1. Freie elektromagnetische Schwingungen.

2. Aperiodische Kondensatorentladung. Zeitkonstante. Kondensatorladung.

3. Elektrischer Impuls und Impulsstrom.

4. Impulselektrotherapie.

5. Grundlegende Konzepte und Formeln.

6. Aufgaben.

14.1. Freie elektromagnetische Schwingungen

In der Physik Schwankungen Prozesse, die sich in unterschiedlichen Wiederholungsgraden unterscheiden, werden genannt.

Elektromagnetische Schwingungen- Dies sind wiederholte Änderungen elektrischer und magnetischer Größen: Ladung, Strom, Spannung sowie elektrische und magnetische Felder.

Solche Schwingungen treten beispielsweise in einem geschlossenen Stromkreis auf, der einen Kondensator und eine Induktivität enthält (Schwingkreis).

Kontinuierliche Schwingungen

Betrachten Sie einen idealen Schwingkreis ohne aktiven Widerstand (Abb. 14.1).

Wenn Sie den Kondensator aus einem Gleichspannungsnetz (U c) aufladen, den Schlüssel K auf Position "1" stellen und dann den Schlüssel K auf Position "2" stellen, beginnt der Kondensator, sich durch die Induktivität und hinein zu entladen die Rennbahn

Reis. 14.1. Idealer Schwingkreis (C - Kondensatorkapazität, L - Spuleninduktivität)

Es wird eine steigende Strömung geben ich(Gewalt Variable Strom bezeichnen Kleinbuchstaben Buchstabe i).

In diesem Fall erscheint eine EMK in der Spule. Selbstinduktion E \u003d -L ​​​​* di / dt (siehe Formel 10.15). In einer idealen Schaltung (R = 0) emk. gleich der Spannung an den Kondensatorplatten U = q / C (siehe Formel 10.16). Wenn wir E und U gleichsetzen, erhalten wir

Die Periode der freien Schwingungen wird durch die Thompson-Formel bestimmt: T = 2π/ω 0 = 2π√LC . (14.6)

Reis. 14.2. Zeitabhängigkeit von Ladung, Spannung und Strom in einem idealen Schwingkreis (ungedämpfte Schwingungen)

Die Energie des elektrischen Feldes des Kondensators W el und die Energie des magnetischen Feldes der Spule W m ändern sich periodisch mit der Zeit:

Die Gesamtenergie (W) elektromagnetischer Schwingungen ist die Summe dieser beiden Energien. Da in einem idealen Kreislauf keine Verluste mit der Wärmeabgabe verbunden sind, bleibt die Gesamtenergie der freien Schwingungen erhalten:

gedämpfte Schwingungen

Unter normalen Bedingungen haben alle Leiter aktiver Widerstand. Daher werden freie Schwingungen in einer realen Schaltung gedämpft. In Abbildung 14.3 wird der aktive Widerstand der Leiter durch den Widerstand R dargestellt.

Bei aktivem Widerstand EMK. Selbstinduktion ist gleich der Summe der Spannungen über dem Widerstand und den Kondensatorplatten:

Nachdem Sie alle Terme auf die linke Seite übertragen und durch die Induktivität geteilt haben

Reis. 14.3. Echter Schwingkreis

Spule (L) erhalten wir die Differentialgleichung freier Schwingungen in einem realen Stromkreis:

Ein Diagramm solcher Schwankungen ist in Abb. 14.4.

Die Dämpfungscharakteristik ist logarithmisches Dämpfungsdekrementλ = βT s = 2πβ/ω s, wobei T s und ω s die Periode bzw. Frequenz gedämpfter Schwingungen sind.

Reis. 14.4. Zeitabhängigkeit der Ladung in einem realen Schwingkreis (gedämpfte Schwingungen)

14.2. Aperiodische Entladung eines Kondensators. Zeitkonstante. Kondensatorladung

In einfacheren Fällen treten auch aperiodische Prozesse auf. Wenn beispielsweise ein geladener Kondensator an einen Widerstand (Abb. 14.5) oder ein ungeladener Kondensator an eine Konstantspannungsquelle (Abb. 14.6) angeschlossen wird, treten nach dem Schließen der Tasten keine Schwingungen auf.

