Transcript Elektromagnetlained
Slide 1
III osa: Elektromagnetlained
Füüsika IV
Elektrodünaamika
Slide 2
Slide 3
Elastne keskkond ja võnkumine
• Elastseks keskkonnaks nimetatakse sellist
keskkonda, mille osakesed on üksteisega
vastastikkuses mõjus.
• Kui mõjutada mingit elastse keskkonna
osakest, siis kandub see häiritus tänu
osakeste vahelisele vastasmõjule keskkonnas
edasi.
• Kui mingi osake hakkab keskkonnas
võnkuma, siis kandub see võnkumine
osakeselt osakesele ja peagi võnguvad kõik
keskkonna osakesed.
Slide 4
Laine mõiste
• Laineks nimetatakse aja jooksul
elastses keskkonnas levivaid
võnkumisi
• Lainete tekkimiseks peab olema täidetud
kaks tingimust:
▫ keskkond, kus laine levib, peab olema
elastne
▫ keskkonnas peab esinema perioodiline
häiritus
▫ NB! Elektromagnetlained saavad levida ka
täielikus tühjuses (vaakumis)!
Slide 5
Lainete liigid (võnkesihi põhjal)
• Laineid liigitatakse selle põhjal milline on
osakeste võnkesiht võrreldes laine levimise
sihiga:
• Kui osakesed võnguvad laine
levimise sihis, siis nimetatakse
lainet pikilaineks.
• Kui osakesed võnguvad risti laine
levimise sihiga, siis on tegu
ristlainega.
Slide 6
Lainefront
• Võnkumine ei saa keskkonnas levida hetkega
vaid selleks kulub mingi aeg.
• Piiri, kuhu keskkonna häiritus esimese
laine näol jõudnud on, nimetatakse
lainefrondiks.
Slide 7
Lainete liigid (lainefrondi põhjal)
Sõltuvalt lainefrondi kujust liigitatakse
laineid:
• KERALAINETEKS (lainefront on sfäär)
• TASALAINETEKS (lainefront on tasand)
Slide 8
Seisulained
• Lainetuse eriliseks vormiks on seisulaine
• S E I S U L A I N E korral võngub iga
keskkonna punkt temale omase
amplituudiga ja võnkumise levimist
keskkonnas ei toimu
Slide 9
Laineid iseloomustavad suurused
• Lainete kirjeldamiseks kasutatakse peamiselt
samu suurusi, mida võnkumistegi korral:
▫ HÄLVE (x) – (osakese) kaugus tasakaaluasendist
▫ AMPLITUUD (xm) – (osakese) maksimaalne hälve
▫ VÕNKEPERIOOD (T) – ajavahemik, mille jooksul
sooritatakse (laineosakese poolt) üks täisvõnge
▫ VÕNKESAGEDUS (f) – (laineosakese) poolt
ajaühikus sooritatavate täisvõngete arv
• Lisaks nendele kasutatakse lainete puhul veel
▫ LAINEPIKKUS (λ) – piki laine levimissihti
mõõdetud kaugus kahe samas taktis (faasis)
võnkuva punkti vahel
▫ LAINE LEVIMISKIIRUS (v) – ajaühikus häirituse
poolt läbitud teepikkust
Slide 10
Laine levimiskiirus
(1)
(2)
• Kõige lihtsam on lainepikkust määrata mõõtes ära laine
naaberharjade (või põhjade) vahelise kauguse.
• Kiiruse (v) leidmiseks tuleb jagada keha poolt läbitud
teepikkus (s) selleks kulunud ajavahemikuga (Δt)
• Ajavahemik, mille jooksul laine läbib lainepikkusega
võrdse teepikkuse (s= λ) on võrdne võnkeperioodiga
(Δt=T): (1)
• Arvestades, et sagedus on perioodi pöördväärtus
(f=1/T), saame laine kiiruseks: (2)
Slide 11
Slide 12
Laine levimine
• Homogeenses keskkonnas levib laine
kindla kiirusega ja sirgjooneliselt
• Laine levimise kirjeldamiseks
kasutatakse kiire mõistet – kiir on
suunaga joon, mis on risti lainefrondiga
ja mille suund ühtib laine levimissuunaga
• Homogeenses keskkonnas on kiirteks vektorid.
Slide 13
Interferents
• Kui ruumis levib korraga mitu lainet, siis
nende poolt esile kutsutud häiritused
liituvad
• Lainete liitumist üheks resultantlaineks
nimetatakse INTERFERENTSIKS
• Interferents saab tekkida ainult lainete
puhul, mille laineallikad võnguvad täpselt
ühesuguselt.
