1. Призначення комплекту

Комплект приладів призначений для постановки демонстраційних дослідів при вивчення властивостей електромагнітних хвиль. З його допомогою можна демонструвати відображення, переломлення інтерференцію і дифракцію і інші властивості хвиль при вивченні курсу фізики як в основний, так і в середніх загальноосвітніх школах установах в тій числі і профільних. Склад комплекту До складу комплекту входять: 1. Блок СВЧ-генератора (див. Рис. 1).

рис.1

Основними компонентами цього блоку є електронна схема про що випромінюють діодом Гана на виході. Діод Гана генерує електромагнітні коливання частотою 11 + - 1,1 ГГц (гігагерц) і потужністю 10 мВт (милливатт). Ці коливання генеруються в металлизированном волноводе і випромінюються рупорної антеною. Усередині цього блоку змонтований і модулятор (звуковий генератор), який і забезпечує сприйняття електромагнітного випромінювання НВЧ-генератора. На бічній стороні блоку генератора змонтовані органи управління: 1 - вмикач харчування, 2 - сигнал (світлодіод) включення приладу, 3 - перемикач виду звукового сигналу (дискретний, мелодійний, безперервний), 4,5,6 - гнізда для прослуховування модулюючого сигналу з допомогою телефонів. 2. Блок приймача (див. Рис. 2)

рис.2

до габаритним розмірам і зовнішньої конструкції практично збігається з блоком НВЧ-генератора. Відрізнити його можна по тій стороні блоку, на якій змонтовані органи управління: 1 - вмикач харчування, 2 - сигнал (світлодіод) включення приладу, 3 - лінійка світлодіодів (число світяться діодів говорить про рівень сигналу), 4 - регулятор рівня гучності сигналу , 5 - вмикач (вимикач) звукового сигналу, 6 - гніздо для включення диполь-приймача, 7 - гніздо для включення вольтметра (мультиметра) з межею вимірювання до 10 В. (див. рис.3).

рис.3

3. Диполь-приймач (високочастотний діод) на стійці (див. Рис. 3а) призначений для виявлення (прийому) високочастотних електромагнітних коливань. Висновки цього діода з'єднані про контактами гнізда, закріпленого в нижній частині стійки.

рис.3

4. Три пластини-екрану з дюралюмінію: дві розмірами 170х150х1,2 мм одна - 170х80х1,2 мм.

5. Два бруска з дерева: один розмірами 150х80х40 мм, інший 150х80х20 мм.

6. Парафиновая рівнобедрена призма розмірами 125х125х45 мм.

7. Два дроти: один довжиною 1,2 м подвійний з двоконтактними штепселями на кінцях (він призначений для з'єднання диполь-діода з блоком приймача), інший - довжиною 1,5 м про двоконтактний вилкою на одному кінці і двома зажимами типу "крокодил" , на іншому кінці.

8. Чотири призматичні пластмасові підставки для пластин-екранів.

Всі компоненти набору приладів розміщені в укладаннях пакувальної коробки.

КЕРІВНИЦТВО ПО ПОСТАНОВЦІ ДОСЛІДІВ.

1. Передача радіотелеграфних сигналів

На демонстраційному столі вздовж метра демонстраційного встановлюють блок передавача і блок приймача рупорами назустріч один одному. На модуляторе передавача встановлюють безперервний звуковий сигнал. На приймачі перемикач 5 переводять в положення включення звукового сигналу. Після включення обох блоків в мережу приймач відтворює безперервний звуковий сигнал, це означає, що модульований сигнал, що випромінюється передавачем, приймається приймачем. Якщо вимкнути тумблером 1 передавач, то і зникає приймальний сигнал, Замикаючи і розмикаючи тумблер 1 передавача, можна демонструвати прийом радіотелеграфних сигналів приймачем. Передачу та приймання радіотелеграфних сигналів можна демонструвати і при вимкненому гучномовці приймача. Включають передавач і приймач, регулятор гучності на приймачі встановлюють в таке становище, коли на "лінійці світлодіодів" 3 (див. Рис.2) Горить два-три діода. Далі тумблером 1 передавача замикають і розмикають ланцюги його харчування і спостерігають переривчасте світіння діодів на приймачі.

