С.Г. Калашников - Электричество (1115533), страница 122
Текст из файла (страница 122)
В системе СГС вместо формулы (246,6) мы имеем то = —— 1 е (246.ба) 2 с»о Из полученных соотношений между то и а нельзя определить массу покоящегося электрона, так как неизвестно, какое значение а, нужно брать в нашей «модели» электрона в виде шарика. Однако можно поступить наоборот. А именно, из формул (246.6) или (246.ба) можно найти, какой радиус а должен иметь заряженный шарик, чтобы его электромагнитная масса была равна массе покоящегося электрона.
Так как здесь речь идет только об определении порядка величины, то множитель 1!2 в формуле (246.ба) принято опускать. Тогда в системе СГС получается а = —,. (246.7) В системе СИ выражение для а имеет вид (246.7а) 4кео тосо Величина а получила название классического радиуса электрона. Подставляя в последнюю формулу е = 1,60 10 1э Кл, то = = 9,11 ° 10 з1 кг, с = 3,00 10в м/с и ео = (4к. 9 10э) 1 Ф/м, находим а = 2,82 10 '" м ° 10 'з см.
Классический радиус электрона, конечно, никоим образом нельзя рассматривать как некоторую величину, характеризу|ощую «размеры» электрона. Кго смысл заключается в том, что он дает некоторую характерную длину, определяющую порядок величины нижнего предела области применимости классической электродинамики.
Так как то есть максимальное возможное значение электромагнитной массы электрона (вся масса электрона равна его электромагнитной массе), то а есть минимальнал длина. На расстояниях, меньших этой длины, классическая электродинамика принципиально не может быть справедлива. Напряженность электрического поля электрона на расстоянии классического радиуса равна я= ' =4,— '"" .=1,8 102в В1м-102ов~ .
4кеооо е» Это и есть максимальное поле, при котором может быть применима классическая электродинамика. Однако на самом деле область применимости классической электродинамики меньше, чем показывают приведенные оценки, так как при больших энергиях заряженных частиц возникают различные квантовые явления. Их рассмотрение выходит за 582 гл хкш ПРИНЦИП РАДИОСВЯЗИ пределы настоящей книги. Поэтому мы только укажем, что учет квантовых явлений увеличивает указанную выше характерную длину на два порядка по сравнению с классическим радиусом электрона Предельная напряженность электрического поля с" при этом уменьшаегся тоже примерно на два порядка.
ГЛАВА ХХ1Ъ' ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ДЛЯ ЦЕЛЕЙ СВЯЗИ 8 247. Принцип радиосвязи Одним из самых замечательных технических применений электромагнитных волн является нх использование для целей связи. Изобретением равно мы обязаны преподавателю физики офицерских минных классов в Кронштадте, а впоследствии— профессору физики Петербургского электротехнического института А.С. Попову, который в 1895 г. продемонстрировал на заседании Русского фнзико-химического общества передачу и прием сигналов с помощью электромагнитных волн и созданный им радиоприемник. Начатые около того же времени опыты итальянского инженера Маркони, поставленные в широком промышленном масштабе, положили начало внедрению радио в практику. В последующий период времени радиотехника была превращена трудами многих выдающихся ученых н инженеров в чрезвычайно широкую и разностороннюю область техники.
Как мы знаем, для излучения мощных электромагнитных волн необходимо создать достаточно сильные токи смещения, т.е. быстро изменяющееся электрическое поле. Поэтому в радиотехнике применяют электрические колебания высокой частоты. Частоты колебаний, используемые для радиовещания, лежат примерно в пределах от 10 до 10 Гц, что соответствует длинам волн от 3 км до 3 м. Для решения специальных задач, где существенно получение остро направленного излучения (например, в радиолокации), применяют дециметровые и сантиметровые волны; для этого оказывается необходимым генерировать колебания с громадной частотой, вплоть до 10ю Гц и выше.
Схема радиосвязи изображена на рис. 428. На передающей станции имеется генератор электрических колебаний, который возбуждает в антенне (металлических проводах, подвешенных высоко над землей) интенсивные вынужденные колебания. Для усиления этих колебаний используют явление резонанса: частоту генератора делают равной одной из собственных частот ан- ыодхляция колввхний 583 тенны (обычно — частоте основного колебания). Так как антенна представляет собой открытый вибратор, то она излучает электромагнитные волны, которые, распространяясь, достигают антенны приемной станции. Под действием переменного электрического поля волны электроны в приемной антенне приходят в колебательное движение, т.е. в ней появляется электрический ток высокой частоты.
Для усиления этих вынужденных колебаний приемная антенна также настраивается в резонанс с приходящими колебаниями. Отметим, что для настройки антенны можно включать конденсатор последовательно с ней. В этом случае общая емкость антенного контура (как при всяком последовательном соединении Рис 428 Схемара иосвхзи емкостей) уменьшается, благодаря чему собственная частота антенны увеличивается, а длина волны уменьшается. В случае же параллельного соединения (рис. 428) общая емкость увеличивается, а следовательно, длина волны, соответствующая резонансу, становится больше.
