Уроки-лекции "Электромагнитные волны. Принципы радиосвязи".
видеоурок на тему

Слайд 1

Электромагнитные волны Гипотеза Дж.К.Максвелла. Опыты Г.Герца. Энергия, скорость, свойства электромагнитных волн Автор: преподаватель ГБПОУ ПК им. П.А.Овчинникова Графова В.В. .

Слайд 2

Открытие М.Фарадея В 1831 г. М. Фарадей открыл явление электромагнитной индукции: при изменении во времени магнитного поля возникает вихревое электрическое поле . М . Фарадей ввел понятие поля: вокруг покоящегося заряда возникает электростатическое поле, вокруг движущихся зарядов (тока) возникает магнитное поле.

Слайд 3

Направление вихревого электрического поля Вектор Е напряженности вихревого электрического поля образует с вектором изменения магнитного поля левый винт .

Слайд 4

Направление вихревого электрического поля

Слайд 5

Гипотеза Максвелла В 1864 г. Дж.К . Максвелл выдвинул гипотезу: при изменении электрического поля возникает магнитное поле. Возникла идея о едином электромагнитном поле.

Слайд 6

Электромагнитное поле Электромагнитное поле - это особая форма материи - совокупность электрических и магнитных полей. Переменные электрические и магнитные поля существуют одновременно и образуют единое электромагнитное поле. Оно материально: проявляет себя в действии как на покоящиеся, так и на движущиеся заряды; распространяется с большой, но конечной скоростью; существует независимо от нашей воли и желаний .

Слайд 7

Проявление электромагнитного поля Электромагнитное поле может проявляться по-разному для разных наблюдателей – все дело в системе отсчета!

Слайд 8

Электромагнитные волны – открытие за открытием … 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. Главное условие возникновения электромагнитной волны — ускоренное движение электрических зарядов.

Слайд 9

Что такое электромагнитная волна? Электромагнитная волна – распространяющееся в пространстве колеблющееся электромагнитное поле ( колебания векторов ). Вблизи заряда электрическое и магнитное поля изменяются со сдвигом фаз  /2.

Слайд 10

Излучение электромагнитных волн. Главное условие возникновения электромагнитной волны — ускоренное движение электрических зарядов. При скорости заряда, равной нулю, существует только электрическое поле. При постоянной скорости заряда возникает электромагнитное поле. При ускоренном движении заряда происходит излучение электромагнитной волны, которая распространяется в пространстве с конечной скоростью . Разработка идеи электромагнитных волн принадлежит Максвеллу, но уже Фарадей догадывался об их существовании, хотя побоялся опубликовать работу (она была прочитана более чем через 100 лет после его смерти).

Слайд 11

Что такое свет?

Слайд 12

Поперечность электромагнитных волн. Направление скорости электромагнитной волны совпадает с направлением движения правого винта при повороте ручки буравчика вектора к вектору . Эти два вектора взаимно перпендикулярны, а также перпендикулярны скорости распространения волны. Причем в электромагнитной волне выполняется соотношение где с – скорость света в вакууме .

Слайд 13

Модель электромагнитной волны

Слайд 14

На большом расстоянии от заряда электрическое и магнитные поля изменяются синфазно , т.е. одновременно достигаются значений максимума и минимума .

Слайд 15

Открытие электромагнитных волн Электромагнитные волны были открыты Г. Герцем (1887). Закрытый колебательный контур электромагнитных волн не излучает : вся энергия электрического поля конденсатора переходит в энергию магнитного поля катушки. Частота колебаний определяется параметрами колебательного контура:

Слайд 16

Опыты Г.Герца.

Слайд 17

Вибратор Герца. Такой прибор называется вибратором Герца. Середина разрезается и подсоединяется к высокочастотному трансформатору. Между концами проводов, на которых закрепляются маленькие шаровые кондукторы, проскакивает электрическая искра, которая и является источником электромагнитной волны. Волна распространяется так, что вектор напряженности электрического поля колеблется в плоскости, в которой расположен проводник.

Слайд 18

Итак, электромагнитная волна… представляет собой распространяющееся в пространстве электромагнитное поле (колебания векторов ). волна поперечная – вектора напряженности и магнитной индукции взаимно перпендикулярны и перпендикулярны скорости волны

Слайд 19

Излучение и прием Если параллельно излучателю расположить такой же проводник (антенну), то заряды в нем придут в колебательное движение и между кондуктора проскакивают слабые искры. Герц обнаружил электромагнитные волны на опыте и измерил их скорость, которая совпала с рассчитанной Максвеллом и равной с=3 . 10 8 м/с.

