Elektromagnetick kmitn a vlnn Podmnky pouvn prezentace Staen

Elektromagnetické kmitání a vlnění Podmínky používání prezentace Stažení, instalace na jednom počítači a použití pro soukromou potřebu jednoho uživatele je zdarma. Použití pro výuku jako podpůrný nástroj pro učitele či materiál pro samostudium žáka, rovněž tak použití jakýchkoli výstupů (obrázků, grafů atd. ) pro výuku je podmíněno zakoupením licence pro užívání software E-učitel příslušnou školou. Cena licence je 250, - Kč ročně a opravňuje příslušnou školu k používání všech aplikací pro výuku zveřejněných na stránkách www. eucitel. cz. Na těchto stránkách je rovněž podrobné znění licenčních podmínek a formulář pro objednání licence. Pro jiný typ použití, zejména pro výdělečnou činnost, publikaci výstupů z programu atd. , je třeba sjednat jiný typ licence. V tom případě kontaktujte autora (info@eucitel. cz) pro dojednání podmínek a smluvní ceny. OK © RNDr. Jiří Kocourek 2013

Elektromagnetické kmitání a vlnění © RNDr. Jiří Kocourek 2013

Oscilační obvod Jednoduchý obvod složený z cívky a kondenzátoru. C L

Oscilační obvod Jednoduchý obvod složený z cívky a kondenzátoru. V C + L – A Na počátku je kondenzátor nabit na maximální napětí; proud neprochází (spínač je vypnutý). u, i t

Oscilační obvod V i C L u, i A Sepneme-li spínač, začne obvodem procházet proud (kondenzátor se vybíjí). Po vybití kondenzátoru by proud poklesl – tato změna však podle Lenzova zákona vyvolá v cívce vznik indukovaného napětí, které se snaží změně zabránit. Důsledkem je, že proud ještě po jistou dobu prochází. t

Oscilační obvod V C – L Procházející indukovaný proud znovu nabije kondenzátor; polarita napětí je opačná. + A u, i t

Oscilační obvod V i C L A Napětí na nabitém kondenzátoru znovu způsobí proud v obvodu (opačného směru než v předchozím případě). Po vybití kondenzátoru proud opět ještě nějakou dobu probíhá (díky vlastní indukci cívky). u, i t

Oscilační obvod V C + L Kondenzátor se opět nabije a celý cyklus se znovu opakuje. – A u, i t

Oscilační obvod V V ideálním případě – při zanedbání odporu vodičů by vzniklo střídavé napětí a střídavý proud harmonického průběhu, které jsou navzájem posunuty o čtvrtinu periody – netlumené kmitání elektromagnetického oscilátoru. C L A Energie elektrického pole kondenzátoru se neustále periodicky mění v energii magnetického pole cívky a naopak. u, i t

Oscilační obvod Odvození vztahu pro frekvenci a periodu: V C L A u, i t

Oscilační obvod Odvození vztahu pro frekvenci a periodu: V C L A u, i t

Oscilační obvod Odvození vztahu pro frekvenci a periodu: V C L A u, i t

Oscilační obvod Odvození vztahu pro frekvenci a periodu: V C L A u, i t

Oscilační obvod Odvození vztahu pro frekvenci a periodu: V C L A u, i t

Oscilační obvod Frekvence a perioda kmitů ideálního oscilátoru: V C A L u, i t T

Oscilační obvod V V reálném případě způsobí odpor vodičů ztráty energie a amplituda napětí i proudu postupně klesají – tlumené kmitání elektromagnetického oscilátoru. C L A u, i t

Oscilační obvod V C Nucené kmitání elektromagnetického oscilátoru: Připojíme-li k oscilačnímu obvodu vnější zdroj střídavého napětí o frekvenci f, budou kmity oscilátoru opět netlumené. Frekvence proudu i napětí v oscilačním obvodu bude stejná jako frekvence vnějšího zdroje. L Amplituda bude tím větší, čím bližší bude hodnota f hodnotě vlastní frekvence oscilátoru f 0. ~ f

Oscilační obvod V C Nucené kmitání elektromagnetického oscilátoru: Připojíme-li k oscilačnímu obvodu vnější zdroj střídavého napětí o frekvenci f, budou kmity oscilátoru opět netlumené. Frekvence proudu i napětí v oscilačním obvodu bude stejná jako frekvence vnějšího zdroje. L Amplituda bude tím větší, čím bližší bude hodnota f hodnotě vlastní frekvence oscilátoru f 0. ~ Um rezonanční křivka f Pokud . . rezonance elektromagnetického oscilátoru f 0 f

Elektromagnetické vlnění Ze zkušenosti víme: Pokud zapneme vypínač, žárovka se okamžitě rozsvítí.

Elektromagnetické vlnění „Informace“ o zapnutí vypínače se však šíři konečnou (i když obrovskou) rychlostí. Pokud by vedení bylo velmi dlouhé (např. ze Země na Měsíc), zaregistrovali bychom určité zpoždění mezi stiskem vypínače a rozsvícením.

~ Elektromagnetické vlnění Při zapojení zdroje střídavého napětí (o vysoké frekvenci) musíme počítat s konečnou rychlostí šíření „informace o okamžité hodnotě napětí“. Podél vedení tedy nebude všude stejná hodnota napětí mezi vodiči.

~ Elektromagnetické vlnění u x

~ Elektromagnetické vlnění u x

~ Elektromagnetické vlnění u x Nastává situace formálně podobná šíření mechanického vlnění. Okamžitá hodnota napětí mezi různými místy dvouvodičového vedení závisí nejen na čase, ale i na vzdálenosti od zdroje napětí. Podél vedení se šíří postupné elektromagnetické vlnění.

