Elektroagnetické kitání ELEKTROMAGNETICKÝ OSCILÁTOR zdroje jsou nejen alternátory, ale i jiné typy oscilátoru Střídavé proudy a napětí označujee jako elektroagnetické kitání Mechanické oscilátory kitají s periodou, která závisí na paraetrech oscilátoru T 2π k... hotnost K...tuhost pružiny Dochází k přeěná potencionální energie pružiny v kinetickou energii závaží a naopak Elektroagnetické oscilátory kitají s periodou, která je určená paraetry tohoto oscilátoru a dochází v nich k přeěná elektrické energie v energii agnetického pole a naopak Nejednodušší elektroagnetické oscilátore je obvod tvořen cívkou a kondensátore jehož paraetry jsou L a C Nabijee-li kondensátor, vytváří se ezi deskai elektrické pole po připojení nabitého kondensátoru k cívce, začne obvode procházet elektrický proud a začne se vybíjet. Energie pole se zenšuje a současně se v okolí cívky začíná díky procházení elektrického proudu vytvářet agnetické pole. Energie elektrického pole kondensátoru se tak ění v energii agnetického pole cívky Za 1/4 periody se kondensátor vybije, proud dosáhne axiální hodnoty a začne se zenšovat To vede ke vzniku indukovaného napětí na cívce a obvode začne procházet indukovaný proud opačné polarity které se kondensátor znovu nabijí 1
Časové diagray napětí a proudu jsou fázové posunuty o π 2 rad Aplitudy napětí, proudu se vlive odporu obvodu postupně zenšují --> elektroagnetické kitaní oscilačního obvodu je tluené Kitání echanického a elektroagnetického oscilátoru popisujee analogicky Mechanický oscilátor Okažitá výchylka -y Okažitá rychlost - v Potenciální energie - E p Elektroagnetický oscilátor Okažitá hotnost el. n. - q Okažitý proud - i Elektrická energie E e Kinetická energie - E k Síla - F Magnetická energie - E Elektrické napětí - u Hotnost - Indukčnost - L Tuhost - k Převrácená hod. kap. - 1 C Napětí na kondenzátoru v první okažiku neá vliv na periodu vlastního kitání, ale určuje aplitudu napětí elektroagentického kitání v obvodu Pro okažitou hodnotu napětí v obvodu platí: u U cosω0t A pro okažitý proud, který je spožděn o π 2 rad platí: i I sinω0t VLASTNÍ KMITÁNÍ ELEKTROMAGNETICKÉHO OSCILÁTORU Perioda kitání oscilačního obvodu jeho odpor ůžee zanedbat je určena pouze paraetry: Indukčnost - L Kapacita - C Kitání do něhož nezasahujee a je určeno pouze paraetry oscilačního obvodu označujee jako vlastní kitání elektroagnetického oscilátoru Protože v oscilační obvodu prochází střídavý proud jak cívkou tak i kondensátore je napětí na cívce stejné jako na kondensátoru U U X L C L X X X L C C i i 1 ωl ωc 2 1 ω LC T 2 2π T 2π 1 LC LC 2
pro periodu vlastního kitání platí: T0 2π LC Pro frekvenci vlastního kitání platí: f 0 1 2π LC URČENÍ KMITÁNÍ ELEKTROMAGNETICKÉHO OSCILÁTORU Vlastní kitání je tluené. Postupně zaniká Netluené kitání přiklad neharonického, energii dodáváe jen po část periody Netluené kitání vzniká jestliže jsou ztráty energie nahrazovány v průběhu celé periody. Dosáhnee toho připojení oscilátoru ke zdroji haronického napětí kde platí u U sinωt ω 0... ω. úhlová rychlost vlastního kitání úhlová rychlost toho co ta připojí Oscilační obvod kitá s frekvencí oega Připojení elektroagnetického oscilátoru ke zdroji haronického napětí vzniká v oscilátoru nucené kitání. Oscilátor kitá s frekvencí připojeného zdroje (nikoli s vlastní frekvencí) Nucené kitání je netluené 3