Die Entladung eines Kondensators mit einer Anfangsladung zwischen den Platten q max erfolgt nach einem Exponentialgesetz:

wobei τ = RC aufgerufen wird Zeitkonstante.

Nach demselben Gesetz ändert sich auch die Spannung an den Kondensatorplatten:

Reis. 14.5. Entladen eines Kondensators über einen Widerstand

Reis. 14.6. Aufladen eines Kondensators aus einem Gleichspannungsnetz mit Innenwiderstand r

Beim Laden aus einem Gleichstromnetz erhöht sich die Spannung an den Kondensatorplatten gesetzeskonform

wobei auch τ = rC genannt wird Zeitkonstante(r ist der Innenwiderstand des Netzwerks).

14.3. Elektrischer Impuls und Impulsstrom

Elektrischer Impuls - eine kurzfristige Änderung der elektrischen Spannung oder des Stroms vor dem Hintergrund eines konstanten Werts.

Impulse werden in zwei Gruppen eingeteilt:

1) Videoimpulse- elektrische Impulse von Gleichstrom oder Spannung;

2) Funkimpulse- modulierte elektromagnetische Schwingungen.

Bildimpulse verschiedener Formen und ein Beispiel eines Funkimpulses sind in Abb. 1 dargestellt. 14.7.

Reis. 14.7. elektrische Impulse

In der Physiologie bezeichnet der Begriff "elektrischer Impuls" genau Videoimpulse, deren Eigenschaften von erheblicher Bedeutung sind. Um den möglichen Fehler bei den Messungen zu reduzieren, wurde vereinbart, die Zeitpunkte herauszugreifen, zu denen die Parameter einen Wert von 0,1 U max und 0,9 U max (0,1 I max und 0,9 I max) haben. Durch diese Zeitmomente drücken sich die Eigenschaften der Pulse aus.

Abb.14.8. Eigenschaften des Impulses (a) und des Stoßstroms (b)

Impulsstrom- eine periodische Folge identischer Impulse.

Die Eigenschaften eines einzelnen Impulses und eines gepulsten Stroms sind in Abb. 1 dargestellt. 14.8.

Die Abbildung zeigt:

14.4. Puls-Elektrotherapie

Elektroschlaftherapie- eine Methode zur therapeutischen Wirkung auf die Strukturen des Gehirns. Für dieses Verfahren rechteckig

Impulse mit einer Frequenz von 5-160 Imp/s und einer Dauer von 0,2-0,5 ms. Die Stärke des Impulsstroms beträgt 1-8 mA.

Transkranielle Elektroanalgesie- eine Methode zur therapeutischen Wirkung auf die Kopfhaut mit gepulsten Strömen, die eine Schmerzlinderung oder eine Verringerung der Schmerzintensität bewirken. Die Belichtungsmodi sind in Abb. 1 dargestellt. 14.9.

Reis. 14.9. Die wichtigsten Arten von gepulsten Strömen, die in der transkraniellen Elektroanalgesie verwendet werden:

a) Rechteckimpulse mit einer Spannung von bis zu 10 V, einer Frequenz von 60–100 Imp/s, einer Dauer von 3,5–4 ms, gefolgt von Bursts von 20–50 Impulsen;

b) Rechteckimpulse mit konstantem (b) und variablem (c) Tastverhältnis mit einer Dauer von 0,15-0,5 ms, Spannung bis 20 V, gefolgt von einer Frequenz

Die Auswahl der Parameter (Frequenz, Dauer, Tastverhältnis, Amplitude) erfolgt individuell für jeden Patienten.

Diadynamische Therapie Verwendet Halbsinusimpulse

(Abb. 14.10).

Bernhard Strömungen sind diadynamische Ströme - Impulse mit einer Hinterkante in Form einer Exponentialfunktion, die Frequenz dieser Ströme beträgt 50-100 Hz. Erregbare Körpergewebe passen sich schnell an solche Strömungen an.

elektrische Stimulation- eine Methode zur therapeutischen Anwendung von gepulsten Strömen zur Wiederherstellung der Aktivität von Organen und Geweben, die ihre normale Funktion verloren haben. Die therapeutische Wirkung beruht auf der physiologischen Wirkung, die auf das Gewebe des Körpers ausgeübt wird.

