Сабақтың мақсаты: Сабақтың барысы

§2.1 Айнымалы ток

Тізбекте орныққан еріксіз электромагниттік тербелістерді айнымалы ток деп атайды. Мұндай тізбекте ток күші мен кернеу синус (немесе косинус) заңымен өзгереді. Тізбектегі керенудің гармоникалық өзгерістері өткізгіштердің ішіндегі электр өрісі кернеулігінің де дәл осындай өзгерістерін тудырады. Өткізгіштің бойымен бағытталған электр өрісі электрондарды бағытталған қозғалысқа келтіреді, сөйтіп, тізбекте ток пайда болады. Ал, егер өткізгіштің ішіндегі электр өрісі периодты өзгеріске ұшыраса, ток күші де соған сәйкес өзгеретіні түсінікті.

Электр өрісі кернеулігінің өзгерістері өткізгіш ішінде жарық жылдамдығына тең жылдамдықпен тарайды, сондықтан кернеу тербелістерінің периодымен салыстырғанда, өткізгіш ішінде өріс кернеулігінің өзгерістері лезде тарайды деп есептеуге болады. Олай болса, тізбек ұштарына түсетін кернеу өзгерген мезетте бүкіл тізбек бойындағы электр өрісі де өзгеріске ұшырайды. Демек, берілген уақыт мезетінде өткізгіштің кез келген көлденең қимасындағы ток күшінің мәні, яғни ток күшінің лездік мәні бірдей. Мұндай ток квазистационар ток деп аталады.

Е

І_і = ― .

R

Айнымалы кернеу айнымалы ток генераторларында өндіріледі. Олардың жұмыс істеу принципі электромагниттік индукцияқұбылысына негізделген.

активті кедергі

Бізге бұрыннан таныс R кедергіні айнымалы ток тізбегінде активті кедергі деп атайды. Себебі айнымалы ток тізбегінде бұдан басқа индуктивтік пен сыйымдылық кедергілері бар. Бірақ жыллу энергиясы тек активті кедергіде бөлінеді, яғни тек активті кедергісі бар жүктеме ғана генератордан алынатын энергияны жұтады.

Ток күші мен кернеудің лездік мәндері үшін Ом заңдары орындалады:

u U_mcoswt

i=− = --------- = I_mcoswt.

R R
Диаграммада айнымалы ток күшінің амплитудасы мен айнымалы кернеудің амплитудасы параллель векторлар түрінде кескінделеді, олардың арасындағы бұрыш , яғни тербелісфазаларының айырымы нөлге тең.

Кондерсатор қосылған тізбектен тұрақты ток жүрмейді, себебі бұл жағдайда тізбек тұйық емес, кондерсатордың астарларының арасы диэлектрикпен бөлінген. Ал, бірақ кондерсаторды айнымалы кернеу көзіне қосса, ол үнемі қайта зарядталып отырады да тізбек рақылы ток жүреді.

Айнымалы u=U_mcoswt кернеу көзіне қосылған сыйымдылығы С кондерсатордан тұратын өте қарапайым тізбекті қарастырайық. Жалғастырғыш сымдардың кедергісі R=0 болсын. Онда

q

кондерсаторға түсетін кернеу u=U_m coswt= ----,

мұндағы q – кондерсатордың астарларындағы заряд. Бұдан q=U_mCcoswt. Мұндағы I_m=wCU_m. Енді осы өрнекке

1

Х_с= ----

белгілеуін енгізсек;

U_m

І_m= -----

X_c

формуласын аламыз.

Өрнектегі активті кедергінің орнында тұрған жиілік пен сыйымдылықтың көбейтіндісінің кері шамасын сыйымдылық кедергі деп атайды. Сонымен бірге тербеліс жиілігі неғұрлым көп болса, сыйымдылық кедергі соғұрлым аз.Тұрақты ток ток үшін w=0, недеше Х_с=∞-ке тең. Тізбекте ток жүрмейді.


Сабақтың тақырыбы:§2.4.Айнымалы ток тізбегіндегі индуктивті

кедергі

Айнымалы ток тізбегінде индуктивтік қосымша кедергі тудырады, мұны өздік индукция құбылысымен түсіндіруге болады.

Мынадай тәжірибені қарастырацық. Тұрақты ток көзіне қосылған екі электр шамының екіншісіне тзбектей индуктивтігі үлкен катушка жалғанған. Кілтті тұйықтаған кезде бірінші шам жарқ етіп бірден, ал екіншісі кешігіп жанады. Бұл тәжірибенің нәтижесін былай түсіндіруге болады. Кілтті тұйықтағанда тізбектегі ток нөлден і_maxмәніне дейін өседі. Бірінші шамдағы ток күші тез өседі, ал екінші шамнан өтетін ток күшінің тез өсуіне пайда болған өздік индукция тогы кедергі жасайды. Сондықтан екінші шамнан өтетін ток күші баяу, біртіндеп өсіп, бірінші шамдағы ток күшінің мәніне жетеді.

wL өрнегі катушканың индуктивті кедергісі деп аталады да Х_L әрпімен белгіленеді.