Slide 14
Lainete käiguvahe
• Kui kaks samasuguse sageduse ja
lainepikkusega lainet läbivad mingisse
ruumipunkti jõudmiseks erinevad
teepikkused (d1 ja d2), nimetatakse seda
erinevust LAINETE KÄIGUVAHEKS (Δd =
d2-d1)
• Ajas muutumatu käiguvahega laineid
nimetatakse KOHERENTSETEKS
Slide 15
Interferentsi miinimum- ja
maksimumtingimus
• MIINIMUMTINGIMUS
▫ Kui liituvate lainete käiguvahe on
poolarvkordne lainepikkust (Δd = λ(2k+1)/2,
k=1, 2, 3 jne) ehk kui liituvad lained võnguvad
vastandfaasis, siis lained nõrgendavad üksteist
• MAKSIMUMTINGIMUS
▫ Kui liituvate lainete käiguvahe on
täisarvkordne lainepikkust (Δd = kλ, k=1, 2, 3
jne) ehk kui liituvad lained võnguvad samas
faasis, siis nad võimendavad üksteist
Slide 16
Interferentsi tähtsus
• Kuna lained kannavad edasi energiat, siis
toimub interferentsi tõttu energia
ümberjaotumine ruumis
• Kui mingi protsessi uurimisel avastatakse
interferents, siis on see kindlaks tõendiks, et
tegemist on LAINELISE nähtusega
Slide 17
Vari
• Homogeenses keskkonnas levib laine
sirgjooneliselt – seega tekib tema teele jääva
tõkke taha piirkond, kus lainetust ei ole.
• Seda piirkonda nimetatakse varjuks
Slide 18
Difraktsioon
• Kui tõkke mõõtmed on samas suurusjärgus
laine lainepikkusega, eirab laine tõkkel oma
sirgjoonelist levimist ning kandub tõkke taha
– seda nähtust nimetatakse difraktsiooniks
• Difraktsiooni tekkimist saab selgitada
Huygensi printsiibi abil:
▫ Iga punkt, milleni laine on jõudnud, muutub
ise uue elementaarlaine allikaks. Nende
allikate poolt tekitatud lained liituvad ja
vastavalt interferentsi miinimum- ja
maksimumtingimustele kujuneb ruumis välja
uue kujuga lainefront
Slide 19
Lainete peegeldumine
• Huygensi printsiibi abil saab kirjeldada ka
lainete peegeldumist:
• Kui laine jõuab kahe keskkonna
lahutuspinnale millest ta läbi ei pääse,
siis muudab ta seal tänu interfereeruvatele elementaarlainetele oma
levimise suunda ning jätkab levimist
samas keskkonnas.
Slide 20
Lainete murdumine
• Huygensi printsiibi abil saab kirjeldada ka
lainete murdumist:
• Kui laine jõuab kahe keskkonna
lahutuspinnale ja läheb sellest läbi teise
keskkonda, siis muudab ta seal tänu
interfereeruvatele elementaarlainetele oma
levimise suunda ning jätkab levimist
esialgsega võrreldes teistsuguse kiirusega
– seda nähtust nimetatakse lainete
murdumiseks
Slide 21
Doppleri efekt
•
Slide 22
Slide 23
Elektromagnetväli
• Ajas muutuv elektriväli põhjustab
magnetvälja tekkimise (Ampere’i katsed).
• Ajas muutuv magnetväli põhjustab
elektrivälja tekkimise (Faraday katsed)
• Elektri- ja magnetväli on ühe ja sama
välja – elektromagnetvälja kaks
avaldumisvormi (Maxwell)
Slide 24
Elektromagnetlaine
• Kui mingis ruumipunktis tekib muutuv
elektriväli (või ka magnetväli), siis põhjustab
see muutuva magnetvälja (elektrivälja)
tekkimise selle punkti vahetus ümbruses.
• See omakorda põhjustab oma naabruses
muutuva elektrivälja (magnetvälja)
tekkimise jne jne
• Ruumis tekib teineteisega seotud ja üha
suuremat ruumiosa haarav teineteisega
seotud elektri- ja magnetväljade süsteem,
mida nimetatakse ELEKTROMAGNETLAINEKS.
Slide 25
Elektromagnetlaine ristlainelisus
• Saab näidata, et ruumis levivate elektrija magnetväljad on risti nii teineteisega
kui oma levimissuunaga – seepärast
öeldaksegi, et elektromagnetlaine on
ristlaine
Elektromagnetlaine lainepikkus on lähim kaugus kahe punkti
vahel kus elektri(või magnet)väli muutub samas faasis
Slide 26
Elektromagnetlainete tekkimine
• Suletud võnkeringis on elektriväli
„vangistatud“ kondensaatorisse ja
magnetväli pooli – väljad on lokaalsed ja
ei saa seetõttu levida
Slide 27
Elektromagnetlainete tekkimine
• Selleks, et elektromagnetväli saaks levida
elektromagnetlainena, tuleb elektri(või
ka magnet)välja muutumine võnkerigist
„välja lasta“ – võnkering tuleb avada
Slide 28
Saatja ja vastuvõtja
• Elektrijuhtide süsteemi, mis on mõeldud
elektromagnetlainete genereerimiseks
nimetatakse saatjaks.
• Elektrijuhtide süsteemi, mis on mõeldud
elektromagnetlainete registreerimiseks,
nimetatakse vastuvõtjaks.