2. екранують дію предметів з різних речовин на поширення електромагнітних хвиль короткої довжини

Експериментальна установка така ж, що в першому досвіді. Приймач відтворює безперервний звуковий сигнал, закриває рупор передавача або приймача дерев'яним бруском товщиною 20мм і фіксує ослаблення звукового сигналу, візуально це можна фіксувати за допомогою лінійки світлодіодів. Регулятором гучності рівень сигналу фіксують двома палаючими світлодіодами. Після закриття рупора бруском світіння світлодіодів зникає. Якщо повторити ці ж досліди з дерев'яним бруском товщиною 40мм, то виявляють більш сильне поглинання короткохвильового електромагнітного випромінювання. Помістивши перед рупором долоню руки, виявляють практично повне поглинання НВЧ випромінювання. Широка пластинка з дюралюмінію, розміщена між рупорами експериментальної установки, повністю припиняє прийом. Це відбувається в тому випадку, коли ця пластина знаходиться поблизу рупора. Якщо ж вона знаходиться посередині меду рупорами, встановленими на відстані 80 - 100 мм, то прийом СВЧ випромінювання жевріє повністю.

3. Відображення електромагнітних хвиль

Блок генератора і блок приймача встановлюють поруч на відстані 2 - 3 см один від одного рупорами в одну сторону вздовж кришки демонстраційного столу. Включають генератор і приймач і переконуються в тому, що електромагнітні хвилі, які випромінює СВЧ генератором, не приймаються приймачем. На відстані 0,8 - I м від рупорів блоків ставлять металевий екран (широку пластину з комплекту на підставці) і сприймають виразний прийом огранених хвиль. Забирають екран і звучання приймача припиняється. Збирають установку так, як показано на рис. 4.

рис.4

В цьому випадку індикатором прийнятих приймачем сигналів є вольтметр, що включається в гніздо 7 приймача (див. Рис.3). Екран розміщують (повертають) так, щоб показання вольтметра були максимальні. Далі паралельно екрану кладуть транспортир, вимірюють кут падіння в кут відбиття електромагнітних хвиль, встановлюють їх рівність (a = b). Однаковість законів відбиття світла і електромагнітних хвиль можна підтвердити за допомогою парафіну та призми, збирають експериментальну установку, доведену на рис. 5.

рис.5

Досвід показує, що парафінова призма за рахунок повного внутрішнього відображення повертає електромагнітне вивчення вод прямим кутом. Ця ж призма може розгорнути спрямоване електромагнітне випромінювання в зворотному напрямку, її зібрати експериментальну установку так як, показано на рис. 6.

рис.6

4. Преломление електромагнітних хвиль

Збирають експериментальну установку (див. Рис. 7),

рис.7

де парафінова призма встановлена ​​на дерев'яному бруску товщиною 40 мм, розміщеному на двох призматичних опорах, а приймальний диполь-детектор з'єднаний провідником з гніздом 6 приймача. На блоці передавача уздовж його корпусу розміщують метрову лінійку, уздовж осі цієї ж лінійки за парафінової лінзою розміщують диполь-детектор. Відзначають відсутність звукового сигналу. Це означає, що електромагнітні хвилі, проходячи через парафінову лінзу, змінюють свій напрямок поширення. Плавно переміщають стійку про диполем-детектором уздовж широкої сторони бруска-підставки і виявляють зростання гучності звучання приймача, при найбільшої гучності фіксують положення диполя-детектора і відзначають кут заломлення b. Відзначають, що на кордоні розділу двох середовищ дорівнює густині високочастотне електромагнітне випромінювання змінює напрямок свого поширення, тобто переломлюється. Необхідно відзначити, що заломлення відбувається тоді, коли кут падіння більше нуля.

5. Вимірювання довжини електромагнітної хвилі

Встановлюють на відстані 60 - 80 ом від рупора СВЧ генератора металевий екран перпендикулярно площині екрану (рис. 8).

