yavor2 (553175), страница 19
Текст из файла (страница 19)
М. Франк. В 1958 г. за открытие и теоретическое объяснение данного явления Черенков, Тамм и Франк удостоены Нобелевской премии. 2. Оказалось, что свечение Вавилова — Черенкова возникает при равномерном движении заряда в веществе, если скорость движения заряда больше скорости электромагнитной волны: э) и. Это явление аналогично возникновению ударной волны (конуса Маха) прн движении тела со скоростью, превосходящей скорость звука (см. Я 30.7, 30.8). Действительно, черенковское свечение распространяется также в виде конуса (рис. 59.6), угол раствора которого определяется условием (30.21): созй=з1псе=- — "= .
(59.21) и 1'е е 9 59.8. Эффект Допплера в оптике Ряс. 59.7, 2. Пусть в системе отсчета хсу,г, находится источник, излучающий электромагнитные волны частотой сс,. Найдем частоту сн, которую регистрирует наблюдатель, находящийся в системе куг, относительно которой источник движется вдоль оси абсцисс со скоростью и (рнс. 59.7). Обозначим через О угол между лучом и направлением движения источника в системе отсчета, связанной с наблюда. телем, через О,— угол между лучом и направлением движения наблюдателя в системе, связанной с источником. В уравнении волны (56.10) фаза является инвариаптом, следовательно, сн1 — йг = сс1, — йг,.
Из рис. 59 7 видно, что г =- х соз О+ + гяпО, а из определения волнового числа (56.6) известно, что й = сс!с. Подставив в выражение для фазы, получим сэ ~( — —" соз Π— — 'з(п О) = с», (гс — "' соз Оа — — *' з1п Ос) (59 22) Согласно преобразованиям Лоренца |с+сна/с )Г~ — сна~ хс+сСс х=, зг ас, Р 1 !— с9сн 1.
Как и в акустике 8 56.4), в оптике при движении наблюдателя или источника воспринимаемая частота электромагнитной волны сн отличается от излучаемой источником частоты снс. Однако явления в упругой среде и в электромагнитном поле принципиально отличаются.
Упругая среда может служить системой отсчета, поэтому случаи движения источника или приемника относительно среды различаются и описываются разными формулами (56.15) и (56.18). Электромагнитное поле системой отсчета служить не может, и в случае электромагнитных волн мы говорим лишь об относительном движении источника и приемника друг относительно друга. В 9 14.1 было показано, что продольный эффект Допплера является следствием релятивистского преобразования времени при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой. Рассмотрим здесь более общий случай. Подставим этн значения в равенство (59.22) и учтем, что х, г и 1 — независимые переменные, следовательно, равенство (59.22) будет справедливым, если равны коэффициенты при переменных. После несложных, но длинных преобразований получим Ус1 — с»!с» '1 с (59.23) ГЛАВА 60 ЭЛЕМЕНТЫ РАДИОТЕХНИКИ Э 60.1.
Радиосвязь 1. В 1895 г. А. С. Попов доложил Русскому Физико-химическому обществу об открытии им грозоотметчика — прибора, позволяющего регистрировать электромагнитные волны, возникающие при грозовых разрядах. По сути дела это был первый радиоприемник.
Через год Попов на заседании того же общества продемонстрировал сеанс радиосвязи: из одного здания в другое, находящееся па расстоянии 250 м, была передана радиограмма: «Генрих Герц». В то же время проблемами радиосвязи занимался Г. Маркони, много сделавший для внедрения радио в практику. В настоящее время, когда радио и телевизионная связь осуществляется междуЗемлей и космическими кораблямн, находящимися на Луне и вблизи Венеры плп Марса, сообщение о передаче на расстояние в 250 м или даже нескольких километров может показаться мелочью. Но не надо сабывать, что это были первые шаги человечества в новой неизведанпкй области науки и техники. Это н есть выражение для эффекта Допплера в оптике.
3. Из данной формулы следует выражение для продольного эффекта Допплера: при 0 =0 — формула (14.4) для случая, когда источник н наблюдатель приближаются друг к другу, а при 8 = и— формула (14.3) для случая их взаимного удаления. При условии о((с они практически совпадают с (56.15) и (56.18).
Однако из теории относительности следует существование поперечного эффекта Допплера для случая, когда источник движется перпендикулярно лучу, т. е. 8 =я/2: сз = с», )' 1 — и»/с». (59. 24) Для упругих волн поперечный эффект Допплера отсутствует. 4. В 1938 — 41 гг. Г. Айве и Г.
