iomeldar (1021896), страница 16
Текст из файла (страница 16)
с. самоиндукции и зарядов конденсаторов? Олмани Потому, что величины э. д. с. самонндукцик и зарядов конденсаторов зависят от искомых электрических величин 1напряжений, токов), а реактивные сопротивления в линейных цепях при заданной частоте являютсн неизменными, так как они в основном определяются формой и геометрическими размерами соответствующих частей цепи и свойствами среды. 2.34, Что является носителем энергии прн протекании электрических процессов? Ответ. Диэлектрическая среда, окружающая проводники, по которым идет ток.
Потребление энергии в какой-либо части цепи связано поэтому с соответственным изменением картины электромагнитного поля 2.33. Почему при прохождении переменного тока по массивному проводнику большого поперечного сечения плотность тока получается различной: большей у поверхности проводника и меньшей — в середине? Ответ, В результате действия э. д, с. самоиндукции, которая имеет большее значение в средней части провода н меньшее — у поверхности.
Появление поверхностного эффекта тем сильнее, чем толще провод и выше частота изменения тока. 2.36. Почему активное сопротивление и индуктивность цепи, содержащей массивные проводники, зависит от частоты? Ответ. В связи с проявлением поверхностного эффекта. В занисимости от частоты изменяются картины поля плотности тока и магнитного поля в массивном проводнике.
2.37. Какой величиной мощности можно пользоваться для определенна энергии, переданной по линии (~ерез какое-либо ее сечение) при синусоидальном токе н напряжении за достаточно большой промежуток времени? Оюеегп, Величиной средней мощности, если этот промежуток времени содержит целое число периодов или весьма велик по сравнению с длительностью одного периода. ф 2.8. Излучение энергии Пусть передача электрической энергии осуществляется переменным током с помощью двухпроводной линии (рис. 2.21).
С повышением частоты колебаний напряжения и тока длина волны ?. уменьшается и может стать в несколько раз меньше длины линии. Тогда на линии уложится несколько волн. Так, например, при тональной (звуковой) частоте ) =-! 000 гг) (такого порядка частота применяется иа линиях связи) длина волны ? =300 хм. При повышении частоты тока и напряжения увеличивается скорость изменения электромагнитного поля и начинает излучаться энергия в окружающее пространство с помощью электромагнитных волн. Это явление было впервые эксперньннтально изучено Герцем в 1880 г.
Он доказал существование электромагнитных волн, предсказанное еще в 1863 г. Максвеллом. )з опытах Герц пользовался открытым (незамкнутым) вибратором, состоящим нз двух разделенных искровым промежутком проводов, на концах которых имелись пластины нли шары (рпс. 2.32). Полученная таким путем система обладает сравнительно небольшой индуктнвностью н малой емкостью распределенного характера и способностью к электрическим колебаниям с весьма большой частотой. Если электроды вибратора присоединить к индуктору (источнику электрической энергии с повышенной частотой), то в результате изменения напряжения 4 будет происходить процесс зарядки вибратора также, как и в конденсаторе.
Когда напряжение между электродами достигнет определенной величины, появится искровой разряд и начнется колебательный процесс с очень большой частотой. При этом колебания будут затухающими, так как запасенная энергия будет излучаться в пространство и расходоваться на тепловые потери. После этого вибратор вновь зарядится, и процесс повторится: будет получаться серия затухающих колебательных разрядов, так как процесс затухания колебаний пронс- Рчс.
а.зз Рис. 2.зв ходит значительно быстрее, чем изменяется напряжение в индукторе. Если частота вынужденных колебаний, получаемая от источника электрической энергии, будет настолько большой, что совпадет с частотой собственных колебаний самого вибратора, то колебания станут незатухающими. При этом необходимость в искровом разряде отпадет.
Энергия должна непрерывно поступать от ее источника. Еще лучший эффект излучения можно получить путем дальнейшего развертывания контура (рис. 2.33, а). Если вдоль двухпроводной линии укладывалась четверть волны собственных колебаний, то после развертывания контура получается половина волны — полуволновой вибратор. Распределение напряжения и тока в этом случае показано на рис.
2.33. Все величины напряжения и тока изменяются во времени по сннусоидальному закону (гармонически). Наибольшее напряжение получается между концамп вибратора: заряды проводов всегда противоположны по знаку: потенциалы проводов изменяются по их длине ио сииусоидальному закону. В любой момент времени ток по длине вибратора имеет одинаковое направление; его сииусоидальное изменение вдоль вибратора обусловлено токами смещения. По концам вибратора амплитуды тока равны нулю.
