Контрольные вопросы

1. Как возникают электромагнитные колебания в колебательном контуре?

2. Напишите формулу Томсона для периода электромагнитных колебаний.

3. Напишите уравнения Максвелла для электромагнитного поля.

4. Излучение электромагнитных волн.

5. Поляризация электромагнитных вол

Литература

1. Савельев И. В. Курс общей физики. М.: Наука. Т.2, 1982. § 71, 89.

2. Трофимова Т. И. Курс физики. М.: Высшая школа. 2002, § 143, 161.

3. Бондарев Б. В., Калашников Н. П., Спирин Г. Г. Курс общей физики. М.: Высшая школа. 2003, кн. 2. § 9.1, 10.1.

Лабораторная работа 2.20

ЭЛЕКТРОННЫЙ ОСЦИЛЛОГРАФ

Цель работы:

1. Исследовать чувствительность пластин вертикального и горизонтального отклонений осциллографической трубки,

2. Наблюдать с помощью осциллографа синусоидальное напряжение, полученное с выхода генератора.

3. Получить фигуры Лиссажу и определить частоту исследуемого напряжения по фигурам Лиссажу.

Введение

Осциллограф является одним из важнейших исследовательских приборов. Чаще всего он применяется для наблюдения, и исследования переменных во времени электрических сигналов.

1. Электронно-лучевая трубка

Основным рабочим элементом осциллографа является электронно-лучевая трубка (рис. 1).

Для получения термоэлектронной эмиссии катод трубки нагревают, подавая на нагреватель катода переменное напряжение. Вылетевшие из катода электроны ускоряются электрическим полем и движутся по направлению к аноду. По пути они пролетают через фокусирующий электрод, который собирает вылетевшие электроны в пучок, образуя электронный луч. Нить накала, катод, фокусирующий электрод и анод вместе называются электронной пушкой.

Электронный луч выходит через отверстие в аноде и проходит между отклоняющими пластинами двух взаимно перпендикулярных плоских конденсаторов. Если в конденсаторах создать электрическое поле, то первый конденсатор С₁ может отклонять луч в одном направлении, (например, в горизонтальном), а второй конденсатор С₂ — в перпендикулярном верти­кальном направлении. Пройдя отклоняющие пластины конденсаторов, электронный луч попадает в широкую часть трубки. Экран электронно-лучевой трубки покрывается веществом, которое светится под действием электронного пучка. В результате на экране видно светящееся пятно F. При правильно подобранных напряжениях на катоде, аноде и фокусирующем электроде это пятно имеет размеры порядка 1 мм в диаметре.

Регулировка размеров пятна и его яркости осуществляется регуляторами “Яркость” и “Фокусировка”, с помощью которых изменяется напряжение между отдельными электродами электронной пушки.

Положение пятна на экране можно изменять с помощью регуляторов “Смещение X” и “Смещение Y”, иногда обозначаемых “  ” и “ ”.

Все вышеупомянутые регуляторы выведены на лицевую панель осциллографа.

Если на пластины конденсаторов С₁ и С₂ (см. рис. 1) подать напряжение, то пятно F на экране перемещается как в горизонтальном (вдоль оси х), так и вертикальном (вдоль оси у) направлениях. При изменении напряжения на обоих конденсаторах пятно F перемещается по некоторой траектории в плоскости экрана.

Применение в осциллографе электронно-лучевой трубки дает возможность использовать осциллограф для наблюдения электрических сигналов, переменных во времени. Рассмотрим подробнее, как это делается. Пусть на пластины вертикального отклонения подается обычное синусо­идальное напряжение и одновременно на пластины горизонтального откло­нения подается пилообразное напряжение так, как это показано на рис. 2.

При постоянном (линейном по времени) увеличении напряжения их пятно движется по экрану слева направо с некоторой постоянной скоростью, зависящей от частоты развертки f_x. Затем, когда напряжение их быстро уменьшается (за  = 10^-6  10^-9 с), пятно F практически мгновенно возвращается справа налево. Через интервал времени, равный периоду пилообразного напряжения Т_х = 1/ f_x, движение пятна повторяется.

Одновременно пятно перемещается в вертикальном направлении под действием синусоидального напряжения. В итоге траектория пятна оказывается очень сложной, и-на экране наблюдается быстро меняющаяся картина. Но в случае, когда период напряжения развертки (“Пилы”) Т_х есть целое кратное периода исследуемого напряжения (в данной работе синусоиды), т. е.

Т_х = nТ_у , n = 1,2,3, …, (4)

картинка на экране окажется неподвижной. Например, при одновременном прохождении через нуль напряжений и_х и и_у получится картина, показанная на рис. 3, б.

Обычно для получения неподвижной картинки на экране используется специальный сигнал синхронизации, вырабатываемый специальным устройством внутри осциллографа или подаваемый извне.