ОС СЫМ АРҚЫЛЫ АНЫҚТАУ

 

ҚАЖЕТТІ ҚҰРАЛ-ЖАБДЫҚТАР: электромагниттік толқындар генераторы,

айнымалы ток түзеткіші, қос өткізгіш

сымдар, плексигластен жасалған сұйық

құятын астау, индикаторлы лампа,

сызғыш.

 

4.9.І ҚЫСҚАША ТЕОРИЯЛЫҚ КІРІСПЕ

 

Сиымдылығы конденсатордан, индуктивтілігі катушкадан тұратын тұйық тізбек тербелмелі контур деп аталады. Егер зарядталған конденсаторды кілт арқылы катушкамен тұйықтасақ, онда тізбек арқылы зарядсыздану тогы жүреді (4.9.1 а-сурет).

а) б) в) г)

4.9.1-сурет

 

Токпен бірге іле-шала катушкада э.қ.к. пайда болады (Ленц заңы бойынша). Конденсатор зарядтарының тудыратын кернеуі индукцияның э.қ.к.-не қарсы жұмыс жасайды. Нәтижесінде конденсатордың электр өрісінің энергиясы магнит өрісінің энергиясына айналады. Конденсатор толық зарядсызданғанда оның барлық энергиясы магнит өрісінің энергиясына айналады (4.9.1 б-сурет). Бұдан соң зарядсыздану тогы зарядтау тогына айналып, конденсаторды зарядтай бастайды, индукцияның э.қ.к.-і пайда болады. Пайда болған э.қ.к.-і кемуші зарядтау тогын қуаттайды. Бұл уақытта индукцияның э.қ.к. конденсатордың кернеуіне қарсы жұмыс жасайды, катушканың магнит өрісінің энергиясы конденсатордың электр өрісінің энергиясына айналады. Осы процестің аяғында ток нөлге тең болады, конденсатор қайта зарядталады (4.9.1в - сурет). Келесі мезетте конденсатор зарядсыздана бастайды да, контурда қарсы бағыттағы ток пайда болады (4.9.1 г- сурет). Процесс тағы қайталанады.

Контурда пайда болған электромагниттік тербеліс гармоникалық тербеліс болып табылады. Мұндай тербелістің периоды

(4.9.1)

Бұл Томсон өрнегі. Пайда болған тербеліс кедергі салдарынан өшетін тербеліс болып табылады. Тербелісті өшпейтін ету үшін оны энергиямен толықтырып отыру керек.

Өшпейтін электромагниттік тербеліс алу үшін мынадай схеманы қарастырайық (4.9.2 - сурет).

4.9.2-cурет

 

- анодтық ток тізбегіндегі тербелмелі контур, - тор, - анод, -катод.

Тор мен катод аралығында катушка қосылған. Тербелмелі контурдың катушкасының индуктивтілігі катушка индуктивтігі -ге байланысты болады. катушкасы тордағы кернеуді реттейді. Егер контурда тербеліс пайда болса, онда контур катушкасымен айнымалы ток жүреді. Бұл ток катушкада айнымалы э.қ.к.-ін тудырады. Тордағы таңба алма-кезек ауысып отырады, бұл таңбаның ауысу тербелісінің периоды Томсон өрнегі арқылы анықталады. Сонымен, лампа периодты түрде ашылып, жабылып отырады. Нәтижесінде анодтық ток контурға периодты түрде әсер етіп тербелісті өшпейтін етеді. Осындай жүйе лампылы генератор деп аталады.

Электрлік тербелмелі контур электромагниттік толқын көзі болып табылады. Контурды қоршаған кеңістікте электромагниттік өріс пайда болады. Бұл өріс бостықта жылдамдықпен таралады. Қос сымдағы электромагниттік толқындар Максвелл теориясы бойынша айнымалы магнит өрісі құйынды электр өрісін тудырады және уақытқа сәйкес өзгеріп отыратын электр өрісі өз айналасында құйынды магнит өрісін тудырады.