Reis. 14.10. Die Haupttypen diadynamischer Ströme:

a) Ein-Halbwellen-Dauerstrom mit einer Frequenz von 50 Hz;

b) Vollwellen-Dauerstrom mit einer Frequenz von 100 Hz;

c) rhythmischer Halbwellenstrom - intermittierender Halbwellenstrom, dessen Pakete sich mit Pausen gleicher Dauer abwechseln

d) Strom moduliert durch Perioden unterschiedlicher Dauer

mA-Pulse mit hoher Flankensteilheit. In diesem Fall tritt eine schnelle Verschiebung von Ionen aus einem stationären Zustand auf, was eine erhebliche Reizwirkung auf erregbare Gewebe (Nerv, Muskel) hat. Dieser Reizeffekt ist proportional zur Änderungsgeschwindigkeit der Stromstärke, d.h. di/dt.

Die Haupttypen von gepulsten Strömen, die bei dieser Methode verwendet werden, sind in Abb. 1 dargestellt. 14.11.

Reis. 14.11. Die wichtigsten Arten von gepulsten Strömen, die zur elektrischen Stimulation verwendet werden:

a) Gleichstrom mit Unterbrechung;

b) Rechteckimpulsstrom;

c) Impulsstrom in exponentieller Form;

d) gepulster Strom mit dreieckiger Spitzenform

Die irritierende Wirkung des gepulsten Stroms wird besonders stark durch die Steilheit des Anstiegs der Vorderflanke beeinflusst.

Elektropunktion- therapeutische Wirkung von gepulsten und wechselnden Strömen auf biologisch aktive Punkte (BAP). Nach modernen Vorstellungen sind solche Punkte morphofunktionell isolierte Gewebeareale, die im subkutanen Fettgewebe liegen. Sie haben eine erhöhte elektrische Leitfähigkeit gegenüber den umgebenden Hautpartien. Diese Eigenschaft ist die Grundlage für den Betrieb von Geräten zur Suche nach BAPs und deren Beeinflussung (Abb. 14.12).

Reis. 14.12. Gerät zur Elektropunktion

Die Betriebsspannung von Messgeräten überschreitet 2 V nicht.

Die Messungen werden wie folgt durchgeführt: Der Patient hält die neutrale Elektrode in der Hand und der Bediener bringt eine kleinflächige Messelektrodensonde (Punktelektroden) an dem untersuchten BAP an. Experimentell wurde gezeigt, dass die Stärke des im Messkreis fließenden Stroms vom Druck der Sondenelektrode auf die Hautoberfläche abhängt (Abb. 14.13).

Daher kommt es immer zu einer Streuung des Messwertes. Darüber hinaus ist die Elastizität, Dicke und Feuchtigkeit der Haut an verschiedenen Körperteilen und bei verschiedenen Menschen unterschiedlich, sodass es unmöglich ist, eine einzige Norm einzuführen. Es sollte beachtet werden, dass die Mechanismen der elektrischen Stimulation

Reis. 14.13. Die Abhängigkeit der Stromstärke vom Druck der Sonde auf der Haut

BAPs bedürfen einer strengen wissenschaftlichen Begründung. Ein korrekter Vergleich mit den Konzepten der Neurophysiologie ist erforderlich.

14.5. Grundbegriffe und Formeln

Ende der Tabelle

14.6. Aufgaben

1. Kondensatoren mit variablem Abstand zwischen den Platten werden als biomedizinischer Informationssensor verwendet. Ermitteln Sie das Verhältnis der Frequenzänderung zur Frequenz der Eigenschwingungen in einem Stromkreis mit einem solchen Kondensator, wenn sich der Abstand zwischen den Platten um 1 mm verringert hat. Der Anfangsabstand beträgt 1 cm.

2. Der Schwingkreis des Gerätes zur therapeutischen Diathermie besteht aus einer Induktivität und einem Kondensator mit einer Kapazität von

C \u003d 30 F. Bestimmen Sie die Induktivität der Spule, wenn die Generatorfrequenz 1 MHz beträgt.

3. Ein Kondensator mit einer Kapazität von C \u003d 25 pF, der auf eine Potentialdifferenz U \u003d 20 V aufgeladen ist, wird über eine echte Spule mit einem Widerstand R \u003d 10 Ohm und einer Induktivität L \u003d 4 μH entladen. Finden Sie den logarithmischen Dämpfungsfaktor λ.