Х_L=wL
Индуктивтік кедергі айнымалы токтың циклдік жиілігі мен индуктивтігіне тура пропорционал. Индуктивтік артқан сайын кедергіде артады. Жиілік азайса, кедергі де кемиді. Тұрақты ток үшін жиілік w=0, онда индуктивтік кедергі де нөлге тең.


Сабақтың тақырыбы:§2.5. Айнымалы токтың толық тізбегі үшін

Ом заңы

Бір-біріне тізбектей жалғанған индуктивтігі L катушкадан, сыйымдылығы С кондерсатордан және кедергісі R резистордан тұратын тізбектің қысқыштарына u=U_mcoswt айнымалы кернеу түсірейік. Ток күшінің і лездік мәні де, І_м амплитудалық мәні де тізбектей жалғанған тізбектің барлық бөлігінде бірдей болады. Ал ток көзінің полюстеріндегі лездік кернеу оның жеке бөліктеріндегі кернеудің лездік мәндерінің қосындысына тең.

u =u_R+u_C+u_L.

Тізбектей жалғанған тізбектің барлық бөлігіндегі токтың тербелісі

i =I_mcoswt

заңы бойынша өзгерсін.

Қарастырып отырған тізбекте еріксіз электормагниттік тербелістер, яғни айнымалы ток пайда болады. Резистордағы, кондерсатордағы және катушкадағы кернеудің амплитудаларын сәйкесінше U_mR,U_mC,U_mL деп белгілеп, оларды векторлық диаграммаға салайық. Ток күшінің амплитудасын горизонталь ось бойымен бағытталған вектор түрінде кескіндейік. Онда горизонталь ось пен әрбір кернеу амплитудасы векторының арасындағы бұрыш ток күшімен ғана сәйкес кернеу тербелістерінің фазалық айырымына тең болады.

Айнымалы токтың толық тізбегі үшін Ом заңы

I_m= ----------

√R²+(X_L-X_C)²

былай өрнектеледі.

Электр тізбегінде резонанс тізбекке түсірілген сыртқы периодты кернеудің жиілігі тізбектің меншікті жиілігіне тең болғанда байқалады w_рез = w₀.

Активті, индуктивтік және сыйымдылық кедергілер тізбектей жалғанғанда байқалатын резонансты кернеулер резонансы деп немесе тізбекті резонанс деп атайды. Себебі резонанс кезінде токтың өсуімен қатар , катушка мен кондерсатордағы кернеулер де күрт өседі. Тізбектей жалғанған кезде кондерсатор мен катушкадағы кернеулер қарама-қарсы фазада тербеледі, ал тізбектің барлық элементі арқылы өтетін токтың бағыты бірдей, сондықтан Х_L=X_C болғанда, яғни резонанс кезінде кез келген уақыт мезеті үшін u_L=-u_C.

Кернеулер резонансы қандай да бір берілген жиіліктегі кернеу тербелістерін күшейту үшін пайдаланады. Кернеудің резонанстық өсуі резонанстық жиілікке жуық өте аз интервалда жүретін болғандықтан, көптеген сигнал ішінен жиілігі сол резонанстық жиілікке жуық бір ғана сигнал бөліп алынады. Мысалы, радиоқабылдағышта керекті толқынды осылайша іздейді. Катушкалары мен кондерсаторлары бар электр жүйелерінің изоляцияларын есептегенде де кернеулер резонансын ескеру керек, әйтпесе электр тесілулері болуы мүмкін.

Механикалық тербелістердің резонансы сыртқы периодты күштің жиілігі тербелмелі жүйенің меншікті жиілігімен дәл келгенде байқалатынын білеміз. Механикалық тербелістерде үйкеліс күштері электормагниттік тербелістердегі активті кедергінің рөлін атқарады.

Сабақтың тақырыбы§2.7. Айнымалы ток тізбегіндегі қуат

Сабақтың мақсаты:

Сабақтың барысы:

Айнымалы ток тізбегінде берілген уақыт мезетіндегі қуат ток күші мен кернеудің лездік мәндерінің көбейтіндісіне тең.

p(t)=u(t) ·i(t)=U_m I_m cos(wt-ф)

Бізге бір период ішіндегі орташа қуатты анықтау керек. Ол үшін уақытқа тәуелді тригонометриялық функциялардың орташа мәндерін табайық:

0+1 1 sin2wt -1+1

(cos²wt)_орт = ---- = --- ;coswt sinwt=------ , онда(sin2wt)_орт =------- =0

2 2 2 2

Олай болса, қуатты анықтайтын өрнектегі екінші қосылғыштың орташа мәні нөлге тең

1

P=-- U_m I_m cosф

Бұл теңдеуге ток пен кернеудің әсерлік мәндерін қойып, ыңғайлы болу үшін әсерлік мәндердің индексін жазбай I және U деп белгілесек,

P=IUcosф

шығады.

