Урок по теме «Электромагнитные волны. Принцип радиосвязи».
Цель урока
сформулировать понятие «электромагнитное поле»;
рассмотреть свойства электромагнитных волн;
показать практическое применение электромагнитных волн.
Изобретение радио Александром Степановичем Поповым. (слайд 8 - 10)
В России одним из первых изучением эл. волн занялся преподаватель офицерских курсов в Кронштадте А.С. Попов. Начав с воспроизведения опытов Герца, он использовал более чувствительный способ регистрации эл - маг. волк – КОГЕРЕР (стеклянную трубку с двумя электродами). В трубке помещались мелкие металлические опилки. Принцип действия прибора основан на влиянии электрических разрядов на метал. порошок. В обычных условиях когерер обладает большим сопротивлением, т.к. опилки имеют плохой контакт друг с другом. Пришедшая эл – маг. Волна создаёт в когерере переменный ток высокой частоты. Между опилками проскакивают мельчайшие искорки, в результате сопротивление когерера резко падает. Сила тока в катушке эл – маг. реле возрастает, и оно включает звонок. Молоточек звонка, ударяя по когереру , встряхивает его и возвращает в исходное состояние. Аппарат готов к приёму.
Чтобы повысить чувствительность аппарата, А.С.Попов один из выводов когерера заземлил, а другой присоединил к высоко поднятому куску проволоки, создав тем самым первую в мире антену для беспроволочной связи. Заземление превращает проводящую поверхность Земли в часть открытого колебательного контура, что увеличивает дальность приёма. Хотя современные радиоприёмники очень мало напоминают приёмник Попова, основные принципы их действия остались те же.
Принцип радиосвязи.
Переменный электрический ток высокой частоты, созданный в передающей антене, вызывает в окружающем пространстве быстроменяющееся электромагнитное поле, которое распространяется в виде электромагнитной волны. Достигая приёмной антены, электромагнитная волна вызывает в ней переменный ток той же частоты, на которой работает передатчик. Для осуществления радиотелефонной связи необходимо использовать высокочастотые колебания. Незатухающие гармонические колебания высокой частоты вырабатывает генератор. Для передачи звука эти высокочастотые колебания изменяют, или, модулируют, с помощью электрических колебаний низкой (звуковой) частоты. Можно, например,
изменять со звуковой частотой амплитуду высокочастотных колебаний (амплитудная модуляция).
РАБОТА ПО ГРАФИКАМ: (слайд 11)
1)график колебаний высокой частоты, которую называют несущей частотой;
2) график колебаний звуковой частоты;
3) график модулированных по амплитуде колебаний.
Модуляция - медленный процесс. Это такие изменения в высокочастотной колебательной системе, при которых она успеет совершить очень много высокочастотных колебаний, прежде чем их амплитуда изменится заметным образом. (слайд 12) Кроме амплитудной модуляции может быть использована частотная модуляция – изменение частоты колебаний в соответствии с управляющим сигналом.
Детектирование – процесс выделения в приёмнике из модулированных колебаний высокой частоты низкочастотных колебаний. Полученный в результате детектирования сигнал соответствует тому звуковому сигналу, который действовал на микрофон передатчика. После усиления колебания низкой частоты могут быть превращены в звук. (слайд 13) Детектирование осуществляется устройством, содержащим элемент с односторонней проводимостью – детектор. Таким элементом может быть ДИОД.
