Общие сведения о волнах Распространение радиоволн
Содержание 1. Введение 2. Теоретическая часть 3. Заключение 4. Литература 5. Приложения
Волновые процессы чрезвычайно широко Введение распространены в окружающем нас мире. В природе существует два вида волн: механические и электромагнитные. Механические волны распространяются в веществе: газе, жидкости или твердом теле. Электромагнитные волны не нуждаются в каком-либо веществе для своего распространения, к которым, в частности, относятся радиоволны и свет. Электромагнитное поле может существовать в вакууме, т. е. в пространстве, не содержащем атомов. Несмотря на существенное отличие электромагнитных волн от механических, электромагнитные волны при своем распространении ведут себя подобно механическим. Но подобно колебаниям все виды волн описываются количественно одинаковыми или почти одинаковыми законами.
Теоретическая часть 1. Волны. Типы волн. 2. Упругие волны. 3. Гармонические волны. 4. Плоские волны. 5. Волновое уравнение. 6. Электромагнитные волны. 7. Шкала электромагнитных волн. 8. Радиоволны.
Волны. Типы волн Процесс распространения колебаний в сплошной среде называется волновым процессом (или волной). Типы волны на поверхности жидкости упругие электромагнитные Основным свойством волн независимо от их природы, является то, что при волновом движении осуществляется перенос энергии без переноса вещества.
Упругие Продольные Поперечные (скалярные) (векторные) Частицы среды колеблются в направлении распространения волны. Могут возбуждаться в средах, в которых возникают упругие силы при деформации сжатия и растяжения, т. е. твердых, жидких и газообразных телах. Частицы среды колеблются в плоскостях, перпендикулярных направлению распространения волны. Поперечные волны могут возбуждаться в среде, в которой возникают упругие силы при деформации сдвига, т. е. в твердых телах.
Гармонические волны Упругая волна называется гармонической, если соответствующие ей колебания частиц среды являются гармоническими. Расстояние между ближайшими частицами, колеблющимися в одинаковой фазе, называется длиной волны (рис. 1). Длина волны равна тому расстоянию, на которое распространяется определенная фаза колебания за Рисунок 1. Гармоническая волна период, т. е. = v. T где Т – период колебаний, v – скорость распространения колебаний. Геометрическое место точек, до которых доходят колебания к моменту времени t, называется волновым фронтом. Геометрическое место точек, колеблющихся в одинаковой фазе, называется волновой поверхностью.
Плоские волны В плоской волне всем точкам среды, лежащим в любой плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны, в каждый момент времени соответствуют одинаковые смещения и скорости частиц среды. Уравнение плоской волны: S= f(z, t) где t – время, z – координата. Частный случай плоской волны – бегущие волны. Описываются уравнением: S= f(kz - wt) где k, w - некоторые произвольные постоянные.
Плоские волны Однородные Неоднородные Плоские волны, у которых плоскости равных амплитуд и фаз совпадают Плоские волны, у которых плоскости равных амплитуд и фаз не совпадают
Волновое уравнение Уравнение в частных производных второго порядка получило название волнового уравнения: ∂2 F/∂z 2 – (k/ω)2 ∂2 F/∂t 2 = 0 где F – некая функция, z –координата, к = 2π/λ – волновое число, ω = 2π/T – циклическая частота, t – время. Решением волнового уравнения является функция: F[+- k(ax + βy + γz) – ωt], где a, β, γ - направляющие косинусы единичного вектора вдоль оси z, которые удовлетворяют условию: a 2 + β 2 + γ 2 = 1. Процесс распространения волн в присутствии источников колебаний либо каких-то внешних воздействий описывается неоднородным волновым уравнением Гельмгольца: ▼ 2 ‘A + k 2 ‘A = f(z), где ▼ - оператор Набла, ‘A - комплексная амплитуда гармонической волны; f(z) - функция, характеризующая внешние воздействия.