Entscheidung

Das System ist ein echter Schwingkreis. Dämpfungskoeffizient β \u003d R / (2L) \u003d 20 / (4x10 -6) \u003d 5x10 6 1 / s. Logarithmisches Dämpfungsdekrement

4. Das Flimmern der Herzkammern ist ihre chaotische Kontraktion. Ein starker Kurzzeitstrom, der durch die Herzregion geleitet wird, erregt Myokardzellen, und der normale Rhythmus der ventrikulären Kontraktion kann wiederhergestellt werden. Das entsprechende Gerät heißt Defibrillator. Es ist ein Kondensator, der auf eine signifikante Spannung aufgeladen und dann über Elektroden entladen wird, die am Körper des Patienten in der Herzregion angebracht werden. Ermitteln Sie den Wert des maximalen Stroms während der Wirkung des Defibrillators, wenn er auf eine Spannung von U = 5 kV aufgeladen wurde und der Widerstand eines Teils des menschlichen Körpers 500 Ohm beträgt.

Entscheidung

Ich \u003d U / R \u003d 5000/500 \u003d 10 A. Antworten: Ich = 10A.

Elektrische Schwingungen und elektromagnetische Wellen

Oszillationsänderungen im Stromkreis der Ladungs-, Strom- oder Spannungswerte werden als elektrische Schwingungen bezeichnet. Variabler elektrischer Strom ist eine der Arten von elektrischen Schwingungen.

Hochfrequente elektrische Schwingungen werden in den meisten Fällen mit Hilfe eines Schwingkreises gewonnen.

Der Schwingkreis ist ein geschlossener Stromkreis, der aus einer Induktivität besteht L und Behälter C.

Die Periode der Eigenschwingungen der Schaltung:

und der Strom im Stromkreis ändert sich nach dem Gesetz der gedämpften Schwingungen:

Wenn ein Schwingkreis einer veränderlichen EMK ausgesetzt wird, werden im Kreis erzwungene Schwingungen eingestellt. Amplitude erzwungener Stromoszillationen bei konstanten Werten L, C, R hängt vom Verhältnis der Eigenschwingungsfrequenz des Kreises und der Änderungsfrequenz der sinusförmigen EMK ab (Bild 1).

Nach dem Biot-Savart-Laplace-Gesetz erzeugt der Leitungsstrom ein Magnetfeld mit geschlossenen Feldlinien. Ein solches Feld heißt Wirbel.

Ein Leitungswechselstrom erzeugt ein magnetisches Wechselfeld. Wechselstrom fließt im Gegensatz zu Gleichstrom durch den Kondensator; aber dieser Strom ist kein Leitungsstrom; es wird genannt Ruhestrom. Der Bias-Strom ist ein zeitlich veränderliches elektrisches Feld; es erzeugt ein magnetisches Wechselfeld, ähnlich einem Leitungswechselstrom. Vorspannungsstromdichte:

An jedem Punkt im Raum erzeugt die zeitliche Änderung der Induktion des elektrischen Feldes ein magnetisches Wechselfeld (Abb. 2a). Vektoren B des entstehenden Magnetfeldes liegen in einer Ebene senkrecht zum Vektor D. Die mathematische Gleichung, die dieses Muster ausdrückt, wird aufgerufen Maxwells erste Gleichung.

Bei elektromagnetischer Induktion entsteht ein elektrisches Feld mit geschlossenen Kraftlinien (Wirbelfeld), das sich als EMK der Induktion äußert. An jedem Punkt im Raum erzeugt die zeitliche Änderung des Induktionsvektors des Magnetfelds ein elektrisches Wechselfeld (Abb. 2b). Vektoren D des entstehenden elektrischen Feldes liegen in einer Ebene senkrecht zum Vektor B. Die mathematische Gleichung, die dieses Muster beschreibt, heißt Maxwells zweite Gleichung.

Die Kombination aus veränderlichen elektrischen und magnetischen Feldern, die untrennbar miteinander verbunden sind, wird als elektromagnetisches Feld bezeichnet.

Aus den Maxwellschen Gleichungen folgt, dass sich die zeitliche Änderung des elektrischen (oder magnetischen) Feldes, das an einem beliebigen Punkt entstanden ist, von einem Punkt zum anderen bewegt und dass es zu gegenseitigen Transformationen von elektrischen und magnetischen Feldern kommt.