Қазіргі кезде айнымалы токтың электормеханикалық индукциялық генераторлары өте кең тарған. Бұл генераторлардың артықшылығы –олардың құрылысының қарапайымдылығында және жеткілікті түрде жоғары кереу мен үлкен токтарды алу мүмкіншілігінде. Электормеханикалық индукциялық генераторларда механикалық энергия электр энергиясына айналады.

Кез келген индукциялық генератордың негізгі бөліктері мыналар;

1. 
   индуктор- магнит өрісін тудыратын қондырғы. Бұл тұрақты магнит не электромагнит болуы мүмкін;
   
2. 
   якорь-ЭҚК индукцияланатын (пайда болатын) орама;
   
3. 
   щеткалар мен сақиналар – айналып тұрған бөліктерден индукциялық тоқты шығарып алатын немесе электромагниттерге қоректенетін ток беретін қондырғылар.
   

Қуатты өндірістік генераторларда электромагнит айналады, яғни ол ротордың қызметін атқарады, ал ЭҚК-і индукцияланатын якорь қозғалмайды, бұл- статор. Электромагнитті қоректендіретін ток күші якорьде туатын индукциялық ток күшінен анағұрлым аз болғандықтан, осындай құрылым ыңғайлы. Себебі қуаты жоғары токты қозғалмай тұрған орамадан шығарып алу жеңілірек.

Электроқозғалтқыштар

Өндірістің барлық салаларында да, тұрмыста да, негізінен, айнымалы ток қолданылады. Бірақ тұрақты токты пайдалану қажет болатын кездер де бар. Мысалы, теледидарды қоректендіруде, радиоқабылдағыштарда, электроқозғалтқыштарда, электролиз тәсілімен аса таза металдарды алуда және басқа да көптеген мақсаттарда тұрақты ток қолданылады. Тұрақты ток айнымалы токты түзету арқылы немесе тұрақты токтың генераторларынан алынады.

Тұрақты токтың генераторлары айнымалы ток генераторлары сияқты жұмыс істейді. Бірақ бір айырмашылығы –тұрақты ток генераторларында коллектор деп аталатын қондырғы бар. Якорьдің ұштарын оңашаланған сақиналарға емес, изоляциялаушы материалмен бөлінген екі жарты сақинаға жалғайды. Олар ортақ бір цилиндрге кигізіліп, якорьмен бір осьтен айналады. Жарты сақиналарға жабысып тұрған щеткалар арқылы ток сыртқы тізбекке шығарылады. Рама әрбір жарты айналым жасаған сайын токтың бағыты қарама-қарсы бағытқа өзгереді. Ал, бірақ жарты сақиналарға дәнекерленген раманың ұштары әрбір жарты айналым сайын бір щеткадан екінші щеткаға ауысып отырады. Сонымен, рамадағы токтың бағыты өзгерген мезетте коллектор оның ұштарын ауыстырып қосып отырады. Осының нәтижесінде щеткалардың бірі үнемі генератордың оң полюсі болса, екіншісі теріс полюсі болып табылады.

Сыртқы тізбектегі ток көзінің бағытын өзгертпейді, бірақ оның шамасы периодты түрде нөлден максимумға дейін өзгеріп отырады. Мұны тура лүпілдеуші (пульсациялық) ток деп атайды. Осыған сәйкес генератордың қысқыштарындағы кернеу де лүпілдеп өзгеріп отырады.

Әр түрлі құралдар мен қондырғылар тұтынатын кернеу өте кең диапазонда өзгереді. Тіпті бір электр қондырғысы әртүрлі кернеу пайдалануы мүмкін.

Қуаттың тұрақты дерлік мәнінде айнымалы ток кернеуінің ток күшімен қатар өзгеруін айнымалы токтың трансформациясы дейді. Айнымалы токтың трансформациясын жүзеге асыратын құрал трансформатор деп аталады. Ол электромагниттік индукция құбылысының негізінде жұмыс істейді. Бұл құралды орыс ғалымы П.Н.Яблочков(1878ж.) ойлап тапқан. Қазіргі трансформаторлар, Фуко тогын азайту үшін оқшауланған пластиналардан құралған тұйық өзекшеден тұрады. Өзекше пластиналары трансформторлық болаттан жасалады, ол өте аз шығынмен оңай қайта магниттеледі.Өзекшеге екі катушка кигізіледі.