Таким образом, принцип радиосвязи заключается в том, что токи проводимости передатчика сначала превращаются в токи смещения, не требующие для своего распространения проводников, а затем эти токи смещения снова преобразуются в токи проводимости в приемнике. 8 248. Модуляция колебаний Схема, изображенная на рис. 428, еще недостаточна для передачи сигналов. Для этого необходимо желаемым образом изменять колебания в соответствии с частотой и силой сигнала. На первый взгляд может показаться, что для передачи сигнала достаточно превратить его в электрические колебания и создать в антенне переменный ток с частотой и силой, соответствующими сигналу.
Так, например, желая передать речь нли музыку, мы можем с помощью микрофона получить изменяющийся ток и после надлежащего его усиления послать в антенну. Однако в действительности этим способом передать сигналы нельзя. Дело в том, что все сигналы, с которыми приходится иметь дело на практике, представляют собой колебания низкой частоты. При передаче речи и музыки — это частоты примерно от 100 до 10 Гц, при передаче телеграфных знаков — еще значительно ниже.
Для излучения же радиоволн необходимы высокие Гл хх1и ПРИНЦИП РАДИОСВЯЗИ частоты. так как только с быстрыми колебаниями можно получить сильные токи смещения. Поэтому, направляя токи сигнала непосредственно в антенну, мы не получим практически никакой излучевной мощности. Это противоречие устраняется в радиотехнике весьма остроумным способом, состоящим в том, что для передачи энергии употребляют высокочастотные колебания, а колебания низкой частоты сигнала используют лишь для изменения высокочастотных колебаний, или, как принято говорить, для их модуляции.
На приемной станции из этих сложных колебаний с помощью специальных методов вновь выделяют колебания низкой частоты сигнала, которые после усиления используют по назначению (в громкоговорителе, в телеграфном аппарате и т.п.). Этот процесс восстановления сигнала называется демодуляцией. Модуляцию колебаний можно производить, изменяя их амплитуду, частоту или фазу. Мы остановимся только на амплитудной модуляции, применяемой наиболее часто. Когда из студии радиостанции не производится передача, немодулированные колебания тока в антенне имеют вид е' = ге э~шы1.
(248.1) Они изображены графически на рис. 429 а. При наличии сигнала (речь и музыка перед микрофоном) эти колебания с помощью Рнс. 499. Амнлнтудная модуляция колебания приемов, описываемых в 9 249, превращаются в более сложные: 4 = ао(1 + з'(1)) э1п ы1, (248.2) где Д1) — «модулирующая функция», зависящая от типа сигнала, причем (Д1)! ( 1. З 24З МОДУЛЯЦИЯ КОЛЕБАНИЙ Простейший тип модуляции мы имеем при передаче чистого музыкального тона (камертон перед микрофоном). В этом случае ток в цепи микрофона изменяется по гармоническому закону и модулирующая функция (рис. 429 б) имеет вид Д1) = йзшйй Колебания же тока в антенне описываются формулой 4 = 4р(1+ йзшй1) зшр21. (248.3) (Мы полагаем везде начальную фазу равной нулю, что не имеет принципиального значения.) Так как частота модуляции й (( ы, то это колебание можно приближенно рассматривать как гармоническое, имеющее амплитуду 1р(1+ ЙБ1пйг), периодически изменяющуюся во времени (рис.
429 е). Ее максимальное и минимальное значениЯ: Т„з„с — — зр(1+й), 1м„„= 1р(1 — й). Величина 1 „,— 1„„„ 1 юг+1 н называется глубиной модуляции. Пользуясь известной формулой: а+13,. д-а сова — соз)3 = 2вш з1п легко убедиться,что 1 = 4р(1+ ЙзшйФ) вша = 1 1 = 4р зш Р11 + — йзр соз (Р1 — Й) Ф вЂ” — й4р соз (Р2 + Й)Х. 2 2 Следовательно, модулированное колебание (248.3), выражаясь точно, представляет собой три гармонических колебания, происходящих с частотами ь2, (ы + Й) и (ы — й) (рис.
430 б). Основная частота передатчика ы называется в радиотехнике несущей частотой, а допол- м нительные частоты (ы + Й) и (ы — Й), возникающие при модуляции, — верхней и соответственно нижней боковыми частотами. б а -й а оз ~-й Если сигнал представляет собой не гармоническое колебание, но имеет более сложную форму, то вместо одной определенной частоты модуля- г ции й мы будем иметь много частот. Поэтому и вместо двух боковых ча- Рнс.
4ЗР. Спектрмкрлеваввй стот мы получим целую совокупность частот, лежащих слева и справа от несущей частоты и образующих боковые полосы частот (рис. 430 в). Если наконец, мы передаем телеграфные знаки по азбуке Морзе, то амплитуда колебаний изменяется так, как показано на 586 Гл хх!у ПРИНЦИП РАДИОСВЯЗИ рис. 431 а. Она постоянна, когда телеграфный ключ замкнут, и равна нулю при разомкнутом ключе. Колебания тока в антенне при этом имеют вид прерывиси тых цугов различной длительности (рис. 431 б); короткие цуги соответствуют точкам, б длинные — тире. Таким образом, модулируя колебания, мы при помощи низкочастотного сигнала превращаем одно-единственное гармониРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
