» ГЛАВНАЯ > К содержанию номера
» Все публикации автора
Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»
Февраль, 2020 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №2 (35) 2020
Автор: Ёлочкин Сергей Владимирович, Пенсионер
Рубрика: Физико-математические науки
Название статьи: измерение скорости распространения электромагнитных волн.
Дата публикации: 23.01.2020
УДК 537.874
ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН
Ёлочкин Сергей Владимирович
Аннотация. Изучение процесса
распространения электромагнитных волн в воздухе и экспериментальное определение
скорости волн, используя их длины и частоты.
Ключевые слова: Генератор
высокочастотных электромагнитных колебаний, излучающие
антенны, приёмная антенна, осциллограф, интерференция волн, электрическое
переменное поле шарового конденсатора.
Введение.
Все имеющиеся источники злектромагнитные волн имеют как скорости распространения волн, так и именно поперечные (по отношению к направлению) распространение этих волн, электрических и магнитных составляющих их.
Как известно, скорость распространения
электромагнитной волны давно известно. Можно использовать лабораторную работу
для определения скорости распространения электромагнитной волны.
Первый вариант.
Определение скорости
распространения электромагнитной волны
Приборы и материалы: генератор высокочастотный (желательно не менее 3ГГц), осциллограф (то же), 3 антенны (две излучающие, третья приёмная), разветвитель (возможно отдельные кабеля к антеннам, при более одного канала), линейка (не токопроводная, можно деревянная).
Рассмотрим
схему настольной установки.
Используется две излучающие антенны, Антенна1 и Антенна2, подключённые к
генератору, и приёмная Антенна3, подключённая к осциллографу. На деревянной
линейке Антенна1 установлена неподвижно. Антенна2 можно передвигать дальше или
ближе, находящейся слева от Антенна1. Приёмная Антенна3 также, желательно, неподвижна,
находится слева от Антенна1 (см. Рис. 1).
Рис. 1 Схема настольной установки.
Разумеется, придётся воспользоваться такими частотами, которые будут излучать электромагнитные волны с длиной от 10 до 30 см (чтобы всё входило буквально на рабочем столе). В этом случае, потребуются соответствующие высокочастотный генератор и осциллограф, максимальная частота = 3ГГц. В этом случае, длина волны будет соответствовать l=10 см.
Расстояния излучающих антенн, Антенна1 и Антенна2, будем использовать значение l в длинах волн l. В таком случае, происходит интерференция двух синфазных источникив электромагнитных волн. Если расстояния антенн 1 и 2 составляют l=0.5l, то на Антенна3 падает минимальную амплитуду волн. А если расстояния антенн 1 и 2 составляют l=l , то на Антенна3 падает максимальную амплитуду волн. Т.е. когда расстояния между источников составляют чётное число полуволн, то амплитуда на Антенна3 будет максимальна, а нечётное число полуволн, то амплитуда на Антенна3 будет минимальна.
Как известно, длина волны равна отношению скорости света к частоте (см. ф.1).
|
λ = |
с |
(1) |
|
ν |
Таким образом, измерение скорости света в соответствии с (ф.2)
|
с = λν |
(2) |
|
В том случае, что максимальная и минимальная амтлидуды находятся после передвижения Антенна2, то расстояния антенн 1 и 2 составляют l = 0.5l, следовательно получается (ф.3)
|
с = 2lν |
(3) |
|
Можно посмотреть, как выглядят интерференционные картины, в зависимости распространения поперечных волн от расстояний антенн 1 и 2 (см. на Рис. 2).
Рис.
2 Интерференция
двух источников.
Для получения более наглядного изображения (Рис.
2), будем
рассматривать не одно из конкретных моментов поперечных волн, а огибаемой линию
амплитуды волн (см. Рис. 3).
Рис. 3 Изображение огибающей линии синусоиды.
Используя это, теперь можно посмотреть, как будут выглядят интерференционные картины, в зависимости амплитуд от расстояний антенн 1 и 2 при именно синфазных волн (см. на Рис. 3.1 – 3.9).
|
Рис. 3.1 l = 0.5*l |
Рис. 3.2 l = 0.75*l |
Рис. 3.3 l = l |
|
|
|
|
|
Рис. 3.4 l = 1.25*l |
Рис. 3.5 l = 1.5*l |
Рис. 3.6 l = 1.75*l |
|
|
|
|
|
Рис. 3.7 l = 2*l |
Рис. 3.8 l = 2.25*l |
Рис. 3.9 l = 2.5*l |
Если же источники имеют противофазных источников, то когда расстояния между источников составляют чётное число полуволн, то амплитуда на Антенна3 будет минимальна, а нечётное число полуволн, то амплитуда на Антенна3 будет максимальна. Можно посмотреть, как выглядят интерференционные картины, в зависимости амплитуд от расстояний антенн 1 и 2 при именно противофазных волн (см. на Рис. 4.1 – 4.9).