Бір катушка айнымалы ток тізбегіне қосылады, оны бірінші реттік орама (катушка) дейді. Екінші катушкаға тұтынушы, яғни электр қондырғыларын қосады. Оны екінші реттік орама (катушка) деп атайды. Катушкалардың активті кедергілері аз. Генератор бірінші реттік катушкаға U₁ айнымалы кернеу береді. Оның бойынан жүретін айнымалы ток трансформатордың өзекшесінде айнымалы магнит ағынын тудырады. Олай болса, бірінші реттік катушканың әр орамында өздік индукция ЭҚК-і, ал екінші реттік катушканың әр орамында дәл сондай индукциялық ЭҚК-і пайда болады.

Екінші реттік тізбекке қандай да бір жүктеме қосайық. Онда бұл тізбекте жиілігі бірінші реттік тізбектегі ток жиілігіне тең і₂ айнымалы ток туады. Сондықтан екінші катушкада өздік индукция ЭҚК-і пайда болады,

Сабақтың тақырыбы:§2.11. Электр энергиясын өндіру және жеткізу

Сабақтың мақсаты:

Сабақтың барысы:

Қоғам дамыған сайын энергия тұтыну қажеттігі қарқындап өсе түседі. Әсіресе электр энергиясының орны ерекше, себебі энергияның басқа түрлерімен салыстырғандағы, оның бірнеше артықшылықтары электр энергиясын өте аз шығынмен энергияның кез келген басқа түріне оңай айналдыруға және оны алыс қашықтыққа жеткізуге мүмкіндік береді.

Электр энергиясы айнымалы токтың индукциялық генераторларынан әр түрлі станцияларында өндіріледі. Электр станциялары көмір мен мұнай қорларының жанында немесе өзен-сулардың бойында тұрғызылады. Жылу электр станцияларында отынның жылу энергиясы электр энергиясына түрленеді. Жоғары қысымда қызған бу ағыны бу турбинасының роторын айналдырады, сонда онымен бір оське орнатылған генератордың судың механикалық энергиясы электр энергиясына түрленеді. Өзенді бөгеп, платинамен суды биікке көтереді. Биіктен гидравликалық турбинаның қалақшаларына құлаған су ағыны оны генератордың роторымен қоса айналдырады.

Қазіргі кезде дүние жүзінде өндірілетін электр энергиясының біраз бөлігі атом электр станцияларында өндіріледі. Мұнда ауыр ядролардың тізбекті реакциясы кезінде бөлінген атомның ішкі энергиясы электр энергиясына түрленеді. Тізбекті реакция ядролық реактор деп аталатын қондырғыларда жүреді. Бұл туралы біз ядролық физика тарауында кеңірек айтамыз.

Электр станцияларының тоын немесе су өорларының жанында орналасуынан, электр энергиясын тұтынушыға дейін жеткізу мәселесі туады. Алыс қашықтыққа электр тасымалдау желісінде шығын көбейеді.
Сабақтың тақырыбы:ІІІ тарау.Электромагниттік толқындар және радиотехниканың физикалық негіздері

§3.1. Максвелл теориясының идеялары

Электромагниттік құбылыстар физикасына Фарадейдің қосқан негізгі жаңалығы Ньютонның алыста әсер ету теориясынан бас тартып, кеңістікті күш сызықтарымен толтырып тұратын өріс ұғымын енгізуі еді. Ұлы Ньютонның таңқаларлық математикалық шеберлігі мен ерекше физикалық интуициясы арқылы Галилейдің негізгі идеяларын дамытқаны белгілі.

1860-1865 жылдары Максвелл электр және магнит өрістері туралы Фарадейдің идеялары негізінде және көптеген тәжірибелер нәтижелерін қорыта келе, зарядтар мен токтар жүйесі туғызатын электромагниттік өріс теориясын жасады. Максвелл теориясы ортаның ішінде өтіп жатқан, әрі электр және магнит өрістерін туғызушыішкі механизм құбылыстарын қарстырмайды. Электромагниттік өріс теориясының негізін Максвелл теңдеулері деп аталатын теңдеулер жүйесі құрайды. Бұл теорияның математикалық аппараты күрделі болғандықтан, ол теңдеулерді қарастырмаймыз. Біз электромагниттік өріс және электромагниттік толқын туралы осы теорияның кейбір маңызды идеяларымен танысамыз.

Магнит өрісі өзгергенде айнымалы электр өрісінің пайда болуы. 1831 жылы Фарадей ашқан электромагниттік индукция құбылысын терең зерттей отырып Максвелл мынадай қорытындыға келді: магнит өрісінің кез келген өзгерісі қоршаған кеңістікте электр құйынды электр өрісін туғызады.