Детектор - двухэлектродный полу - проводниковый прибор (слайд 14) (высокочастотный диод), обладающий односторонней электропроводностью: хорошо проводит ток одного направления и не проводит или слабо проводит - ток обратного направления. Для простоты объяснения работы диода как детектора будем считать, что ток обратного направления он вообще не проводит и является для него как бы изолятором. Это свойство диода иллюстрирует график, изображенный на (рис. 1), диод беспрепятственно пропускает через себя положительные полуволны переменного тока и совсем не пропускает отрицательные полуволны. Отрицательные полуволны диод как бы срезает. В результате такого действия диода переменный ток преобразуется в пульсирующий ток одного направления, но изменяющийся по величине с частотой пропускаемого через него тока. Этот преобразовательный процесс, называемый выпрямлением переменного тока, лежит в основе детектирования принятых радиосигналов. Поскольку диод пропускает ток только одного направления, то модулированные колебания радиочастоты, поступающие в его цепь, будут им выпрямлены (рис. 2), говоря иначе, продетектированы. Если провести штриховую линию, огибающую верщины выпрямленного тока, то получится «рисунок» тока звуковой частоты, которым модулирован ток, поступающий в антенну радиостанции во время передачи. Ток, получившийся в результате детектирования, состоит из импульсов радиочастоты, амплитуды которых изменяются со звуковой частотой. Его можно рассматривать как суммарный ток и разложить на две составляющие: высокочастотную и низкочастотную. В простейшем приемнике составляющая звуковой частоты идет через телефоны и преобразуется ими в звук.
Свойства электромагнитных волн.
Знание свойств эл – маг волн, позволило создать различные радиоприёмники, работающие на разных длинах волн.
Поглощение эл – маг волн (слайд 15).
Рупоры расположили друг против друга, добились хорошей слышимости в громкоговорителе и между рупорами поместили диэлектрик. Громкость уменьшилась.
Отражение эл – маг волн. (слайд 16)
Если диэлектрик заменить металлической пластиной, то звук перестанет быть слышим. Волны не достигают приёмника вследствие отражения. Отражение происходит под углом = углу падания.
Преломление эл – маг волн. Эл – маг волны изменяют своё направление (преломляются) на границе диэлектрика. Это можно обнаружить с помощью большой треугольной призмы из парафина. Поворачивая призму, можно добиться исчезновения звука.
Поперечность эл – маг волн (слайд 17)
Это означает, что вектор В и Е перпендикулярны друг другу. Волны с таким расположением векторов В и Е называют поляризованными.
Интерференция и дифракция эл – маг волн.
Способность складываться (точнее сказать накладываться друг на друга) и огибать препятствия.
Все эти свойства используются в радиовещании и радиолокации.
Распространение радиоволн.
Устойчивая радиосвязь между удалёнными пунктами на земной поверхности вне прямой видимости оказывается возможной из – за способности радиоволн огибать выпуклую земную поверхность. Это огибание выражено тем сильнее, чем больше длина волны. Наибольший интерес представляет для нас поведение волн, идущих вблизи земной поверхности. В каждом отдельном случае их поведение может быть различным в зависимости от длины волн и свойства атмосферы. (слайд 18)
Радиоволны (радиочастоты), используемые в радиотехнике, занимают область, или более научно – спектр от 10 000 м (30 кГц) до 0.1 мм (3 000 ГГц). Это только часть обширного спектра электромагнитных волн. Международными соглашениями весь спектр радиоволн, применяемых в радиосвязи, разбит на диапазоны: РАБОТА С ТАБЛИЦЕЙ СЛАЙДА.
Радиосвязь на больших расстояниях возможна за счёт огибания длинными и средними волнами поверхности Земли. Например известно, что чтобы обогнуть земной шар радиоволна затрачивает 0, 13 с. (Километровые волны способны огибать горы). (слайд 19) Существенное влияние на распространение радиоволн оказывают слои ионизованного газа в верхних слоях атмосферы на высоте 100 – 300 км над поверхностью Земли. Эти слои называются ионосферой. Ионосфера способна отражать и поглощать радиоволны. Причём эта способность зависит и от времени суток. Ионосфера отражает волны 𝝺10 м как обыкновенная металлическая пластина. Эти волны распространяются на большие расстояния за счёт многократного отражения от ионосферы. (слайд 20)
Ультракороткие волны (𝝺
(слайд 21) Принцип сотовой связи.
Сотовая телефонная связь основана на компьютерных системах, которые связывают номера абонентов и адреса наиболее близких ретрансляторов. Во время соединения компьютерная система находит оптимальный путь связи. Сотовый телефон абонента постоянно принимает сигналы ретранслятора, с которым он связан. При перемещении абонента происходит перерегистрация – привязка абонента к новому, ближайшему ретранслятору.
511
97 912 