rezonanční křivka Paraetry oscilačního obvodu závisí na aplitudě Při alé kitání je rezonanční křivka úzká a á vyšší axiu, zatíco při velké tluení je rezonanční křivka širší a nižší Rezonance elektroagnetického oscilátoru se používá například při ladění rozhlasových nebo televizních přijíačů. V těchto přijíačích je elektroagnetické kitání vynucováno alý napětí z antény a při ladění se ění paraetry oscilačního obvodu tak, aby bylo v rezonanci s frekvencí na niž vysílá příslušná frekvence ELEKTROMAGNETICKÉ VLNĚNÍ Obdobně jako je echanický oscilátor zdroje echanického vlnění (struna je zdroje zvuku) je elektroagnetický oscilátor zdroje elektroagnetického vlnění (rozhlasový nebo televizní vysílač, ato látky vysílající světlo) Elektroagnetické vlnění se šíří stejnou rychlostí jako světlo, které je jední z druhů elektroagnetického vlnění. Rychlost šíření elektroagnetického šíření ve vzduchu je přibližně c 8 1 3 10 s Charakter elektroagnetického vlnění á i střídavé napětí přenášené od zdroje ke spotřebiči. Okažitá hodnota napětí ve vodiči závisí nejen na čase t, ale i na vzdálenosti od zdroje x, ka dospěje napětí za dobu: τ x c Pro okažitou hodnotu napětí ve vzdálenosti x od zdroje platí u U u U u U sinω( t τ ) 2π x sin ( t ) T c t x sin 2π ( ) u T c T U t sin 2π ( T x ) λ 4
λ c T Malé frekvence - rozěry veden jsou vzhlede k vlnové délce zanedbatelné děj ve vedení á ráz kitání u U t sin 2π U sinωt T - Děj ůžee považovat za kitání jako vlnění chápee děj, kde vlnová délka je srovnatelná, nebo enší než délka vedení Vysoké frekvence - Vedení připojíe na napětí vysoké frekvence, ezi vodiči je poto napětí, pro které plati: u U sin 2π t T x λ Rozvržení náboje ezi vodiči je nerovnoěrné Vlna je příčná ϕ π 2 Mezi vodiči vzniká elektrické pole s nerovnoěrný rozložení siločar Postupná elektroagnetická vlna 5
Na konci vedení je rezistor (R) Veškerá energie se ění na jinou energii (teplot) Proud a napětí jsou ve fázi Současně s elektrický pole vzniká ve vedení také agnetické pole r v r r r v E B; C E; C B ve vedení se vytváří postupná elektroagnetická vlna (vzniká při přenosu elektroagnetické energie dvouvodičový vedení a vzniká v prostoru ezi vodiči) V prostoru ezi odiči vzniká časově proěnné elektroagnetické pole Energie není přenášena vodiči, ale je přenášena pole ezi vodiči. STOJATÉ VLNĚNÍ Graf stojatého vlnění Kitny body které kitají nejvíc Uzly body které nekitají elektroagnetické vlnění není-li na konci pohlceno, ale odráží-li se zpět, dochází ke skládání odraženého vlnění a příého vlnění. Vzniklý stojaté elektroagnetické vlnění. U dvouvodičového vedení se toto nestává, jestliže na konci vedení není spotřebič vedení naprázdno R (> na konci vedení je aplituda napětí a naopak uzel proudu i0) Mezi proude a napětí vzniká fázový rozdíl ϕ π 2 rad Vedení se stojatý elektroagnetický vlnění ůžee přirovnat k oscilačníu obvodu (periodicky se ění energie elektrické na energii agnetickou) --> ezi vodiči vzniká elektrické a agnetické pole a periodicky se přeěňuje 6
ELEKTROMAGNETICKÝ DIPÓL elektroagnetické pole a vlnění je ezi vodiči Naší cíle je vysílat elektroagnetické vlnění do prostoru Vznik elektroagnetického dipólu: Anténa je elektroagnetický dipól Konce dvouvodičového vedení otevřené o délku λ 2 do sěru kolého k vedení vznikají proudy, které ají v každé okažiku stejný sěr, a agnetické pole vyzářené těito proudy je vysíláno do prostředí Napětí na koncích dipólu dosahuje periodicky nejvyšší hodnoty, vzniká elektrické pole, které se rovněž šíří do okolí Délka dipólu odpovídá 1/2 vlnové délky půlvlnný dipól dipól vystihuje skutečnost, že se každá jeho polovina periodicky nabijí kladně nebo záporně VLASTNOSTI ELEKTROMAGNETCKÉHO VLNĚNÍ Elektroagnetické vlnění je příčné vedení se dvěa navzáje neoddělitelnýi složkai a to elektrickou složkou ( E r ) a agnetickou ( B r ) Lineárně polarizovaná vlna: - vlna ve které se neění sěr vektorů E r, B r - vektor intenzity elektroagnetického vlnění vždy leží v rovině kolé na pól Jsou-li rozěry překážky srovnatelné s vlnovou délkou vlnění, proniká vlnění i do geoetrického stínu za překážku a nastává jeho ohyb 7