Фарадей тәжірибелеріндегі тұйықталған өткізгіште индукциялық ЭҚК-ін тудыратын осы құйынды электр өрісі екен. Бұл құбылыстың ерекшелігі сол, құйынды электр өрісі тек өткізгіште ғана емес, бос кеңістікте де пайда бола алады. Магниттік зарядтар жоқ деген пікір- Максвелл идеяларының бірі.

Сабақтың тақырыбы:§3.2. Электромагниттік толқындар

Сабақтың мақсаты:

Сабақтың барысы:

Айнымалы электромагниттік өріс тербелістерінің кеңістікте таралуын электромагниттік толқын деп атайды. Максвеллдің болжамы бойынша электромагниттік толқын тогы бар өткізгіштің бойымен, диэлектрикте және электр зарядтары жоқ вакуумде де тарала алады. Максвелл теориясынан шығатын аса маңызды салдардың бірі-электромагниттік толқынның таралу жылдамдығының шектілігі.

Электромагниттік толқынның теориялық есептеулер арқылы табылған вакуумдегі жылдамдығы тікелей өлшенген жарық жылдамдығына тең болуының маңыздылығы ерекше. Жарық-электромагниттік толқын болып шықты. Бұл қорытындыны дәлелдейтін жарықтың кейбір қасиеттерін IV тарауда білетін боламыз.

Бірдей фазада тербелетін ең жақын екі нүктенің арақашықтығы электромагниттік толқын ұзындығын береді:

c

λ =cT = ---

Электромагниттік толқынның негізгі сипаттамасы –оның тербеліс жиілігі v. Себебі электромагниттік толқын бір ортадан екінші ортаға өткенде толқын ұзындығы өзгереді, ал жиілігі өзгермей тұрақты күйде қалады.

Электр өрісінің кернеулік және магнит өрісінің индукция векторларының тербеліс бағыттары толқынның таралу бағытынаперпендикуляр. Демек, электромагниттік толқын –көлденең толқын .

Сабақтың тақырыбы:§3.3. Электромагниттік толқындар шығару.

Герц тәжірибелері

Кез келген теорияның дұрыс не дұрыс емесін дәлелдеуде эксперимент басты рөл атқарады. Электромагниттік толқындардың табиғатта бар екеніне Максвелл сенімді еді. Максвелл теориясына сол замандағы физиктердің басым көпшілігі сияқты алғашқыда күмәнмен қараған неміс ғалымы Генрих Герц 1887-1888 жылдары электромагниттік толқындардың бар екенін эксперимент жүзінде ашты.

Электромагниттік толқынды алу үшін Герц жұқа ауа қабаты арқылы бөлінген түзу өткізгіштің бірдей екі бөлігінен тұратын вибраторды қолданған. Ауа аралығымен бөлінгендіктен вибратордың екі тармағына жоғары кернеу көзінің көмегімен едәуір зарялтар беру мүмкін болды. Потенциалдар айырымы белгілі бір мәнге жеткенде электрлік ұшқын байқалады. Иондалған ауамен электр зарядтары вибратордың бір жартысынан екіншісіне ағып, ток импульсін береді.

Сөйтіп, ашық контурда электромагниттік тербелістер туады. Аса шапшаң өзгеретін ток, ток көзі арқылы тұйықталмай, тек контурда ғана өнуі тиіс. Оны вибратормен ток көзінің арасына дроссельқосу арқылы реттейді. Ашық контурдағы электромагниттік тербелістің тез өшіп қалуының басты себебі- толқын шығарғанда энергия тасымалданады және контурда жылу энергиясы бөлінеді.

Герц өзінің тәжірибелерінде электромагниттік толқынды алумен ғана шектелген жоқ. Ол электромагниттік толқынның басқа толқындарға тән қасиеттерін зерттеген. Тәжірибе жүзінде электромагниттік толқынның жылдамдығын анықтайды, ол жарық жылдамдығына тең болып шықты. Сонымен, Герцтің эксперименттік зерттеулерінде Максвеллдің теориялық болжамдары нақтылы дәлелденді және жарықтың электромагниттік теориясын жасаудың алғашқы баспалдағы салынды.
Сабақтың тақырыбы:§3.4. Электормагниттік толқындардың энергиясы

Сабақтың мақсаты:

Сабақтың барысы:

Толқындардың барлық түрлерінің ең басты қасиеті- олар затты емес, энергияны тасымалдайды. Бұл қасиет электромагниттік толқынға да тән.

Электромагниттік толқын ағынының тығыздығы. Үдемелі қозғалатын зарядталған бөлшек жан-жағына электромагниттік толқын шығарып таратады. Электромагниттік толқынның басты энергетикалық сипаттамаларының бірі-электромагниттік толқын шығару ағынының тығыздығы болып табылады.