Стилуэлл поставили ряд опытов по наблюдению поперечного эффекта Допплера и получили отличное совпадение между результатами эксперимента и теорией. Фактически эти опыты явились экспериментальной проверкой релятивистского закона преобразования времени, выражаемого преобразованиями Лоренца. 2. Для того чтобы антенна (например, вибратор Герца) длиною 1 излучала заметную мощность, в ней должны происходить высокочастотные колебания. В самом деле, согласно (59.16) излучаемая мощность р по~ м я 12 где У = до — амплитуда колебаний тока.
Г!усть длина антенны ( 10 м, („= 10 А; оценим частоту, необходимую для излучения мощности Р= 100 Вт. Подставив в формулу, получим еж 10' с-'! этой частоте соответствует длина волны Х = 2пс'в-200 м. На заре радиотехники для получения высокочастотных колебаний использовали высокочастотный искровой разряд, Но этот метод обладал рядом недостатков. Прежде всего, практически вся энергия расходовалась на тепло, а не на излучение, так что к.п.д. генератора был ничтожно мал и дальность передачи составляла всего лишь несколько десятков километров. С другой стороны, с помощью искрового разряда получали не синусоидальные волны, а серии затухающих импульсов. Зто позволяло осуществлять только радиотелеграфную связь, передача звука исключалась, так как затухающие импульсы нельзя модулировать.
3. Полный переворот в радиотехнике совершила электронная лампа — триод (4 47.3) и ее модификации — современные много- сеточные электронные лампы. С их помощью удалось создать схемы для генерации незатухающих электромагнитных колебаний ($ 52.3), для их усиления 5 60.4), модуляции и детектирования (э 60.5). В этой книге мы не можем подробно осветить этот вопрос, и ниже остановимся лишь на некоторых принципиальных понятиях.
Начиная с пятидесятых годов, радиолампы во многих схемах заменяются полупроводниковыми приборами — транзисторами (~ 78.4), которые обладают рядом важных достоинств. Однако замена лампы транзистором не меняет сути явлений, и мы дальше будем рисовать схемы с лампами; при этом читатель должен иметь в виду возможность нх замены транзисторами. й 60.2. Радиовещание 1. Основой современного радиопередатчика (рнс. 60.1, а) является генератор незатухающих колебаний, собранный на лампах или на транзисторах. Генератор вырабатывает колебания высокой частоты (несущая частота а), которые изображены на рис. 60.2, а.
Звуковые колебания (рис. 60.2, б) поступают в микрофон и здесь преобразовываются в электрические колебания. В модуляторе происходит процесс преобразования незатухающих синусоидальных колебаний в модулированные колебания (рис. 60.2, в). После усиления модулированные колебания поступают в антенну, которая служит для излучения электромагнитных волн. 100 $ !1! 2.
Эти волны поступают в антенну приемника и вызывают колебания в резонирующем контуре РК (рис. 60.1, б). Слабые колебания высокой частоты поступают в усилитель, затем — в детектор 5 60.5). Рис. 60.1. Из детектированных колебаний (рнс. 60.2, г) выделяется низкочастотная (звуковая) составляющая (рис. 60.2, д), которая вновь усиливается и передается на динамик. 3.
Резонирующий контур приемника состоит из катушки и конденсатора переменной емкости, что позволяет настраивать контур на частоту волны, которую излучает та или иная радиостанция. Если бы принимались синусоидаль-,у ные волны, то рационально было бы иметь резонирующий контур с очень большой добротностью, что позволило 8 бы повысить его избирательность — спо- 41 собность различать сигналы двух радиостанций, имеющих близкие несущие частоты (2 53.4). Однако резонирующий контур должен принимать модулнрованпые колебания, имеющие не одну частоту, а полосу частот ($ 50.4), заполняющих какой-то интервал спектра.
Для того чтобы сигнал не искажался, необходимо воспроизвести без искажения всю полосу частот, а для этого резонансная кривая должна быть весьма пологой, что возможно лишь в случае малой добротности контура. 4 Итак„требования высокой избирательности и хорошей воспроизводимости 101 противоречат друг другу, и на практике З приходится идти на разумный компро- ф мисс. Заметим также, что чем выше несу- Рис. 60.2.
щая частота, тем более широкий интервал шстот может быть воспроизведен без искажений. Это одна из причин, почему сейчас все более широко используется диапазон коротких и ультракоротких волн. 6 60.3. Телевидение !. Заметим, что схема телевидения в основных чертах совпадает со схемой радиовещания. Передатчик различается тем, что здесь колебания несущей частоты модулируются не только звуковым сигналом, ио и сигналом изображения, поступающим от особых передающих трубок (иконоскопов или суперортиконов).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