Elektromagnetische Wellen sind ein Prozess der gleichzeitigen Ausbreitung sich ändernder elektrischer und magnetischer Felder im Raum. Vektoren der Stärke elektrischer und magnetischer Felder ( E und H) zur elektromagnetischen Welle stehen senkrecht aufeinander, und der Vektor v Ausbreitungsgeschwindigkeit steht senkrecht auf der Ebene, in der beide Vektoren liegen E und H(Abb.3), Dies gilt für die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen und den unbegrenzten Raum.

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen im Vakuum hängt nicht von der Wellenlänge ab und ist gleich

Die Geschwindigkeit elektromagnetischer Wellen in verschiedenen Medien ist kleiner als die Geschwindigkeit im Vakuum.

§ 3.5. Elektromagnetische Schwingungen und Wellen

Elektromagnetische Schwingungen sind periodische zeitliche Änderungen elektrischer und magnetischer Größen in einem Stromkreis.

Bei Schwingungen findet ein kontinuierlicher Umwandlungsprozess der Energie des Systems von einer Form in eine andere statt. Bei Schwingungen des elektromagnetischen Feldes kann der Austausch nur zwischen den elektrischen und magnetischen Komponenten dieses Feldes stattfinden. Das einfachste System, in dem dieser Vorgang stattfinden kann, ist ein Schwingkreis. Ein idealer Schwingkreis (LC-Kreis) ist ein elektrischer Schaltkreis, der aus einer Spule mit einer Induktivität besteht L und ein Kondensator C.

Im Gegensatz zu einem echten Schwingkreis, der einen elektrischen Widerstand hat R, ist der elektrische Widerstand eines idealen Stromkreises immer Null. Daher ist ein idealer Schwingkreis ein vereinfachtes Modell eines realen Schaltkreises.

Betrachten Sie die Prozesse, die im Schwingkreis ablaufen. Um das System aus dem Gleichgewicht zu bringen, laden wir den Kondensator so auf, dass sich auf seinen Platten eine Ladung Q befindet m. Aus der Formel, die die Ladung des Kondensators und die Spannung darauf bezieht, finden wir den Wert der maximalen Spannung am Kondensator
. Im Stromkreis fließt zu diesem Zeitpunkt kein Strom, d.h.
. Unmittelbar nach dem Aufladen des Kondensators tritt unter dem Einfluss seines elektrischen Feldes im Stromkreis ein elektrischer Strom auf, dessen Wert mit der Zeit zunimmt. Der Kondensator beginnt sich zu diesem Zeitpunkt zu entladen, weil. Die Elektronen, die den Strom erzeugen (ich erinnere Sie daran, dass die Bewegungsrichtung positiver Ladungen als Stromrichtung angenommen wird), verlassen die negative Platte des Kondensators und kommen zur positiven. Zusammen mit Ladung q die Spannung wird abnehmen u. Bei einer Erhöhung der Stromstärke durch die Spule tritt eine EMK der Selbstinduktion auf, die eine Änderung (Erhöhung) der Stromstärke verhindert. Dadurch steigt die Stromstärke im Schwingkreis nicht sofort von Null auf einen bestimmten Maximalwert an, sondern über einen bestimmten Zeitraum, der durch die Induktivität der Spule bestimmt wird. Kondensatorladung q abnimmt und irgendwann gleich Null wird ( q = 0, u= 0), erreicht der Strom in der Spule seinen Maximalwert ich m. Ohne das elektrische Feld des Kondensators (und des Widerstands) bewegen sich die Elektronen, die den Strom erzeugen, durch Trägheit weiter. In diesem Fall laden die Elektronen, die an der neutralen Platte des Kondensators ankommen, ihn negativ auf, die Elektronen, die die neutrale Platte verlassen, laden ihn positiv auf. Der Kondensator beginnt sich aufzuladen q(und Spannung u), aber mit entgegengesetztem Vorzeichen, d.h. Der Kondensator wird wieder aufgeladen. Jetzt hindert das neue elektrische Feld des Kondensators die Elektronen daran, sich zu bewegen, sodass der Strom abzunehmen beginnt. Auch dies geschieht nicht sofort, da nun die Selbstinduktion EMF versucht, den Stromabfall zu kompensieren und ihn „unterstützt“. Und der Wert des Stroms ich m stellt sich heraus maximaler Strom in Kontur. Ferner wird die Stromstärke gleich Null und die Ladung des Kondensators erreicht ihren Maximalwert Q m (U m). Und wieder erscheint unter der Wirkung des elektrischen Feldes des Kondensators ein elektrischer Strom im Stromkreis, der jedoch in die entgegengesetzte Richtung gerichtet ist und dessen Wert mit der Zeit zunimmt. Und der Kondensator wird zu diesem Zeitpunkt entladen. Usw.

