kondenzátor. Proud nyní klesá, ale napětí roste.

8 Po uplynutí této čtvrtperiody je kondenzátor již opět nabitý a magnetické pole se úplně změnilo na pole elektrické.

9 Napětí na kondenzátoru nyní dosahuje své původní hodnoty (byť s opačnou polaritou) a proud je opět nulový.

10 Paralelní LC obvod právě učinil jeden půlkmit, přičemž celý proces se opakuje.

11 Dostali jsme tak elektromagnetické oscilace,

12 jejichž frekvence je dána Thompsonovým vztahem: f LC

13 V praxi však mají vodiče obvodu elektrický odpor, na němž se část elektrická energie nevratně mění na teplo. Kmity proto mají nižší frekvenci a jsou tlumené

14 Chceme-li vytvořit oscilace netlumené, musíme kondenzátor po každé periodě připojit ke zdroji napětí, který obnoví původní stav. Zdroj tak kompenzuje úbytek elektrické energie. Prvkem, který periodicky připojuje kondenzátor ke zdroji napětí, je tranzistor.

15 Vzniknou tak elektromagnetické oscilátory, které již

16 kmitají netlumeně.

17 Elektromagnetické vlnění

18 Jestliže nyní k vysokofrekvenčnímu oscilátoru (f 100 khz a vyšší) připojíme vodič anténu, tak elektrické pole do ní pronikne a anténa

19 rozkmitá v ní obsažené volné elektrony. Kolem nich vznikne elektrické a magnetické pole, do nichž se kmity přenesou a dále se jimi konečnou rychlostí šíří jako vlnění.

20 Kmitající elektrony vytvářejí elektrický dipól, kolem něhož vzniká elektrické pole. Jakmile dipól opět zanikne, elektrické pole se odtrhne a již se samostatně šíří prostorem.

21 Elektrické pole se odtrhává od antény:

22 Toto vlnění pak nazýváme vlněním elektromagnetickým.

23 Elektromagnetické vlnění Elektrická složka Magnetická složka

24 Elektrická složka elmg pole

25 Elektrická složka elmg pole

26 Vlastnosti elektromagnetického vlnění

27 1. Elektromagnetická vlna má dvě navzájem neoddělitelné složky elektrickou charakterizovanou vektorem elektrické intenzity E a magnetickou popsanou vektorem magnetické indukce B.

28 2. Vektory E a B jsou kolmé navzájem a zároveň oba kolmé ke směru šíření vlnění, tj. k vektoru rychlosti v: E B v

29 E B v

30 3. Protože vektory E a B kmitají kolmo ke směru šíření, je elektromagnetické vlnění vlnění příčné.

31 4. Protože vektor E (stejně jako B) kmitá v jedné rovině, je elektromagnetické vlnění lineárně polarizované.

32 5. Elektromagnetické vlnění se šíří stejnou rychlostí jako světlo, tzn. ve vakuu rychlostí c= m/s, v látkovém prostředí potom rychlostí menší podle vztahu: v c r r

33 7. Elektromagnetické vlny se šíří přímočaře, mají však schopnost pronikat za překážky (ohyb). Schopnost ohybu pak klesá s klesající vlnovou délkou.

34 6. Dopadnou-li na rozhraní dvou prostředí, tak se částečně odrážejí a částečně do druhého prostředí pronikají. Přitom se lámou.

35 Elektromagnetické vlnění využíváme především k přenosu informací. Kmitající elektrony v anténě jsou zdrojem elmg vlnění. LC obvod vysílače je zdrojem elmg kmitů. Jakmile vlnění zasáhne anténu přijímače, začnou její volné elektrony kmitat stejně jako ty v anténě vysílače. Elektromagnetická energie se kumuluje v LC obvodu přijímače, který je s LC obvodem vysílače v rezonanci, odkud je vedena k dalšímu zpracování. vysílač přijímač

36 Poznámka: Roku 1865 zformuloval skotský fyzik James Clerk Maxwell čtyři rovnice, které popisují veškeré elektrické a magnetické jevy.

37 James Clerk Maxwell skotský fyzik

38 Maxwellovy rovnice:

39 Na základě těchto rovnic předpověděl existenci elektromagnetických vln, které jako první experimentálně prokázal Henrich Rudolf Hertz

40 Heinrich Rudolf Hertz německý fyzik

41 s pomocí této aparatury.

42 s pomocí této aparatury.

43 První, kdo by dovedl přenášet zprávy elektromagnetickým vlněním, byl Nikola Tesla. Protože to však nepovažoval za důležité a věnoval se raději experimentům s bezdrátovým přenosem elektrické energie, přenechal prvenství Guglielmo Marconimu.

44 Guglielmo Marconi italský fyzik, vynálezce, politik a podnikatel

45

46 Spark Transmitter used by Guglielmo Marconi at S. Bartolomeo location, with Righi's oscillator, Ruhmkorff coil, Morse key and battery. (1897)