~ Elektromagnetické vlnění u x. . . vlnová délka c. . . rychlost šíření elektromagnetického vlnění Ve vakuu:

~ Elektromagnetické vlnění u x Rovnice postupného elektromagnetického vlnění udává okamžitou hodnotu napětí v čase t a ve vzdálenosti x od zdroje.

~ Elektromagnetické vlnění u i x Tak jak se podél vedení šíří elektromagnetická vlna, probíhá mezi jednotlivými místy různě velký i různě orientovaný elektrický proud. (V obvodu s rezistorem nejsou napětí a proud vzájemně fázově posunuty).

~ Elektromagnetické vlnění E u i x V prostoru mezi vodiči tak vzniká proměnné elektrické pole. . .

~ Elektromagnetické vlnění B u i x V prostoru mezi vodiči tak vzniká proměnné elektrické pole a rovněž i proměnné magnetické pole.

~ Elektromagnetické vlnění B E u i x Roviny, v nichž leží vektory intenzity elektrického pole a magnetické indukce jsou navzájem kolmé.

~ Elektromagnetické vlnění E B u i x Obdobná situace nastane i v případě, že na konci vedení není uzavřen elektrický obvod (rozpojený konec vedení je vlastně „kondenzátor“ zapojený do obvodu místo rezistoru). Napětí a proud jsou v tomto případě posunuty o čtvrtinu periody.

Elektromagnetické vlnění E B Otevřeme-li konec vedení, vytvoříme elektromagnetický dipól (anténu), elektromagnetická vlna opustí prostor mezi vodiči a začne se šířit do prostoru.

Elektromagnetické vlnění Charakteristika a vlastnosti elektromagnetické vlny:

Elektromagnetické vlnění Charakteristika a vlastnosti elektromagnetické vlny: - od zdroje (např. antény) se šíří všemi směry; vlnoplochy (plochy spojující místa o stejné fázi) mají přibližně kulový tvar; směr šíření udávají kolmice k vlnoplochám – paprsky.

Elektromagnetické vlnění Charakteristika a vlastnosti elektromagnetické vlny: - od zdroje (např. antény) se šíří všemi směry; vlnoplochy (plochy spojující místa o stejné fázi) mají přibližně kulový tvar; směr šíření udávají kolmice k vlnoplochám – paprsky. - vektory elektrické intenzity a magnetické indukce leží v navzájem kolmých rovinách; pokud je zdrojem vlnění dipól, je s ním vektor E rovnoběžný a vektor B je na něj kolmý; elektrickou a magnetickou složku nelze od sebe oddělit

Elektromagnetické vlnění Charakteristika a vlastnosti elektromagnetické vlny: - od zdroje (např. antény) se šíří všemi směry; vlnoplochy (plochy spojující místa o stejné fázi) mají přibližně kulový tvar; směr šíření udávají kolmice k vlnoplochám – paprsky. - vektory elektrické intenzity a magnetické indukce leží v navzájem kolmých rovinách; pokud je zdrojem vlnění dipól, je s ním vektor E rovnoběžný a vektor B je na něj kolmý; elektrickou a magnetickou složku nelze od sebe oddělit - elektromagnetická vlna nepotřebuje ke svému šíření hmotné prostředí (jako např. zvukové vlnění) – šíří se i ve vakuu; rychlost šíření elmg. vlnění ve vakuu je přibližně c = 3· 108 m·s-1

Elektromagnetické vlnění Charakteristika a vlastnosti elektromagnetické vlny: - od zdroje (např. antény) se šíří všemi směry; vlnoplochy (plochy spojující místa o stejné fázi) mají přibližně kulový tvar; směr šíření udávají kolmice k vlnoplochám – paprsky. - vektory elektrické intenzity a magnetické indukce leží v navzájem kolmých rovinách; pokud je zdrojem vlnění dipól, je s ním vektor E rovnoběžný a vektor B je na něj kolmý; elektrickou a magnetickou složku nelze od sebe oddělit - elektromagnetická vlna nepotřebuje ke svému šíření hmotné prostředí (jako např. zvukové vlnění) – šíří se i ve vakuu; rychlost šíření elmg. vlnění ve vakuu je přibližně c = 3· 108 m·s-1 - prochází-li elmg. vlnění hmotným prostředím, je jeho rychlost vždy nižší než rychlost c

Elektromagnetické vlnění Charakteristika a vlastnosti elektromagnetické vlny: - od zdroje (např. antény) se šíří všemi směry; vlnoplochy (plochy spojující místa o stejné fázi) mají přibližně kulový tvar; směr šíření udávají kolmice k vlnoplochám – paprsky. - vektory elektrické intenzity a magnetické indukce leží v navzájem kolmých rovinách; pokud je zdrojem vlnění dipól, je s ním vektor E rovnoběžný a vektor B je na něj kolmý; elektrickou a magnetickou složku nelze od sebe oddělit - elektromagnetická vlna nepotřebuje ke svému šíření hmotné prostředí (jako např. zvukové vlnění) – šíří se i ve vakuu; rychlost šíření elmg. vlnění ve vakuu je přibližně c = 3· 108 m·s-1 - prochází-li elmg. vlnění hmotným prostředím, je jeho rychlost vždy nižší než rychlost c - stojí-li elmg. vlnění v cestě překážka, odráží se od ní; pokud je rozměr překážky srovnatelný s vlnovou délkou, vlnění se ohýbá

Elektromagnetické vlnění Některé využití elektromagnetického vlnění: mobilní telefon vysílačka rozhlasové a televizní vysílání dálkové ovládání mikrovlnná trouba radioteleskop

Obrázky, animace a videa použité v prezentacích E-učitel jsou buď originálním dílem autora, nebo byly převzaty z volně dostupných internetových stránek.