Da die Ladung auf dem Kondensator q(und Spannung u) bestimmt seine elektrische Feldenergie W e und der Strom in der Spule ist die Energie des Magnetfelds wm dann ändern sich mit Änderungen von Ladung, Spannung und Stromstärke auch die Energien.

Elektromagnetische Schwingungen sind Schwankungen der elektrischen Ladung, Stromstärke, Spannung, damit verbundene Schwankungen der elektrischen Feldstärke und Magnetfeldinduktion.

Freie Schwingungen sind solche, die in einem geschlossenen System aufgrund der Abweichung dieses Systems von einem stabilen Gleichgewichtszustand auftreten. Bezogen auf den Schwingkreis bedeutet dies, dass nach der Energieübertragung an das System (Aufladung des Kondensators oder Stromfluss durch die Spule) freie elektromagnetische Schwingungen im Schwingkreis entstehen.

Die zyklische Frequenz und die Schwingungsdauer im Schwingkreis werden durch die Formeln bestimmt:
,
.

Maxwell sagte theoretisch die Existenz elektromagnetischer Wellen voraus, d.h. ein elektromagnetisches Wechselfeld, das sich mit endlicher Geschwindigkeit im Raum ausbreitet, und schuf die elektromagnetische Theorie des Lichts.

Eine elektromagnetische Welle ist die zeitliche Ausbreitung von Schwingungen von Vektoren im Raum und .

Wenn an irgendeinem Punkt im Raum ein sich schnell änderndes elektrisches Feld entsteht, dann verursacht es an benachbarten Punkten das Auftreten eines magnetischen Wechselfeldes, das wiederum das Auftreten eines elektrischen Wechselfeldes anregt und so weiter. Je schneller sich das Magnetfeld ändert (mehr ), desto intensiver das entstehende elektrische Feld E umgekehrt. Eine notwendige Bedingung für die Bildung intensiver elektromagnetischer Wellen ist daher eine ausreichend hohe Frequenz elektromagnetischer Schwingungen.

Aus den Maxwell-Gleichungen folgt, dass im freien Raum, wo es keine Ströme und Ladungen gibt ( j=0, q=0) elektromagnetische Wellen sind transversal, d.h. Wellengeschwindigkeitsvektor senkrecht zu den Vektoren und , und Vektoren
bilden ein rechtshändiges Tripel.

M
Das elektromagnetische Wellenmodell ist in der Abbildung dargestellt. Dies ist eine ebene linear polarisierte Welle. Wellenlänge
, wo T ist die Schwingungsdauer, - Oszillationsfrequenz. In der Optik und Radiophysik wird das Modell einer elektromagnetischen Welle durch die Vektoren ausgedrückt
. Aus den Maxwell-Gleichungen folgt
. Das bedeutet, dass bei einer wandernden ebenen elektromagnetischen Welle die Schwingungen der Vektoren auftreten und treten in der gleichen Phase auf und zu jedem Zeitpunkt ist die elektrische Energie der Welle gleich der magnetischen.

Die Geschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle in einem Medium
wo v ist die Geschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle in einem bestimmten Medium,
,mit ist die Geschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle im Vakuum, gleich der Lichtgeschwindigkeit.

Lassen Sie uns die Wellengleichung herleiten.

Wie aus der Schwingungstheorie bekannt, ist die Gleichung einer ebenen Welle, die sich entlang der x-Achse ausbreitet
, wo
– schwankender Wert (in diesem Fall E oder H), v – Wellengeschwindigkeit, ω ist die zyklische Schwingungsfrequenz.

Also die Wellengleichung
Wir differenzieren zweimal nach t und von x.
,
. Von hier bekommen wir
. Ebenso können Sie erhalten
. Im allgemeinen Fall, wenn sich die Welle in eine beliebige Richtung ausbreitet, sollten diese Gleichungen geschrieben werden als:
,
. Ausdruck
heißt Laplace-Operator. Auf diese Weise,

. Diese Ausdrücke werden Wellengleichungen genannt.