Слайд 20

Скорость электромагнитных волн. Скорость в вакууме: Если волна распространяется в какой-либо среде, то - скорость электромагнитных волн

Слайд 21

Показатель преломления. Величина , показывающая во сколько раз скорость света в вакууме больше скорости света в данном веществе, называется абсолютным показателем преломления.

Слайд 22

Что нужно для увеличения частоты? Для увеличения частоты необходимо уменьшить L и C, т.е. развернуть катушку до прямого провода и, т.к. , уменьшить площадь пластин и развести их на максимальное расстояние. Отсюда видно, что мы получим, по существу, прямой проводник.

Слайд 23

Энергия электромагнитных волн ‘

Слайд 24

Энергия электромагнитных волн. Максвелл теоретически рассчитал энергию и скорость электромагнитных волн .

Слайд 25

Таким образом, энергия волны прямо пропорциональна четвертой степени частоты . Значит, чтобы легче зафиксировать волну, необходимо, чтобы она была высокой частоты . Как изменится энергия волны, если частоту увеличить в 2 раза? В 10 раз? Какой частоты волны следует использовать для передачи на далекие расстояния – высокой или низкой?

Слайд 26

Физический диктант. 1. Гипотеза Максвелла: при изменении магнитного поля возникает вихревое электрическое поле. 2. Чем выше скорость изменение магнитного поля, тем больше напряженность вихревого электрического поля. 3. Электрическое поле действует на любые электрические заряды. 4. Магнитное поле действует только на движущиеся электрические заряды. 5. Электромагнитная волна возникает при любом движении электрического заряда.

Слайд 27

Продолжение диктанта . 6 . При увеличении частоты излучения в 3 раза плотность энергии эм волны увеличивается в 27 раз. 7. Электромагнитная волна поперечна. 8. Векторная характеристика электрического поля называется …. 9. Векторная характеристика магнитного поля называется …. 10. Скорость распространения эм волны в вакууме равна….

Слайд 28

Принципы радиосвязи Источником радиоволн является проводник, в котором колеблются электрические заряды. Его называют передающей антенной. От передающей антенны распространяется электромагнитная волна со скоростью света и с частотой колебаний, равной частоте колебаний зарядов в передающей антенне.. В любом проводнике на пути волны ее электрическая составляющая вызывает колебания частиц той же частоты, что и в передающей антенне.

Слайд 29

Диаграмма излучения радоволн от вертикальной антенны.

Слайд 30

Модуляция. Частота колебаний в звуковой волне от 20 до 20 000 Гц. Электромагнитную волну такой частоты создавать не имеет смысла, т.к. ее энергия будет чрезвычайно мала. Т.к. энергия электромагнитных волн зависит от частоты колебаний в четвертой степени, для повышения энергии следует увеличить частоту излучения. Для передачи информации с даже на небольшое расстояние электромагнитная волны должна иметь частоту выше, чем в звуковой волне в десятки и сотни раз. Для передачи аудиоинформации приходится соединять в передающей волне две частоты: высокую (несущую) и низкую (звуковую). Этот принцип называется модуляцией.

Слайд 31

Принцип модуляции.

Слайд 32

Модуляция амплитудная и не только Амплитудно-модулированный сигнал подвержен искажению из-за помех, поэтому практически не применяется. Частотно-модулированный и фазово-модулированный сигналы более устойчивы к помехам .

Слайд 33

Демодуляция или детектирование В приемной антенне электрическое поле радиоволны вызовет колебания электронов такого типа, как и в передающей антенне, т.е. модулированные. Для получения колебаний тока звуковой частоты нужно избавиться от высокой, несущей, частоты. Для этого применяют принцип детектирования. В результате детектирования в цепи наушников (динамика) электрический ток будет меняться с частотой звука.

Слайд 34

Электрическая схема детектора График изменение тока на различных участках детектора

Слайд 35

Простейший радиоприемник

Слайд 36

Задачи. 1. Параметры приемного и передающего контуров равны соответственно: 400 пФ, 20 Гн и 800 пФ, 15 Гн. Настроены ли приемный и передающий колебательные контуры в резонанс? 2. Электроемкость и индуктивность колебательного контура равны соответственно: 1200 пФ и 3 Гн. На какую длину волны настроен колебательный контур? 3. Самостоятельная работа № 25

Слайд 37

Домашнее задание . Написать эссе на тему «Электромагнитные волны». Составить две задачи на тему « Принципы радиосвязи».