Рис. 4.1 l = 0.5*l |
Рис. 4.2 l = 0.75*l |
Рис. 4.3 l = l |
|
|
|
|
|
Рис. 4.4 l = 1.25*l |
Рис. 4.5 l = 1.5*l |
Рис. 4.6 l = 1.75*l |
|
|
|
|
|
Рис. 4.7 l = 2*l |
Рис. 4.8 l = 2.25*l |
Рис. 4.9 l = 2.5*l |
Таким образом, передвигая Антенна2, можно увидеть на осциллографе как минимальную, так и максимальную амплитуду.
С другой стороны, если зафиксировать положение Антенна2, можно изменять частоту на генераторе, что всё будет выглядеть точно так же.
Как указано в [1], в качестве антенн используются диполи. Там же имеются и все необходимые формулы.
И всё вышеуказанное справедливо для именно поперечных колебанияй распространения электромагнитных волн.
А теперь давайте рассмотрим продольные колебания, если они при этом существуют.
Второй вариант.
Рассмотрим
переменного электрического поля.
Схема настольной установки, указанная выше, практически ничем не должна отличаться, кроме антенн. На Рис. 5 изображена антенна, которая будется собираться в процессе.
Рис. 5
Таким образом, экранированный провод не излучает
никакой ток. Металлический же шарик, будет иметь только электрический
потенциал. Причём этот шарик будет иметь потенциал, изменяющийся как заряд,
т.е. и положительный и отрицательный. Следовательно, Антенна1 и Антенна2,
подключённые к генератору, будут
источниками переменных электрических потенциалов, а Антенна3, подключённая к осциллографу, будет в качестве потенциометра.
При
полученной схеме, когда изменяются расстояния м/у Антенна1 и Антенна2, возникают принципиальные вопросы:
- Возможны ли колебания электрических продольных волн?
- Возможна ли интерференция электрических продольных волн?
- Если это возможно, каковы будут длина волны и скорость распространения сигнала электрических продольных волн?
Если все
результаты во втором варианте совпадут с первым, следовательно всё прекрасно.
Если же
вдруг не совпадут, результаты будут фееричны.
Заключение.
Если вспомнить, скорость распространения поперечных волн в воде (на поверхности воды) составляет, приблизительно, 40 см/сек. Скорость же распространения продольных волн в воде (т.е. скорость звука в воде) составляет, приблизительно, 150000 см/сек.
Возникает крайне интересно, получатся ли колебания электрических продольных волн.
Следовательно, надо обязательно провести лабораторные работы обоих вариантов.
С уважением,
Ёлочкин Сергей Владимирович
Список литературы:
- «Энергия и скорость электромагнитной волны», Урок 4-й из серии уроков на тему «Электромагнитные волны». См. № 24/08; 2, 4/09
- Мякишев Г.Я. Физика: Учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений / Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев. – М.: Просвещение, 2004.
- Касьянов В.А. Физика. 11 кл.: Учебн. для 11 кл. общеобразоват. учеб. заведений. – М.: Дрофа, 2002.
- «Справочный по математике (для научных работников и инженеров)», Корн Г., Корн Т. Издательство “Наука”, Москва, 1972 г.
- «Вращения галактики противоречит тёмной материи», С.В.Ёлочкин, Международный научный журнал «Наука через призму времени» №2 (11) 2018, http://www.naupri.ru/journal/640
- «Прецессия параллакса, искривление световых лучей и Общая Теория Относительности», С.В.Ёлочкин, Международный научный журнал «Наука через призму времени» №3 (12) 2018, http://www.naupri.ru/journal/719
- «Радикальное изменение экспериментальной проверки вывода П.Н.Лебедева о существовании давления света», С.В. Ёлочкин. Международный научный журнал «Наука через призму времени», №4 (13), 2018, http://www.naupri.ru/journal/764
- «Двустороннее функциональное преобразование в СТО», С.В. Ёлочкин, Международный научный журнал «Наука через призму времени», 2018, №6 (15), http://www.naupri.ru/journal/1002
Комментарии:
