Электромагниттік толқындардың қасиеттері

Электромагниттік толқындардың қасиеттері

Электромагниттік толқындардың қасиеттерін толқын ұзындығы 3 см 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 антена сияқты. Қабылдағыш антеннада кристалдық диод орнатылған, ол антеннада қозатын жиілігі жоғары айнымалы токты бір полярлы толықсыма тоққа айналдырады. Ток күшейтілгеннен кейін дыбыс қабылдағышқа немесе гальванометрге беріліп тіркеледі. Тәжірибелік қондырғының сүлбасы 3.12-суретте көрсетілген.

Электромагниттік толқындардың шағылуы

Таратқыш және қабылдағыш рупорлардың арасына металл қаңылтыр қойылса, дыбыс естілмейді. Электромагниттік толқын металл қаңылтырдан өте алмай шағылады. Егер генератордың рупорын 3.13-суретте көрсетілгендей бағыттасақ, онда қабылдаушы антенна түсу бүрышына тең бұрышпен шағылатын электромагниттік толқынды қабылдайды. Оны дыбыстың жаксы естілгенінен байқаймыз. Электромагниттік толкынның металл бетінен шағылуын түсіну оңай. Металға келіп түскен толқынның электр өрісінің әсерінен металл бетінде еркін электрондардың еріксіз тербелістері қозады. Осы еріксіз тербелістердің жиілігі электромагниттік толқынның жиілігіне тең. Бетке түскен электромагниттік толкынның энергиясы металдағы еркін электрондардың еріксіз тербелістерін қоздыруға жұмсалады. Толқын металдан өте алмайды, металл бетінің өзі екінші реттік толқын көзі болып табылады, яғни шағылады. Диэлектриктен толқынның шағылуы әлсіз, өйткені диэлектрикте электромагниттік толқынның әсерінен байланысқан электрондардың еріксіз тербелістері қозады. Бірақ олардың еріксіз тербелістерінің амплитудасы металдағы еркін электрондардың еріксіз тербелістерінің амплитудасынан анағұрлым кіші. Сондықтан толқынның диэлектриктен шағылуы нашар.

Электромагниттік толқынның шағылу қасиеті радиобайланыс жүйесінде, радиолокадияда қолданылады.

Электромагниттік толқынның сынуы

Электромагниттік толқынның сынуын парафинмен толтырылған үшбұрышты призманы пайдаланып бақылауға болады. Таратқыш антеннаның рупорын 3.14-суреттегідей бағыттаймыз. Қабылдаушы антенна толқынды тіркемейді. Енді диэлектрик болып табылатын парафиннен жасалған призманы суретте көрсетілгендей орналастырайык, антенна толқынды тіркейді. Демек, электромагниттік толкын екі ортаны бөліп тұрған ауа-парафин және парафин-ауа шекараларынан өткенде сынған. Элеқтромагниттік толқын бір ортадан екінші ортаға өткенінде сыну заңының орындалатынын зерттеулер көрсетті.

Электромагниттік толқынның жұтылуы

Рупорларды бір-біріне қарама-қарсы қойып, олардың арасына түрлі диэлектриктер, мысалы, фанера, плексиглас және т.б. қойсақ, толқынның жұтылатынын байқауға болады. Жұтылу дәрежесі түрлі диэлектриктер үшін әр түрлі.

Электромагниттік толқындардың поляризациясы

Электромагниттік толқынның ${\vec {E}}$ және ${\vec {B}}$ векторларының бір-біріне және толқынның таралу бағытына перпендикуляр болуы оның көлденең толқын екенін көрсетеді. Таратқыш антеннадан шығатын толқынның электр өрісінің кернеулік ${\vec {E}}$ векторының тербелістері белгілі бір жазықтықта өтеді. Ал магнит индукциясының ${\vec {B}}$ векторының тербелістері оған перпендикуляр жазықтықта жасалады. Өріс тербелістері бір бағытта өтетін электромагниттік толқынды поляризацияланған толқын деп атайды.