Электромагниттік толқын шығару ағынының тығыздығы деп толқыннның таралу бағытына перпендикуляр ауданы S беттен ∆t уақыт ішінде өтетін электромагниттік W энергияның беттің ауданы мен энергияның өту уақыты көбейтіндісіне қатынасын айтады:

W p_орт

I = — немесе I = —

S·∆t S

Басқаша айтсақ, толқын шығару ағынының тығыздығы беттің бірлік ауданынан бір периодта өтетін электромагниттік толқын шығарудың орташа қуаты немесе оны толқынның интенсивтілігі деп те атайды. Толқын ағыны тығыздығының SI

жүйесіндегі өлшем бірлігі —

м²
Электромагниттік толқын шығару ағынының тығыздығы электроагниттік энергия тығыздығы мен толқынның жылдамдығының көбейтіндісіне тең.

I=wc

Электромагниттік толқындардың қасиеттерін толқын ұзындығын 3см электромагниттік толқын шығаратын арнайы генераторды қолданып зерттейді. Аса жоғары жиілікті генератор қоздыратын электромагниттік толқын рупор түрінде таратқыш антеннада ось бағытымен шығарылады. Қабылдағыш антеннаның пішіні дәл таратқыш антенна сияқты. Қабылдағыш антеннада кристалдық диод орнатылған, ол антеннада қозатын жиілігі жоғары айнымалы токты бір полярлы толықсыма токқа айналдырады. Ток күшейтілгеннен кейін дыбыс қабылдағышқа немесе гальванометрге беріліп тіркеледі.

Электромагниттік толқынның сынуын парафинмен толтырылған үшбұрышты призманы пайдаланып бақылауға болады. Қабылдаушы антенна толқынды тіркемейді. Енді диэлектрик болып табылатын парафиннен жасалған призманы орналастырып, анттенна толқынды тіркейді. Демек, электромагниттік толқын екі ортаны бөліп тұрған ауа-парафин және парафин-ауа шекараларынан өткенде сынған. Электромагниттік толқын бір ортадан екінші ортаға өткенінде сыну заңының орындалатынын зерттеулер көрсетті.

Өріс тербелістері бір бағытта өтетін электромагниттік толқынды поляризацияланған толқын деп атайды.

Кеңістікте екі немесе бірнеше тартқыш антеннадан тарлған электромагниттік толқындар бір-бірімен қабаттасады. Жиіліктері бірдей екі толқын қосылғанда қорытқы толқын амплитудасының арту немесе кему құбылысын толқындардың интерференциясы дейді.

Сабақтың тақырыбы:§3.6. Радиобайланыс принципі

Сабақтың мақсаты:

Сабақтың барысы:

Герц тәжірибелері тұңғыш рет электромагниттік тоқындарды таратуға болатынын көрсетті. Оның тәжірибелерінде толқынның таралуы аз қашықтықта, зерттеу жүргізілген үстел шегінде ғана жүзеге асырылған еді. Тұңғыш рет электромагниттік толқынды сымсыз байланыс жасау үшін қолдануға болатынын 1895 жылы 7 мамырда орыс ғалымы А.С.Попов Ресейдің физи-ка химия қоғамының мәжілісінде тәжірибе жасап көрсетті.Попов электромагниттік толқындарды тіркеудің сенімді және жақсы сезгіш тетігі – когерерді қолданды. Оны Поповтың ашқан жаңалығынан бес жыл бұрын, сезімталдығы нашар Герцтің ұщқындық қабылдаағыш вибраторының орнына, бсқа тәсілді қолдануды ұсынған француз физигі Э.Бранли еді. Өзінің жасаған аспабын Бранли когерер деп атаған. Когерер- екі электроды бар шыны түтік. Оның ішіне ұсақ металл үгінділері салынған. Қалыпты жағдайда когередің кедергісі үлкен болады, өйткені үгінділердің бір-біріне тиісуі нашар. Поповтың қабылдағышы когерерден, электромагниттік реледен , электр қоңырау мен ток көзінен тұрады.

Төменгі жиілікті электрлік тербелістерге сәйкестендіре отырып жоғары жиілікті электромагниттік тербелістерді басқару – жоғары жиілікті тербелістерді модуляциялау деп аталады. Модуляция деп отырғанымыз жоғары жиілікті тербелістердің параметрлерінің бірін- амплитудасын, жиілігін немесе фазасын төменгі жиілікпен баяу өзгертетін процесс. Радиобайланыста амплитудалық, жиіліктік және фазалық модуляция қолданылады. Жоғары жиілікті тербелістерді тасымалдаушы жиіліктер деп атайды, өйткені олар дыбыс жиілігіндегі тербелістердің тасымалдаушылары рөлін атқарады.