Im Schwingkreis findet eine periodische Umwandlung der elektrischen Energie des Kondensators statt
in die magnetische Energie des Induktors
. Schwingungsdauer
. In diesem Fall ist die Abstrahlung elektromagnetischer Wellen gering, weil. Das elektrische Feld konzentriert sich im Kondensator und das Magnetfeld konzentriert sich im Solenoid. Um die Strahlung wahrnehmbar zu machen, müssen Sie den Abstand zwischen den Kondensatorplatten vergrößern Mit und Spulenwindungen L. In diesem Fall erhöht sich das vom Feld eingenommene Volumen, L und Mit– wird abnehmen, d.h. die Oszillationsfrequenz wird zunehmen.

Experimentell wurden elektromagnetische Wellen erstmals von Hertz (1888) unter Verwendung des von ihm erfundenen Vibrators erhalten. Popov (1896) erfand das Radio, d.h. verwendet elektromagnetische Wellen zur Übertragung von Informationen.

Um die von einer elektromagnetischen Welle getragene Energie zu charakterisieren, wird der Energieflussdichtevektor eingeführt. Sie ist gleich der Energie, die eine Welle in 1 Sekunde durch eine Flächeneinheit senkrecht zum Geschwindigkeitsvektor transportiert .
wo
ist die volumetrische Energiedichte, v ist die Wellengeschwindigkeit.

Massenenergiedichte
setzt sich aus der Energie des elektrischen Feldes und des magnetischen Feldes zusammen
.

In Anbetracht
, kann geschrieben werden
. Daher die Energieflussdichte. Soweit
, wir bekommen
. Dies ist der Umov-Poynting-Vektor.

Die Skala elektromagnetischer Wellen ist die Anordnung der Reichweiten elektromagnetischer Wellen in Abhängigkeit von ihrer Wellenlänge λ und entsprechenden Eigenschaften.

1) Funkwellen. Die Wellenlänge λ reicht von Hunderten von Kilometern bis zu Zentimetern. Zur Generierung und Registrierung werden Funkgeräte verwendet.

2) Mikrowellenbereich λ von 10 cm bis 0,1 cm Dies ist der Radarbereich oder der Mikrowellenbereich (Superhochfrequenzbereich). Um diese Wellen zu erzeugen und zu registrieren, gibt es ein spezielles Mikrowellengerät.

3) Infrarotbereich (IR) λ~1 mm 800 nm. Strahlungsquellen sind erhitzte Körper. Empfänger - thermische Fotozellen, Thermoelemente, Bolometer.

4) Vom menschlichen Auge wahrgenommenes sichtbares Licht. λ~0,76 0,4 µm.

5) Ultravioletter (UV) Bereich λ~400 10 nm. Quellen - Gasentladungen. Indikatoren - Fotoplatten.

6) Röntgenstrahlung λ~10nm 10 -3 nm. Quellen - Röntgenröhren. Indikatoren - Fotoplatten.

7) γ-Strahlen λ<10пм. Источники – радиоактивные превращения. Индикаторы – специальные счетчики.

Erst am Ende unserer Zeitrechnung gelangte die Menschheit zur Entdeckung und Entwicklung der Elektrizität und kam zu dem Schluss, dass es elektromagnetische Wellen gibt. Die erste theoretische Begründung für die Existenz solcher Wellen war das große Hertz. Und der erste, der diese Wellen (ausgestrahlt von Blitzentladungen) entdeckte, war unser Landsmann Popov. Er erfand ein Gerät - einen Blitzdetektor, der starke elektromagnetische Schwingungen aufzeichnete, die von Blitzentladungen ausgehen.

Wenig später und fast zeitgleich mit dem Italiener Marconi erkannte er, dass man mit elektromagnetischen Wellen nützliche Informationen über weite Distanzen übertragen kann. Während die Experimente von Popov A.S. auf die Informationsübertragung mittels elektromagnetischer Wellen einzigartig waren, organisierte der geschäftstüchtige Marcoy eine ganze Industrie, die zum ersten Mal damit begann, elektrische Kommunikationsgeräte herzustellen, die auf der Übertragung und dem Empfang elektromagnetischer Wellen basierten

Allein die Entdeckung elektromagnetischer Wellen rechtfertigt die Kosten der Wissenschaft für die gesamte Zeit des Bestehens der Menschheit! Daran sollten sich die gegenwärtigen Reformer Russlands erinnern, die unsere Wissenschaft und Bildung auf eine Hungerration setzen.