Interference: - Při interferenci dvou vlnění se ůže výsledné vlnění zesilovat, nebo zeslabovat. a. Zesílení λ 2k 2 - Je-li dráhový rozdíl rovný sudéu počtu půl vln, dochází k zesílení půl vln b. Zeslabení 2k λ + 1 2 - Je-li dráhový rozdíl roven lichéu počtu půl vlně, dochází k zeslabení půlvln Rychlost šíření elektroagnetického vlnění: - Ve vakuu se elektroagnetické vlnění šíří rychlostí světla (c 3 108). V každé jiné prostředí je šířená elektroagnetického vlnění enší: v r c ε µ ε r KKKK KKKK r r relativní priitivita prostředí µ relativní pereabilita prostředí - ve vodě se elektroagnetické vlnění šíří 9x poaleji než ve vaku - ve vodě se devětkrát 9x zenší vlnová délka elektroagnetického vlnění, ale frekvence se neění voda: ε K81 r µ K1 r v λ λf T Vlastnosti elektroagnetického vlnění se projevují předevší při šíření vln prostore rozhlasové vysílání: a. dlouhé vlny (vlnové délky řádově v kiloetrech) b. střední vlny (řádově ve stovkách etrů) c. krátké vlny (řádově desítky etrů), případně veli krátké vlny (etry až decietry) televizní vysílání a. veli krátké vlny b. pro příje satelitního vysílání se používají centietrové vlny 8
U dlouhých a středních vln se výrazně usnadňuje ohyb vlnění kole zeského povrchu, takže jejich příje je ožný i za rozěrnýi překážkai v členité terénu Pro příje veli krátkých vln je třeba přibližně příá viditelnost ezi vysílače a přijíače. Pro šíření krátkých vln se využívá jejich odrazů od ionosféry. Protože stav ionosféry se ění vlive slunečního záření ění se i podínky krátkých vln Na příočaré šíření elektroagnetického vlnění a jeho odrazu od vodivých překážek je založena radiolokace, neboli určování polohy různých předětů v prostoru RADAR RAdio Detecting And Ranging ELEKTROMAGNETICKÁ INTERAKCE každá zěna agnetického pole způsobuje díky elektroagnetické indukci vznik elektrického pole J. C. Maxwell objevil, že existuje i opačný jev a to, že ěnící se elektrické pole vytváří pole agnetické. Tento poznatek je základe teorie elektroagnetického pole, která jednotný způsobe vysvětluje všechny elektroagnetické jevy. Z teorie elektroagnetického pole vyplývá, že jeno agnetické, ale i elektrické pole není nutně vázáno na přítonost nosičů náboje. Elektrické pole se indukuje zěnai agnetického pole i ve vakuu, nebo v dielektriku bez volných nosičů náboje. Siločáry takového elektrického pole jsou uzavřené křivky. V prostředí bez nábojů ůže elektrické i agnetické pole existovat pouze tak, že zěny jednoho pole způsobují zěny druhého pole a naopak. Tato vzájená interakce probíhá nepřetržitě a obě pole jsou neoddělitelně spjata a vytvářejí jediné elektroagnetické pole. Mexwelova teorie byla později potvrzena něecký fyzike H. Hertze a jeho objeve elektroagnetického vlnění. Existence elektrických a agnetických sil je projeve elektroagnetické interakce(vzájené elektroagnetické působení). Tato interakce je jednou ze základních fore vzájeného působení hotných objektů Vzájené působení dvou hotných předětů: 1. elektroagnetická interakce 2. gravitační interakce 3. slabá interakce 4. silná interakce Slabá a silná interakce se týkají silového působení ezi eleentárníi částicei Všechna znáá silová působení lze vyložit poocí těchto eleentárních interakcí 9