рис.8

Уздовж прямий, що з'єднує рупор генератора з екраном на стіл кладуть вимірювальну лінійку. Поблизу від екрану на цю лінійку поміщають диполь-детектор на стійці, з'єднаний про приймачем. В цьому випадку в ланцюзі приймальної антени виникає електричний струм. Сила струму пропорційна амплітуді коливань електричного вектора електромагнітної хвилі. Переміщують диполь-детектор уздовж прямої, що з'єднує рупор антени з екраном. При повільному переміщенні фіксують зміну сили струму в ланцюзі приймальної антени до гучності звучання динаміка. Максимальні значення сили струму в ланцюзі приймальної антени спостерігаються при проходженні прийомної антени в пучностях електромагнітної хвилі, мінімальні - в її вузлах. Відстань між сусідніми вузлами або пучноотямі стоячій хвилі, що виникає в просторі між рупором і екраном в результаті інтерференції падаючої і відбитої електромагнітної хвилі, дорівнює половині довжини хвилі l / 2. Повільно переміщують диполь-детектор уздовж лінійки, знаходять таке його положення, коли інтенсивність звуку стає мінімальною. Фіксують відстань за шкалою лінійки від екрану до центру стійки диполя-детектора. Знову переміщують диполь-детектор вдалину лінійки в ту ж сторону і фіксують посилення гучності звуку. Проходять чотири пучности стоячій електромагнітної хвилі і встановлюють диполь-детектор в п'ятому вузлі. Вимірюючи відстань по лінійці від першого до п'ятого вузла за формулою: Dl = l5-lo = 5l l = 2dl / 5 обчислюють довжину електромагнітної хвилі.

6. Інтерференція електромагнітних хвиль

Для спостереження інтерференції електромагнітних хвиль вимірюють метод розщеплення одного пучка хвиль на два (див. Рис. 9) і відповідно до цього збирають експериментальну установку. Переміщаючи диполь-діод, підключений до приймача в напрямку вказаному стрілками, фіксують кілька послідовних підсилень і ослаблення прийому. Пояснюють це тим, що при русі диполь-діода в цьому просторі має місце інтерференція прямого і відбитого oт пластини (дзеркала) пучків хвиль.

рис.9

7. Дифракція електромагнітних хвиль

Для демонстрації дифракції електромагнітних хвиль (див. Рис. 10).

рис.10

У цій установці екран перекриває половину рупора передавача, диполь-діод на початку встановлюють позаду екрану, але він не закривається ім. Слухають звучання сигналу. Потім повільно переміщують диполь-діод за екран і відзначають, що звучання довго не припиняється. Воно зникає, коли диполь-діод виявиться глибоко за екраном. Виявлення електромагнітних хвиль за екраном говорить про їх дифракції. Перед рупором передавача встановлюють два екрани так, щоб між ними утворилася повітряна щілину шириною 3-4 см (див. Рис. 11).

рис.11

Позаду щілини встановлюють диполь-діод підключений до приймача. Плавно переміщають за щілиною диполь-діод і за звучанням гучномовця приймача виявляють центральний і один-два побічних максимуму з кожного боку щілини. З двох широких і одного вузького екранів моделюють дифракційну решітку, на яку падає СВЧ випромінювання від генератора (див. Рис. 12). Повільно переміщують за екранами диполь-діод, з'єднаний з приймачем. За звучанням гучномовця відзначають, що за малим екраном звучання відсутня, чітко виражені два побічних максимуму з боку щілини.

рис.12

8. Поляризація електромагнітних хвиль

Якщо при вимкнених приладах подивитися в рупори як блоку передавача, так і наступника, то можна побачити високочастотні діоди, розташовані у вертикальній площині. Ці .діоди і є відповідно диполем випромінюють і диполем приймають. Це означає, що вектор напруженості електричного поля випромінюваної генератором електромагнітної хвилі має вертикальний напрямок. Таке поле може переміщати заряди (викликати струм) уздовж приймального диполя-діода, коли він розташований вертикально і не може цього зробити, коли він горизонтальний. Це говорить про те, що електромагнітні хвилі поперечні, в них коливання вектора напруженості електричного поля відбуваються в одній площині, а вектора магнітної індукції в площині, перпендикулярній першій. Пристрій, що виділяють коливання, що відбуваються в одній площині, називають поляризатором. Пристрій, що виділяє площину поляризованої хвилі, називають аналізатором. У нашому випадку диполь-діод передавача випромінює поляризовану електромагнітну хвилю, яку приймає диполь-діод приймача (аналізатор), якщо вони розташовані в одній площині. Зміна площині аналізатора, наприклад на 90 °, призводить до припинення прийому. Ці міркування легко перевіряються досвідом. Приймач і передавач рупорами встановлюють назустріч один одному на відстані 0,8-1м і сприймають приймається звуковий сигнал. Далі приймач беруть в руки і, не змінюючи орієнтації приладу, повільно повертають його навколо горизонтальної осі. При цьому зауважують, що гучність звуку поступово зменшується і вона зовсім зникає, коли прилад буде повернений на 90 °.