Поляризация латынның polus, гректің polos — полюс, осьтің шеті деген сөздерінен алынған. Толқын шығаратын антеннаның рупоры мен қабылдағыштың арасына металл шыбықтан жасалынған торларды (3.15-сурет) орналастырайық. Тордың екеуін де вертикаль не горизонталь бағыттай отырып, толқынның өтуін гальванометр арқылы тіркейді. Бұл жағдай электр өрісінің кернеулік векторы ${\vec {E}}$ шыбықтарға перпендикуляр қалпында байқалады. Егер екінші торды 90°-қа бұрсақ, онда толқын шыбықтардан өтпейді.

Демек, электромагниттік толқын — көлденең толқын. Электр өрісінің кернеулік векторы металл шыбықтарға параллель бағытталғанда, оларда еркін электрондардың еріксіз тербелістері қозады да толқын шағылады. Кернеулік векторы шыбықтарға перпендикуляр бағытталғанда, еркін электрондардың еріксіз тербелістері көлденең болғандықтан, олардың амплитудасы мардымсыз. Электромагниттік толқын шағылмай өтеді. Айта кету керек, егер электромагниттік толқын көлденең емес, құма толқын болса, онда тордың кез келген қалпында ол шыбықтардан өтіп кетер еді. Пәтерлердегі теледидар антеннасын орнатқанда электромагниттік толқынның поляризацияланғаньш ескеру қажет. Антеннада қозатын индукциялық токтың амплитудасы максимал болады, егер кернеулік векторы антеннаға параллель қалпын сақтаса.

Электромагниттік толқындардың интерференциясы

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

Бірдей фазамен тербелетін екі электромагниттік толқын кеңістіктің бір нүктесіне келіп жеткенде

$~\Delta l={2k\lambda \over 2}={k\lambda }$

шарты орындалса, интерференция нәтижесінде қорытқы тербеліс амплитудасы максимал болады. Мұндағы $~\Delta l=l_{2}-l_{1}$ толқындардың жол айырымы, k = 0, 1, 2, 3,... .

$~\Delta l={(2k+1)\lambda \over 2}$

тақ санды жартытолқынға тең болса, онда интерференцияның минимум шарты орындалады. Қорытқы тербеліс сол нүктеде минимал болады. Электромагниттік толқындардың интерференциясын бақылау үшін таратқыш пен қабылдағыштың рупорларын 3.16-суреттегі сияқты қарама-қарсы орналастырып, горизонталь бағыттағы металл қаңылтырды жоғарыдан төмен қозғалтайық. Сонда дыбыстық біресе күшейіп, біресе бәсеңдегенін байқаймыз. Рупордан шығатын толқынның біраз бөлігі қабылдағыш антеннаға түседі. Қалған бөлігі металл бетінен шағылып барып түседі. Металл қаңылтырды жоғары немесе төмен қозғалта отырып, тура толқын мен шағылған толқынның жол айырымын өзгертеміз. Интерференцияның максимум немесе минимум шарттарының қайсысы орындалатынына байланысты, дыбыс не күшейеді, не әлсірейді.

Электромагниттік толқындардың дифракциясы

Толқындардың түзусызықты таралуынан ауытқуын, бөгеттерді орағытып өтуін толқынныц дифракциясы деп атайды. Толқын жолындағы бөгеттердің өлшемдері толқын ұзындығынан кіші немесе онымен шамалас болған жағдайларда толқын дифракциясы айқын байқалады. Электромагниттік толқындардың дифракциясын 3.17-суретте көрсетілген қондырғының көмегімен бақылайды. Аса жоғары жиілікті генератор мен қабылдағыштың арасында жіңішке саңылауы бар металл экран тұр. Қабылдағыштың орнын ауыстыра отырып, тербеліс амплитудасының максимумдары мен минимумдары кезек ауысатынын көреміз. Бұл саңылаудың шетін орағытып өтетін толқындардың дифракциясы нәтижесінде ғана мүмкін болады. Ендеше электромагниттік толқындарда дифракция құбылысы байқалады.