Eine elektromagnetische Welle ist die Bewegung wechselnder elektrischer und magnetischer Felder im Raum mit Lichtgeschwindigkeit. Die ersten Schöpfer der Theorie elektromagnetischer Schwingungen versuchten, Analogien zwischen elektromagnetischen Schwingungen und mechanischen und akustischen Schwingungen herzustellen. Sie glaubten, dass der Raum mit einer Substanz gefüllt ist - Äther. Lin verstand später, dass zur Ausbreitung elektromagnetischer Wellen kein Vermittler benötigt wird.

Trotzdem blieb das Glückswort „Äther“ in unserem Alltag. Heute charakterisiert es jedoch eher die Existenz eines Raums, der mit elektromagnetischen Wellen gefüllt ist, die von einer Vielzahl von Quellen erzeugt werden - hauptsächlich von Radiosendern, die Sprache, Musik, Fernsehbilder, Zeitsignale usw. übertragen.

Elektromagnetische Schwingungen werden durch elektrische Signale erzeugt. Jeder Leiter, dem ein hochfrequentes elektrisches Signal zugeführt wird, wird zu einer Antenne, die elektromagnetische Wellen in den Weltraum (Äther) abstrahlt. Dies ist die Grundlage für den Betrieb von Funksendern.

Derselbe Leiter, der sich in einem Raum mit elektromagnetischen Wellen befindet, wird zu einer Funkempfangsantenne - EMF wird darauf in Form einer Reihe von Wechselstromsignalen induziert. Wenn sich die Empfängerantenne in der Nähe der Sendeantenne befindet (was manchmal vorkommt), kann die induzierte EMF mehrere zehn Volt erreichen. Aber wenn sich der Radiosender Hunderte und Tausende Kilometer vom Empfänger entfernt befindet, ist er klein - er liegt im Bereich von einigen Mikrovolt bis zu mehreren zehn Millivolt. Die Aufgabe des Empfängers besteht darin, aus der Masse der Signale verschiedener Radiosender und Störquellen die für Sie benötigten Signale auszuwählen, zu verstärken und in Schallschwingungen umzuwandeln, die von einem Lautsprecher oder Kopfhörer abgegeben werden.

Wir wissen, dass die Länge elektromagnetischer Wellen sehr unterschiedlich ist. Betrachtet man die Skala der elektromagnetischen Wellen mit Angabe der Wellenlängen und Frequenzen verschiedener Strahlungen, so unterscheidet man 7 Bereiche: Niederfrequenzstrahlung, Funkstrahlung, Infrarotstrahlung, sichtbares Licht, Ultraviolettstrahlung, Röntgenstrahlung und Gammastrahlung.

• niederfrequente Wellen. Strahlungsquellen: Hochfrequenzströme, Lichtmaschine, elektrische Maschinen. Sie werden zum Schmelzen und Härten von Metallen, zur Herstellung von Permanentmagneten, in der Elektroindustrie verwendet.
• Funkwellen treten in den Antennen von Radio- und Fernsehsendern, Mobiltelefonen, Radar usw. auf. Sie werden in der Funkkommunikation, im Fernsehen und im Radar verwendet.
• Infrarotwellen werden von allen erhitzten Körpern ausgesendet. Anwendung: Schmelzen, Schneiden, Laserschweißen von Refraktärmetallen, Fotografieren bei Nebel und Dunkelheit, Trocknen von Holz, Früchten und Beeren, Nachtsichtgeräte.
• sichtbare Strahlung. Quellen - Sonne, elektrische und Leuchtstofflampe, Lichtbogen, Laser. Anwendungen: Beleuchtung, photoelektrischer Effekt, Holographie.
• UV-Strahlung. Quellen: Sonne, Weltraum, elektrische Lampe, Laser. Es kann krankheitserregende Bakterien abtöten. Es wird verwendet, um lebende Organismen zu härten.
• Röntgenstrahlung.