Айнымалы электр және магнит өрістері бір-бірімен тығыз байланыста, бірінсіз-бірі өмір сүре алмайды. Осы электромагниттік өріс бір орында тұрып қалмайды. Олар электромагниттік толқын түрінде жылдамдықпен тарайды.

Егер, осы электромагниттік толқынның энергиясының біраз мөлшерін жұтатын жүйе қойсақ және бұл жүйені тербелмелі контурмен резонансқа келтірсек, онда бұл жүйеде сол жиіліктегі электромагниттік толқын пайда болады.

Осы жұмыста резонансқа келтіруші жүйе ретінде екі параллель сым алынады (4.9.3-сурет).

 

4.9.3- сурет

 

4.9.3-суреттегі - параллель сымдар, - жоғары жиілікті генератор. Бұл сымдар шамалары тұрақты болатын электр тізбегі болып табылады. Сымдардың арасындағы кеңістікте толқын ұзындығы болатын электромагниттік өріс таралады. Бұл жүгірме толқын өзімен бірге ток және кернеу толқынын ала жүреді. Айталық, сымдардың бір нүктесінде айнымалы ток электр өрісін тудырсын дейік (4.9.4-сурет). Максвелл теориясы бойынша айнымалы электр өрісі магнит өрісін тудырады. Осы магнит өрісінің шамасы және бағыты ығысу тогымен мынадай байланыста болады:

(4.9.2)

4.9.4- сурет

 

Электр өрісі артатын болса, ығысу тогының бағыты бағытымен бағыттас болады. Бұранда ережесі бойынша бағытын анықтаймыз. Максвелл теориясы бойынша айнымалы магнит өрісі құйынды электр өрісін тудырады. Сондықтан, келесі кезекте тұйық электр өрісі пайда болады. 4-суретте бұл өріс пунктир сызықпен көрсетілген. кернеулігі нүктесінде кернеулігіне қарсы бағытталады, яғни оны азайтуға тырысалы. Нәтижесінде алғашқы және өрістері келесі нүктесінде жойылады да, және векторлары пайда болады. және векторлары бір-біріне және векторына перпендикуляр. Бағыттары бұранда ережесі арқылы анықталады. Айталық сымдар бойымен таралатын электромагниттік толқындар теңдеуі

(4.9.3)

(4.9.4)

дейік.

- электр өрісі кернеулігінің амплитудалық мәні, - магнит өрісінің индукциясының амплитудалық мәні, - толқынның таралу жылдамдығы, - нүктенің координатасы.

Фазалар айырмасы болатын бір-біріне жақын орналасқан екі нүктенің ара қашықтығы толқын ұзындығы деп аталады.

(4.9.3) теңдеуді былай етіп жазайық:

- толқындық сан. Жүгірме электромагниттік толқын сымдардың аяғына жетіп, одан шағылады. Шағылған және жүгірме толқындар қосылғанда

- жүгірме және шағылған толқындардың фазалық ығысулары.

Тұрғын толқын амплитудасы

(4.9.5)

болады. Амплитуда максимал болатын нүктелер шоқ деп аталады. Шоқтар координатасы былай анықталады

Амплитуда көп болатын нүктелер «түйін» деп аталады. Түйін координатасы былай анықталады

Тұрғын толқындарға электр өрісінің тербелісі 4.9.5-суретте көрсетілген. Шоқтардың не түйіндердің координаталарының айырмасы

тұрғын толқын ұзындығына тең болады.

Бұдан

(4.9.6)

 

 

4.9.5- сурет

 

Қос сым (Лехер жүйесі) тұйық не ашық болуы мүмкін. Қос сым тұйық не ашық болуына қарамастан бұларда электромагниттік тұрғын толқындар пайда болады.

