Властивості електромагнітних хвиль

Для кращого розуміння різноманітних застосувань електромагнітних хвиль необхідно хоча б коротко ознайомитися з деякими їх властивостями. Сучасне шкільне обладнання дає можливість порівняно легко вивчити на дослідах основні властивості електромагніт-них хвиль. Для цього є спеціальний комплект апарату-ри, який складається з генератора надвисокої частоти (НВЧ), приймача хвиль і ряду допоміжних пристосувань. Не розглядаючи будову генератора, ознайомимося з деякими властивостями електромагнітних хвиль.

Для здійснення напрямленого випромінювання і приймання електромагнітних хвиль використовуються спеціальні рупорні антени прямокутного перерізу.

Встановимо на столі на однаковій висоті генератор і приймач антенами один до одного і доможе-мось доброї чутності звуку в гучномовці. Помістимо між антенами пластину з діелектрика і зауважимо, що гучність дещо зменшилась. Якщо замінити діелектрик металевою пластиною, то приймання хвиль взагалі при-пиняється. Це свідчить про те, що хвилі відбиваються провідником. Кут відбивання електромагнітних хвиль, як і хвиль будь-якої іншої природи, дорівнює кутові падіння. В цьому легко переконатися, розмістивши антени під однаковими кутами до металевої пластини F. Звук зникає, якщо забрати пластину або повернути її на деякий інший кут.

Електромагнітні хвилі зазнають заломлення на межі діелектрика. В цьому можна переконатися, помістивши на місце пластини трикутну призму з діелектрика, наприклад, з парафіну. Під час повертання призми спостерігатимемо зникнення й появу звуку.

За допомогою генератора можна спостерігати й най-важливіші хвильові явища — інтерференцію і дифрак-цію електромагнітних хвиль. Інтерференцію, зокрема, можна спостерігати так. Генератор і приймач розміщу-ють один проти одного і потім знизу підносять металеву пластину. При цьому спостерігається почергове послаблення і посилення звуку, що пояснюється інтерференцією двох хвиль, з яких одна поширюється безпосередньо від антени генератора, а друга — після відбивання від пластини.

На досліді можна також переконатися у попередності електромагнітних хвиль. Для цього між генерато-ром і приймачем розміщують решітку з паралельних металевих стержнів. Повертаючи решітку, спостерігають підсилення й послаблення сигналу аж до повної його відсутності. Приймання відсутнє тоді, коли електричний вектор Е падаючої електромагнітної хвилі паралельний стержням. У цьому випадку в стержнях збуджуються струми і решітка відбиває падаючі хвилі подібно до суцільної металевої пластини. Якщо ж вектор перпендикулярний до стержнів, струми не збуджу-ються в стержнях і електромагнітна хвиля проходить крізь решітку.

Поширення радіохвиль

Коли електромагнітні хвилі використовують для радіозв'яз-ку, то й джерело, і приймач радіохвиль найчастіше розміщують поблизу земної поверхні, її форма й фізичні властивості, а та-кож стан атмосфери дуже впливають на поширення радіохвиль.

Особливо істотно впливають на поширення радіохвиль шари іонізованого газу у верхніх шарах атмосфери на висоті 100-300 км над поверхнею Землі. Ці шари називають іоносферою. Іонізують повітря верхніх шарів атмосфери електромагнітні хви-лі і потік заряджених частинок, що їх випромінює Сонце.

Іоносфера, яка проводить електричний струм, відбиває радіо-хвилі, що мають довжину > 10 м, як звичайна металева плас-тина. Але здатність іоносфери відбивати і поглинати радіохвилі дуже змінюється залежно від часу доби і пори року Саме через це радіозв’язок, особливо в діапазоні середніх довжин хвиль (100-1000 м), значно надійніший уночі й у зимовий період. .

Стійкий радіозв'язок між віддаленими пунктами на земній поверхні, де немає прямої видимості, можливий завдяки відби-ванню хвиль від іоносфери й здатності радіохвиль огинати опуклу земну поверхню. Це огинання тим виразніше, чим більша дов-жина хвилі. Тому радіозв'язок на великих відстанях, коли хвилям доводиться огинати Землю, можливий лише на довжинах хвиль, що значно перевищують 100 м (середні й довгі хвилі)

Короткі хвилі (діапазон довжин хвиль — від 10 до 100 м) поширюються на великі відстані тільки внаслідок багаторазо-вих відбивань від іоносфери й поверхні Землі. Саме за допомогою коротких хвиль можна здійснювати радіозв'язок на будь-яких відстанях між радіостанціями на Землі.

Довгі радіохвилі для цього менш придатні, бо їх більше поглинають поверхневі шари Землі та іоносфера. Проте найбільш надійний радіозв'язок на обмежених відстанях при достатній потужності передавальної радіостанції — на довгих хвилях.

Ультракороткі радіохвилі (<10 м) проникають крізь іоно-сферу і майже не огинають поверхні Землі. Тому їх-використо-вують для радіозв'язку між пунктами в межах прямої видимо-сті, а також для зв'язку з космічними кораблями.

Поширення радіохвиль істотно залежить від їх довжини. Ко-роткі хвилі (~10—100 м) багаторазово відбиваються від юно сфери і поверхні Землі. Довгі хвилі (>100 м) «ковзають» по поверхні Землі. Ультракороткі хвилі (< 10 м) проникають крізь іоносферу.