Сабақтың тақырыбы:§3.7. Модуляция және детекторлеу

Сабақтың мақсаты:

Сабақтың барысы:

Жоғары жиілікті тербелістердің амплитудасын, жиілігін немесе фазасын өзгерту арқылы модуляциялауға болады. Іс жүзінде модуляциялаудың үш тәсілі де пайдаланылады.. Дегенмен, біз көбірек пайдаланатын тәсіл –амплитудалық модуляциялауға тоқталайық..

Амплитудалық модуляция кезінде жоғары жиілікті тербелістердің амплитудасын дыбыстық жиілікпен өзгертеді.

Дыбыс тербелістері жоқ кезінде генератор жоғары жиілікті өшпейтін тұрақты амплитудалы гармоникалық тербелістер өндіреді:

i ₁ =i ₀ sinwt

мұндағы w- тасымалдаушы жиілік,i ₀ – тербелістің тұрақты амплитудасы.

Радиоқабылдағыштың антеннасында барлық радиотартқыштан, найзағайдың разрядынан, электрлік аспаптар мен электрлік қозғалтқыштар жұмыс ісиегенде шығатын ұшқындық разрядтан келетін электромагниттік толқындар жоғары жиілікті әлсіз индукциялық токты қоздырады. Сондықтан да белгілі бір радиохабарды ғана тыңдау үшін тізбекке контурды қосу арқылы қажетті жиіліктегі толқынды бөліп алады. Ол тербелмелі контурдағы кондерсатордың сыйымдылығын өзгертіп, контурдың меншікті тербеліс жиілігі антеннадағы қозған еріксіз тербелістердің жиілігіне сәйкесиендірілу арқылы, яғни резонанс нәтижесінде жүзеге асырылады. Жоғары жиілікті модуляцияланған электромагнит толқынды қабылдағышантенна ұстаған соң, дыбыс жиілігіндей тербелістерді күрделі сигналдан бөліп алу керек. Демодуляцияны немесе детекторлеуді жүзеге асыратын құрылғы ретінде біржақты өткізгіштік қасиеті бар –детектор қолданылады.

Сабақтың тақырыбы:§3.8. Радиотолқындардың таралуы. Радиолокация

Сабақтың мақсаты:

Сабақтың барысы:

Радио және телехабарда, радиобайланыста, радиолокация мен радионавигацияда қолданылатын электромагниттік толқындарды радиотолқындар деп атайды.

Толқын ұзындықтары әр түрлі диапазондарда қолданылатын антенна түрлерінің ерекшелігі бар. Радиохабарларды тарататын ұзын, орташа, қысқа толқындарды вертикаль бағытталған өткізгіш вибраторлар шығарады. Қабылдау қашықтығын арттыру мақсатында антенналарды мүмкін болғанынша биік орнатуға тырысады.

Радиотолқындардың таралуына жер бедері мен су беттері, әсіресе атмосфкраның жоғарғы қабаты –ионосфера көбірек әсер етеді. Ионосфераны жер бетінен 90-300 км биіктікте, иондар мен электрондардан тұратын иондалған газ қабаты құрайды. Атмосфераның жоғары қабатының иондалуы, негізінен, Күннің ультракүлгін және рентген сәулелерінің әрекетінен болады. Түнмен салыстырғанда иондардың концентрациясы күндіз 20 еседей артық. Сондықтан ионосфераның қасиеті тәулік бойы және жыл мезгіліне байланысты өзгеріп тұрады. Ионосфера электромагниттік толқындарды шағылдырады және жұта алады. Ұзын радиотолқындар дифракция нәтижесінде көкжиектен асып алысқа жеетеді. Әрі ионосферадан жақсы шағылады, сол себепті ұзын толқындар шалғай қашықтыққа тарайды.

Қысқа толқындардың алыс қашықтыққа таралуы, оның жер бетінен және ионосферадан бірнеше дүркін шағылуының арқасында болады. Жердегі кез келген радиостанциямен қысқа толқында байланыс орнатуға болады. Ультрақысқа толқындар ионосферадан шағылмай, ешбір кедергісіз өтіп кетеді. Олардың дифракциялық қасиеті нашар, жер бетін орағытып өтпейді.
Сабақтың тақырыбы:§3.9. Теледидар. Байланыс құралдарының дамуы

Сабақтың мақсаты:

Сабақтың барысы:

Радиотолқындар арқылы дыбыс сигналдарын ғана емес, әрі нәрселердің бейнелерін де алыс қашықтықтарға жеткізуге болады. Телехабарды жеткізудегі басты айырмашылық мынада; дыбыс сигналдарымен бір мезгілде өзінің бөлек тасымалдаушы жиілігі болатын бейнесигналдарды жасап тарату және қабылдау.

