6.2.6.5. Скорость распространения эмв. Длина эмв в различных средах

ЭМВ имеет электрическую и магнитную составляющие. Теоретически Максвелл показал, что скорость распространения ЭМВ в среде зависит от электрических и магнитных свойств среды ( и ): . Для вакуума    и  = 1;

. Тогда или .

Абсолютный показатель преломления среды (n) – величина, показывающая, во сколько раз скорость распространения ЭМВ в вакууме больше, чем в среде . Для ЭМВ справедлива формула v  (п.6.1.2.2), где  – длина волны;  – частота колебаний.

Для вакуума (*) (₀ – длина волны в вакууме). Из (*) при  = const следует, что при переходе ЭМВ из одной среды в другую длина волны  меняется.

При этом или , т. е. наибольшая длина ЭМВ в вакууме.

6.2.6.6. Энергия эмв

ЭМВ есть сложное сочетание электрического и магнитного полей, причем колебания и происходят в одинаковой фазе. Значит, полную энергию ЭМВ, излученную в среду, можно определить как сумму энергий электрического и магнитного полей: .

Для открытого колебательного LC-контура: .

• В практике используют не параметры контура (L и C), а параметры среды ( и ). Из теории известно, что полная энергия однородного ЭМП, занимающего объем V: .

Пусть волна равномерно движется вдоль луча.

Поток (мощность) излучения (Ф) – отношение энергии W волны, прошедшей через поверхность S, ко времени ее прохождения t [Ф] = 1 Вт.

6.2.7. Основы радиосвязи

6.2.7.1. Изобретение радио

Герц показал, что ЭМВ можно посылать и принимать, однако малая дальность приёма не позволяла практически применить это явление.

Преподаватель офицерских курсов в Кронштадте Александр Степанович Попов (1859–1906, Россия) поставил перед собой практическую задачу – создать средство связи для Российского военно-морского флота. Он увеличил мощность источника ЭМВ и усовершенствовал вибратор, один конец которого соединил с высоко расположенной антенной, а другой заземлил, включив проводящую поверхность Земли в открытый колебательный контур.

Важнейшей частью приемника Попова стал когерер –стеклянный баллон, наполовину заполненный металлическими опилками, в который вплавлены два электрода и резонатор. Если на электроды подать напряжение, то через опилки потечёт очень малый ток, т.к. контакт между опилками слабый и их сопротивление составляет около 100000 Ом.

Пришедшая в когерер волна наводит в опилках переменный ток высокой частоты, между ними проскакивают искорки, опилки сплавляются (их сопротивление резко падает до  500 Ом), ток через них резко возрастает и его можно фиксировать индикатором. Для возвращения прибора в исходное состояние достаточно встряхнуть опилки, слегка стукнув по баллону.

Приемник включает в себя антенну, когерер, источник напряжения и звонок. ЭМВ достигает антенны, сопротивление когерера падает, ток в цепи звонка возрастает и он звонит. Молоточек звонка располагают так, что он ударяет по звонку и по баллону когерера, встряхивая опилки. После встряхивания приемник вновь готов к регистрации ЭМВ.

7 мая 1895 г. Попов представил приемник на заседании Русского физико-химического общества в Петербурге. Дальность связи вначале была 250 м, затем удалось увеличить ее до 600 м. В 1899 г. на маневрах Черноморского флота была установлена связь на расстоянии 20 км. Параллельно звонку Попов подключил телеграфный аппарат и создал первый радиотелеграф для регистрации сигналов на бумаге. В дальнейшем он использовал телефонный аппарат и создал первый радиотелефон. Телефонист принимал звуковые сообщения, зашифрованные кодом Морзе. После успешных испытаний радиосвязь получила широкое распространение.