С переменными токами и зарядами вдоль вибратора связано электромагнитное поле в окружающей среде. Прп сравнительно низкой частоте колебаний электрическое и магнитное поля обнаруживаются только в непосредственной близости от вибратора; на расстоянии, соответствующем нескольким длинам волн, поле исчезающе мало. При этом токи сдвинуты относительно напряжения по фазе на четверть периода (йа рис. 2.33, б показаны графики зависимости амплитудных значений тока н напряжения от места вибратора). В этом случае происходит в основном процесс пульсации энергии от источника питания в электромагнитное поле и обратно. Таким образом, явления протекают так же, как и в линии без потерь, разомкнутой на конце (2.29).
При достаточно высокой частоте колебаний магнитное поле, быстро изменяющееся во времени и пространстве, создает заметное переменное электрическое поле, а электрическое поле быстро изменяющееся во времени и пространстве †переменн магнитное поле. Это своеобразное «вторичное» электромагнитное поле, уже как бы не связанное непосредственно с зарядами и токами самого вибратора, превращается в электромагнитный волновой процесс: возникают электромагнитные волны, распространяющиеся в окружающем пространстве во все стороны от вибратора (в связи с увеличением поверхности фронта постепенно ослабляющиеся). При этом обнаруживается излучение (распространение, перенесение, передача) энергии в пространство электромагнитными волнами. Такой процесс аналогичен процессу, протекающему в линни; нагруженной на активное сопротивление, равное волновому сопротивлению линии, илп процессу, протекающему в бесконечно длинной линии.
Рассматривая действительное электромагнитное поле вибратора как результат наложения двух полей, можно выделить из него ранее описанное поле, непосредственно связанное с зарядами и токами в вибраторе и возникающее в соответствующих размерах при любой низкой частоте колебаний. Другая составляющая поля, появляющаяся только прн достаточно высоких частотах колебаний, называется составляюи(ей излучения. На достаточно больших расстояниях от вибратора (в несколько длин волн) практически остается только составляющая излучения. Эта составляющая электромагнитного поля и определяет энергию, безвозвратно (при отсутствии специальных устройств) 79 распространяющуюся в окружающем пространстве.
Эта энергия непрерывно (с периодически изменяющейся интенсивностью) получается от источника электрической энергии. Чем выше частота колебаний, тем больше интенсивность (мощность) излучения. Мощность излучения пропорциональна квадрату частоты колебаний и при низких частотах практически не обнаруживается. Явление распространения электромагнитных воли нашло весьма широкое применение в радиотехнике, где оно используется для передачи различных сигналов на большие расстояния через окружающую среду. Для передачи сигналов путем излучения иа радиостанциях применяют генераторы высокочастотных колебаний и антенны, которые являются современными вибраторами.
Для приема сигналов применяются радиоприемники, работа которых основана прежде всего на явлении резонанса, т. е. на явлении возникновения колебаний в специально настроенном приемном контуре. В радиотехнике применяются колебания с частотой в единицы, десятки и сотни мегагерц. Так, например, длине волны в 100 м соответствует частота в 3 Маг). Мощность излучения зависит от формы излучающей цепи. В частности, изменяя форму антенны, можно получить некоторую направленность излучения. Излучения происходят н от замкнутых цепей.
Однако излучения будут тем меньше, чем меньше расстояние между проводами разной полярности, так как при этих условиях электромагнитное поле возникает главным образом в пространстве между проводами. При передаче электрической энергии по кабельным линиям излучение практически отсутствует, поскольку проводящая оболочка кабеля (свинцовая рубашка н стальная броня) является своеобразным экраном для электромагнитного поля. Электромагнитное излучение дает возможность передавать энергию без проводов.
Вопросы для самопроверки 2.38, Какое направление имеет вектор Пойнтвнга иа достаточно большом расстоянии от вибратора, изображенного иа рис. 2.333 Отвею. Волны по форме приближаются к сферическим, с вибратором, расположенным в центре сферы. Вектор Пойнтинга направлен по нормали к сфере, от ее центра — в окружающее пространство. 2.39. Чем отличаются векторы Пойнтннга в точках пространства, расположенных на одном направлении по радиусу, но иа разных расстояниях от внбратораз Оглвегл. При достаточном удалении от нибратора, в точках, соответст.
вующих одинаковым фазам волн, вектор Пойитинга по величине обратно пропорционален квадрату расстояния от внбратора; на длине одной волны он по величине пропорционален синусу фазного угла. 2.40. Какое действие оказывает злектромагнитное поле на проводник, расположенный в простраиствег 80 Отвггл. В проводнике возникают в основном поверхностные токи, связанные с расходом энергии. Форма волн при этом будет соответственно искажена.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