Таратқыш телестанцияда кез келген нәрсенің кескіні электр сигналдарына түлленгеннен кейін, ол кескіннің электр сигналдары жоғары жиілікті тербелістерді модуляциялайды. Ол үшін әр түрлі жеткізуші электронды-сәулелік түтікшелер қолданылады. Сенімді әрі қарапайым болып келетін электронды-сәулеелік түтікшенің өзгертілген түрі-видиконның құрылысымен танысайық.

Жарқырағанэкранның орнына видиконда жартылай өткізгіштен жасалған жарық сезгіш мозаикалы экран орнатылған. Электрондық зеңбіректен ұшып шығатын электрондар шоғы электр өрісінде үдетіліп жартылай өткізгіш экранды соққылайды. Эмиссия нәтижесінде экраннан ұшып шығатын екінші реттік электрондар потенциалы экранның потенциалынан жоғары коллекторға бағытталып қозғалады. Енді мозаикалы экран оң зарядталады да, электрондардың эмиссиясы тыйылады. Экран –коллектор тізбегіндегі ток күші экранның бөліктеріне түскен жарық энергиясына байланысты өзгереді. Сөйтіп, жарықталудың өзгерісі электр тербелістеріне түрленеді.

Қазақстан Республикасында тұңғыш радиостанция 1913 жылы Форт-Шевченко қаласында салынған еді. Ұшқындық хабарлағыштың қуаты небәрі 1 кВт болатын және радиусы 300 км қашықтыққа дейін тұрақты байланыс орнатты. Ол радиотелеграф режимінде жұмыс істеген еді.

Сабақтың тақырыбы:§3.10. Электромагниттік толқындар шкаласы

Сабақтың мақсаты:

Сабақтың барысы:

Төменгі жиілікті толқындар. Бұл толқындарды арнайы жасалған генераторлар мен айнымалы токтың генераторлары шығарады. Электрлік приборлар мен электрлік қозғалтқыштардың басым көпшілігі жиілігі 50-60 Гц айнымалы токпен қоректенеді.

Радиотолқындар.Радиосәулелерді шығаратын генераторлармен таныссыңдар. Олардың толқын ұзындықтары 10^-6 м-ден5*10^-4 м-ге дейінгі аймақты қамтиды.

Инфрақызыл, көрінетін жарық және ультракүлгін сәулелер шығару. Толқын ұзындығы 2 мм-ден 760нм-ге дейінгі, жылулық және электрлік әсерлерден молекулалар мен атомдардың тербелісі кезінде инфрақызыл сәулелер шығады. Оны 1800ж. Гершель ашқан еді. Инфрақызыл толқындарды кейде жылулық сәуле деп те атайды.

1895 жылы В.Рентген толқын ұзындығы 10нм-ден 10^-3нм болатын, ультаркүлгін толқындар ұзындығынан қысқа сәуле шығарудың түрін ашты. Рентген сәулелері шапшаң электрондар мен зарядталған бөлшектер кенет тежелгенде пайда болады.Қолданылу аймағы өте кең рентген сәулелерінің көзі рентген түтіктері болып табылады. Рентген бұл сәулелердің қасиеттерін зерттеу арқылы олардың жұтылуы түрліше екенін анықтады. Көбірек жұтылатын сәулелерді жұмсақ, нашар жұтылатын сәулелерді қатқыл рентген сәулелері деп атаған.

Электромагниттік сәуле шығарудың ішіндегі толқын ұзындығы ең қысқасы – гамма-сәулелер. Олардың толқын ұзындығы 10^-10м мен 3*10^-13 м аралығында болады. Гамма-сәулелер қозған атом ядроларында және радиоактивті ыдырау құбылысы кезінде шығаралады. Оның көзі Жер бетінде де, ғарышта да кездеседі. Ғарыштан келетін электромагниттік сәуле шығарудың кейбір бөлігі ғана Жер атмосферасында жұтылмай өтеді.
Сабақтың тақырыбы:§3.11. Жоғары жиілікті электромагниттік толқындардың биологиялық әсеріжәне олардан қорғану

Сабақтың мақсаты:

Сабақтың барысы:

Адамзат гравитациялық өріс, радиоактивті сәулелер және электромагниттік сәулелер мұхиты – ғаламда өмір сүріп келеді. Әлемдік өркениеттің дамуы сыртқы ортаның табиғи өріс көздеріне жасанды сәуле шығарудың көздерін қосты. Электромагниттік сәуле шығарудың табиғи және жасанды түрлері бар. Табиғи электромагниттік өрістерге атмосфераның, Күн мен жұлдыздардың радиосәуулеленуі, Жердің электр және магнит өрістері жатады.