Лехердің ашық жүйесіндегі электромагниттік тұрғын толқындардың пайда болу процесі былай болады: жүгірме толқын сымдардың аяғына жетіп, одан шағылады. Шағылған және қарсы келген толқындар кездесіп тұрғын толқындар жүйесін тудырады. Бұл уақытта сымдардың аяғында кернеу шоғы мен ток түйіні пайда болады. Ашық сымды сымдардың бас жағында ток шоғы болады да, сым бойларында қарқынды тұрғын толқындар пайда болады, яғни ашық сымда оның ұзындығы ширек толқын ұзындығының тақ мәндеріне тең болғанда резонанс құбылысы байқалады. (4.9.6-сурет)

4.9.6 – сурет

 

Егер сымдар аяғы тұйық болса, сымдардың аяғында ток шоғы, кернеу түйіні болады (4.9.7-сурет).

4.9.7-сурет

 

Тұйық сым ұзындығы ширек толқын ұзындығының жұп мәніне тең болғанда сым резонансқа күйленеді және сымның басында ток шоғы, кернеу түйіні пайда болады. Ток шоқтарын анықтау үшін қыздыру лампаларын пайдаланамыз. Ток шоктарында лампа жанады. Кернеу шоқтары үшін неон лампалары пайдаланылады. Кернеу шоқтарында лампалар жарқылдайды. Көршілес ток шоқтарының, не көршілес кернеу шоқтарының арасы электромагниттік толқын ұзындығының жартысына тең болады.

Лекер жүйесін ортаның диэлектрлік өтімділігін анықтау үшін пайдалануға болады. Осы жұмыста судың диэлектрлік өтімділігі анықталады.

Ол үшін ауадағы электромагниттік толқын ұзындығын және судағы электромагниттік толқын ұзындықтарын анықтаймыз:

(4.9.7)

(4.9.8)

мұндағы және ауадағы және судағы электромагниттік толқынның таралу жылдамдықтары, - генератор жиілігі.

Максвелл теориясы бойынша

(4.9.9)

(4.9.7), (4.9.8), (4.9.9) өрнектер арқылы

(4.9.10)

табамыз ().

 

4.9.2 ЖҰМЫС ІСТЕУ ТӘРТІБІ

 

1. Түзеткіш (2) ток көзіне қосамыз (4.9.8-сурет).

4.9.8-cурет

 

2. Генератор (2) қызғаннан соң Лехер жүйесін 2-3 см қашықтыққа жақындатамыз.

3. Жылжымалы тиекті (3) сым бойымен жылжыта отырып шоқтар координаталарын анықтаймыз (лампа жанады). Координаталар арасы өлшеп аламыз.

4. Өлшеулерді 4-5 рет қайталаймыз.

5. Өлшеу нәтижелерін 4.9.1-кестеге толтырамыз.

 

 

4.9.1-кесте

№	,м	,м	,м	,м
1.
2.
3.
Орта мән

6. (6) өрнек арқылы толқын ұзындығын анықтаймыз.

7. Астауға су құйып анықтаймыз.

8. (4.9.10) өрнек бойынша судың диэлектрлік өтімділігін анықтаймыз.

9. Абсолюттік және салыстырмалы қателіктерді анықтау керек.

 

4.9.3 БАҚЫЛАУ СҰРАҚТАРЫ

1. Тербелмелі контур дегеніміз не?

2. Тербелмелі контурдағы процестерді сипаттау керек.

3. Электромагниттік толқын деген не?

4. Тұрғын толқын қалай туады?

5. Шоқ, түйін деген не?

6. Электромагниттік толқынның периоды қалай анықталады?

7. Өшпейтін электромагниттік толқындарды қалай алуға болады?

8. Қос сымдағы электромагниттік толқындар жайлы айтыңыз.

9. Ортаның диэлектрлік өтімділігі деген не?

 

5.1 ДИФРАКЦИЯЛЫҚ ТОРДЫҢ КӨМЕГІМЕН ЖАРЫҚТЫҢ