Электромагнитные волны — распространяющееся в пространстве изменение состояния электромагнитного поля. Инфракрасные волны Рентгеновские лучи Радиоволны Электромагнитн ые волны Гамма лучи Ультрафиолетовы е волны Световые волны
Радиоволны Средние Сверхдлинные Длинные (Теоретическая часть. doc) Короткие
Заключение Бурное развитие отраслей народного хозяйства привело к использованию во всех промышленных производствах, в медицине и в быту электромагнитных волн. Причем в ряде случаев человек оказывается подвержен их воздействию. Электромагнитные волны, взаимодействуя с тканями тела человека, вызывают определенные функциональные изменения. При интенсивном облучении эти изменения могут оказать вредное воздействие на организм человека. Человек «приручает» электромагнитные волны, создает все более безопасные бытовые приборы, ведь знание природы воздействия электромагнитных волн на организм человека, норм допустимых облучений, методов контроля интенсивности излучений и средств защиты от них является совершенно необходимым для дальнейшего успешного их применения все в более новых отраслях науки и техники.
Литература 1. С. И. Баскаков «Электродинамика и распространение радиоволн» , учебное пособие, Москва «Высшая школа» 1992 г. 2. Т. И. Трофимова “Курс физики”, Москва “Высшая школа” 2001 г. 3. Г. Т. Марков, Б. М. Петров, Г. П. Грудинская «Электродинамика и распространение радиоволн» , учебное пособие, Москва 1979 г. 4. Л. Ф. Ромашева, А. А. Григорьева «Физика: колебания и волны» рабочая тетрадь, Екатеринбург 2006 г.
Примеры решения задач Видео фильмы Контрольные вопросы Тест (ответы) Приложения Кроссворд Видео презентация
Мультфильм «Первооткрыватели. Маркони и Электромагнитные волны» Электромагнитные волны Механическая вселенная. Волны. Влияние излучения на организм человека Электромагнитные волны в СВЧ диапазоне
По горизонтали: 1. Поверхность равных фаз. 2. Согласованность нескольких колебательных или волновых процессов во времени, проявляющаяся при их сложении. 3. Волны, образующиеся при наложении двух бегущих воли, распространяющихся навстречу другу с одинаковыми частотами и амплитудами, а в случае поперечных волн и одинаковой поляризацией. 4. Учёный, ввёл в физику понятия тока смещения и электромагнитного поля. 5. Устройство для излучения и приёма радиоволн 6. Уменьшение энергии колебания с течением времени. 7. Структурно устойчивая уединённая волна, распространяющаяся в нелинейной среде. 8. Явление, возникающее при наложении двух гармонических колебаний, выражающееся в периодическом уменьшении и увеличении амплитуды суммарного сигнала. 9. Процесс испускания и распространения энергии в виде волн и частиц. 10. Преломление лучей света в земной атмосфере.
По вертикали: 1. Процесс распространения колебаний в сплошной среде. 2. Взаимное усиление или ослабление амплитуды двух или нескольких когерентных волн, одновременно распространяющихся в пространстве 3. Процесс постепенного затухания звука в закрытых помещениях после выключения его источника. 4. Явление, которое проявляет себя как отклонение от законов геометрической оптики при распространении волн. 5. Изменения амплитуды и фазы сигнала из-за перемещения передатчика или приёмника в системе радиосвязи и/или распространения сигнала через неоднородную среду, например, ионосферу. 6. Участок стоячей волны, в котором колебания имеют наибольшую амплитуду. 7. Зависимость фазовой скорости волны от её частоты. 8. Физическая величина, используемая по преимуществу для описания гармонических или близких к гармоническим колебаний, меняющаяся со временем (чаще всего равномерно растущая со временем), при заданной амплитуде (для затухающих колебаний - при заданной начальной амплитуде и коэффициенте затухания) определяющая состояние колебательной системы в (любой) данный момент времени. 9. Средняя мощность, переносимая волной через единичную площадку, расположенную перпендикулярно направлению распространения волны. 10. Величина, выражающая в логарифмическом виде понижение мощности сигнала (радио- или оптического).
Контрольные вопросы • • • • Что такое волна? Какие виды волн существуют? Что называется поперечной и продольной волной? Основное свойство всех волн? Что такое волновой фронт? Волновая поверхность? Какая волна является бегущей, гармонической, плоской, сферической? При каких условиях возникает интерференция волн? Что такое звуковые волны? Что может служить источником электромагнитных волн? Теория Максвелла? Опыты Герца, Лебедева? Какие характеристики поля периодически изменяются в бегущей электромагнитной волне? В чём заключается физический смысл вектора Умова? Что является причиной затухания волн? Применение электромагнитных волн?
Скачать презентацию Общие сведения о волнах Распространение радиоволн Содержание
Общие сведения о волнах.ppt