Электромагнитные волны. Шкала излучений. Радиосвязь

c = λν, волна в среде, диапазоны шкалы, радиолокация и схема радиосвязи. 100 заданий на отработку.

Простыми словами

Меняющееся электрическое поле порождает магнитное, а меняющееся магнитное — электрическое. Так они «подхватывают» друг друга и бегут в пространстве со скоростью света. Радио, свет, рентген — всё это электромагнитные волны, только разной длины.

Электромагнитная волна — распространяющееся в пространстве переменное электромагнитное поле. Её излучают заряды, движущиеся с ускорением. Векторы $\overset{www.reknow.ru}{E}$ и $\overset{www.reknow.ru}{B}$ перпендикулярны друг другу и направлению распространения — волна поперечная, поэтому её можно поляризовать.

Длина волны и частота

c = λ ν λ = c T v = \frac{c}{n}

c = 3 \cdot 1 0^{8} м / с

— скорость в вакууме (одинакова для всех диапазонов);

λ

— длина волны, м;

ν

— частота, Гц;

T

— период, с;

v

— скорость в среде с показателем преломления

n

$λ = 150 м$ : $ν = \frac{3 \cdot 1 0 ^{8}}{150} = 2 \cdot 1 0^{6} Гц = 2 МГц$ .
$λ = 300 м$ : $ν = 1 0^{6} Гц = 1000 кГц$ .
Приёмник настроен на $λ = 30 м$ : $T = \frac{λ}{c} = \frac{30}{3 \cdot 1 0 ^{8}} = 1 0^{- 7} с = 0, 1 мкс$ .
Среда с $n = 3$ : $v = \frac{3 \cdot 1 0 ^{8}}{3} = 1 \cdot 1 0^{8} м / с$ .

При переходе в среду частота не меняется, а скорость и длина волны уменьшаются в $n$ раз.

Шкала электромагнитных излучений

Природа всех диапазонов одна — различаются длина волны и частота

Диапазон	Длина волны	Источник
радиоволны	от километров до мм	колебательный контур, антенна
инфракрасное	1 мм – 780 нм	нагретые тела
видимый свет	780 – 380 нм	Солнце, лампы
ультрафиолет	380 – 10 нм	Солнце, кварцевые лампы
рентгеновское	10 – 0,01 нм	рентгеновская трубка
гамма	< 0,01 нм	ядерные превращения

Пример: $λ = 1 км$ — это радиоволны.

Радиосвязь и радиолокация

Передатчикгенератор высокой частоты → модулятор (на несущую волну накладывают звуковой сигнал) → передающая антенна

Приёмникантенна → колебательный контур (настройка на нужную частоту, резонанс) → детектор (выделяет звуковой сигнал) → усилитель → динамик

s = \frac{c t}{2}

радиолокация:

s

— расстояние до цели, м;

t

— время от посылки импульса до возвращения отражённого, с

$t = 8 мкс$ : $s = \frac{3 \cdot 1 0 ^{8} \cdot 8 \cdot 1 0 ^{- 6}}{2} = 1200 м$ .

Делят пополам, потому что импульс проходит путь до цели и обратно.

Свойства волн и связь

Электромагнитная волна переносит энергию электромагнитного поля; векторы $\overset{www.reknow.ru}{E}$ , $\overset{www.reknow.ru}{B}$ и скорость $\overset{v}{www.reknow.ru}$ взаимно перпендикулярны.
Частота волны задаётся источником и при переходе в другую среду не меняется.
В мобильной связи и радиолокации используют микроволновое (СВЧ) излучение — самые короткие радиоволны.
Радиосигнал модулируют, потому что низкочастотный звуковой сигнал сам почти не излучается антенной: его «сажают» на высокочастотную несущую волну.

Примеры заданий

Это несколько заданий из тренажёра, остальные — в тренажёре в начале страницы.

С какой скоростью распространяются в вакууме радиоволны, свет и рентгеновское излучение?

Радиоволны быстрее света
Скорость зависит от частоты излучения
Все они распространяются со скоростью 3·10⁸ мс
Рентгеновское излучение быстрее света

Показать ответ

Ответ: Все они распространяются со скоростью 3·10⁸ мс
Решение. В вакууме все электромагнитные волны движутся с одной и той же скоростью c = 3·10⁸ мс независимо от длины волны.

Каким источником излучаются электромагнитные волны?

Неподвижными зарядами
Ускоренно движущимися зарядами
Равномерно движущимися зарядами
Только нагретыми телами

Показать ответ

Ответ: Ускоренно движущимися зарядами
Решение. Излучение возникает при ускоренном движении зарядов, например при колебаниях тока в антенне.

Электромагнитная волна поперечная или продольная?

Поперечная
Продольная
Зависит от среды
И поперечная, и продольная одновременно

Показать ответ

Ответ: Поперечная
Решение. Векторы E⃗ и B⃗ перпендикулярны направлению распространения, поэтому волна поперечная; именно поэтому её можно поляризовать.

Как расположены векторы E⃗, B⃗ и скорость волны v⃗?

Взаимно перпендикулярно
E⃗ и B⃗ параллельны, v⃗ перпендикулярна
Параллельно друг другу
Расположение произвольное

Показать ответ

Ответ: Взаимно перпендикулярно
Решение. E⃗ ⊥ B⃗ ⊥ v⃗ — тройка векторов взаимно перпендикулярна и образует правую тройку.

Что происходит с длиной волны при переходе света из вакуума в стекло?

Она уменьшается в n раз
Она увеличивается в n раз
Она уменьшается в n² раз
Она не меняется

Показать ответ

Ответ: Она уменьшается в n раз
Решение. Частота при переходе в среду не меняется, а скорость становится v = cn, поэтому λ = v/ν уменьшается в n раз.

Меняется ли частота волны при переходе в другую среду?

Частота становится нулевой
Да, она растёт
Нет, частота определяется источником
Да, она уменьшается

Показать ответ

Ответ: Нет, частота определяется источником
Решение. Частота задаётся источником колебаний и при переходе в другую среду не меняется; меняются скорость и длина волны.