PŘENOS INFORMACÍ ELEKTROMAGNETICKÝM VLNĚNÍM přenose inforací se zabývá speciální technický obor a to sdělovací technika K přenosu inforací slouží sdělovací soustava, která předává zprávu od zdroje k příjeci buď prostřednictví sdělovacího vedení. Nebo poocí elektroagnetického vlnění, které se šíří volný prostore (radiokounikace) Pro přenos zprávy elektroagnetický vlnění potřebujee vysílač, přijíač a zprávu převést na signál, který je vhodný k přenosu Vysílač je zdroje elektroagnetických kitů vysoké frekvence, které jsou v odulátoru upravovány neboli odulovány signále nízké frekvence. Ve vysílačích pro rozhlas se používají dva druhy odulace a to: 1) Aplitudová - nízkofrekvenční signále se ění aplituda vysokofrekvenčních kitů - používá se na dlouhých, středních a krátkých vlnách 2) Frekvenční - aplituda konstantních kitů, ale ění se jejich frekvence - používá se na veli krátkých vlnách Televizní signál a. Obrazová inforace - Obrazový signál vzniká v kaeře, ve které se obrazový signál přeěňuje na elektrický, poocí optoelektrického sníače CCD. Video signál je pro přenos odulován aplitudově - Barvonosný signál á tři složky RGB b. Zvuková inforace - zvukový (akustický) je odulován frekvenčně a obě složky tohoto signálu jsou přenášeny oddělené 10
Autor: 3DMata Předět: Fyzika Optika Optika Optika je část fyziky, která zkouá podstatu světla a zabívá se zákonitosti světelných jevu, které vznikají při vzájené působení světla a látky Dvě historické teorie světla: 1) korpuskulární (částicová) - Newton - považuje světlo za proud částic 2) vlnová - Huygens - vysvětluje světlo jako echanické vlnění prostředí Současná teorie světla: V současnosti vysvětluje povahu světla kvantová teorie, podle které je světlo elektroagnetické vlnění, jehož energie se nepřenáší spojitě, ale po určitých porcích (kvantech). Světlo si ůžee představit jako proud objektů, které nazýváe fotony. Fotony: - objekty ikrosvěta, která ají částicové i vlnové vlastnosti a nejsou, ani vlny ani částice Světlo je elektroagnetické vlnění s vlnovýi délkai ve vakuu od 400n-760n, které způsobuje ve zdravé lidské oku fyziologický vje vidění. Hranice rozsahu vlnové délky světla: - liší se podle pozorovatele a jsou záležitostí individuálního vníání - někdy se udává (390n-790n) Světelné zdroje: - tělesa, která vysílají světlo - ve světelných zdrojích dochází k přeěně jiných druhů energie na energii světelnou a světelná energie se vlnění přenáší do okolního prostoru Odraz a rozptyl světla na osvětlených předětech způsobují, že tato tělesa vidíe, i když saa světlo nevysílají. ZÁKLADNÍ VLASTNOSTI SVĚTLA prostředí, který se světlo šíří, nazýváe optické prostředí dělení optických prostředí a. průhledné - propouští světlo bez výrazného zeslabení (vzduch, čiré sklo) b. průsvitné - propouští světlo a přito ho rozptyluje všei sěry (plasty, papír, hrbolaté sklo) c. neprůhledné - světlo nepropouští (dřevo, beton) 11
Autor: 3DMata Předět: Fyzika Optika Optické prostředí, které á ve všech sěrech stejné optické vlastnosti, se nazývá prostředí stejnorodé 12
Autor: 3DMata Předět: Fyzika Obsah Obsah ELEKTROMAGNETICKÉ KMITÁNÍ 1 Elektroagnetický oscilátor 1 Vlastní kitání elektroagnetického oscilátoru 2 Určení kitání elektroagnetického oscilátoru 3 Elektroagnetické vlnění 4 Stojaté vlnění 6 Elektroagnetický dipól 7 Vlastnosti elektroagnetckého vlnění 7 Elektroagnetická interakce 9 Přenos inforací elektroagnetický vlnění 10 OPTIKA 11 Základní vlastnosti světla 11 OBSAH 13 13