• Saatjat ja vastuvõtjat nimetatakse ühise nimega
ANTENNIDEKS
SAATJA
(antenn)
VASTUVÕTJA
(antenn)
Slide 29
Elektromagnetlainete energia
•
Slide 30
Elektromagnetlainete skaala
• Sõltuvalt lainega edasikantavast energiahulgast (laine sagedusest/lainepikkusest)
liigitatakse elektromagnetlained
alaliikideks:
▫
▫
▫
▫
▫
Madalsageduslained (sagedus alla 104 Hz)
Raadiolained (sagedus 104 … 1012 Hz)
Optiline kiirgus (sagedus 1012 … 1017 Hz)
Röntgenkiirgus (sagedus 1017 … 1020 Hz)
Gammakiirgus (sageduse üle 1020 Hz)
• Arvuta vastavate lainealade lainepikkused!
Slide 31
Lainelisusega seotud nähtused ja
elektromagnetlained
• Elektromagnetlainetel esinevad kõik
(mehaanilise) lainelisusega seotud nähtused:
▫ sirgjooneline levimine (homogeenses keskkonnas)
▫ peegeldumine – „tagasipöördumine“ keskkondade
lahutuspinnalt;
▫ murdumine – suuna muutumine peale keskkondade
lahutuspinna läbimist;
▫ interferents – lainete liitumine (liituvad ainult
samast allikast lähtuvad elektromagnetlained);
▫ difraktsioon – kandumine tõkete taha (tõkke
mõõtmed peavad olema samas suurusjärgus
lainepikkusega).
Slide 32
Elektromagnetlainete polarisatsioon
• Lisaks võib elektromagnetlainetel
täheldada polarisatsiooni nähtust:
▫ „tavalises“ elektromagnetlainetes puudub
üks kindel elektri(magnet)välja võnkesiht
– võnkumine toimub kõikvõimalikes laine
levimisega ristuvates tasandites.
▫ polariseeritud laines toimuvad elektri- ja
magnetvõnkumised ainult ühel kindlal
laine levimisega ristuval tasandil.
Slide 33
Polariseerimata
EML
EML
levimissuund
Polariseeritud
EML
(Horisontaalne)
polaroidfilter
Peale
teineteisega
risti olevate
polaroidfiltrite
läbimist
„kustub“
elektromagnetlaine ära
(ruumis
energiat edasi
ei kanta)
(Vertikaalne)
polaroidfilter
Slide 34
Slide 35
Hääle muundamine
elektromagnetvõnkumisteks
• Mikrofonis tekitatakse häälelainete
(õhuvõnkumiste) abil tänu seal asuvatele
elektromagnetitele muutliku tugevusega
elektrivool.
• Mikrofonis tekkinud elektrivool suunatakse
mööda juhtmeid kõlaritesse, kus see elektroja püsimagnetite abil muudetakse tagasi
õhuvõnkumisteks ehk heliks.
• Selliselt tekkivaid elektromagnetvõnkumisi
on põhimõtteliselt võimalik muuta ka
elektromagnetlaineks, kuid kuna lainete
võnkesagedus oleks väike (20 … 20 000 Hz),
siis pole selliste lainete saatmine pikemate
vahemaade taha tehniliselt võimalik.
Slide 36
Moduleeritud võnkumised
• Helile vastava võnkumise elektromagnetlainena pikema vahemaa taha edastamiseks,
liidetakse vastav madalsageduslik
võnkumine (signaal) võnkeringis tekitatud
kõrgema sagedusega (kandevsagedus)
elektromagnetvõnkumisega.
• Taoliselt saadud võnkumisi (ja laineid)
nimetatakse moduleeritud võnkumisteks (ja
laineteks)
• Eristatakse kahte liiki moduleeritud
võnkumisi:
▫ amplituudmodulatsioon (AM)
▫ sagedusmodulatsioon (FM)
Slide 37
AM võnkumised
Helile vastav madalsagedusvõnkumine
Võnkeringis genereeritud kõrgsageduslik võnkumine
Liidetud AM võnkumine
Slide 38
FM võnkumised
Võnkeringis genereeritud kõrgsageduslik võnkumine
Helile vastav madalsagedusvõnkumine
Liidetud FM võnkumine
Slide 39
AM vs FM võnkumised
• AM võnkumiste korral sisaldub edastatav info
kandva võnkumise (laine) võnkeamplituudi
muutumises.
• FM võnkumiste korral sisaldub edastatav info
kandva võnkumise (laine) võnkesageduse
muutumises.
• AM võnkumised
▫ levivad kaugemale (neil on võime peegelduda Maa
ionosfäärilt) - nad saavad kanduda Maa kumeruse taha;
▫ kuna kasutatakse madalamaid sagedusi (LW
(pikklained) – 150 … 300 kHz; MW (kesklained) – 500 …
1600 kHz; SW (lühilained) – 1 700 … 30 000 kHz), on
nende poolt edastatava signaali kvaliteet halvem ja
andmeedastusmahud väikesed
• FM võnkumised
▫ saavad levida vaid alas, kus saatja ja vastuvõtja vahel on
„silmside“
▫ kuna kasutatakse suuremaid sagedusi (80+ MHz …
GHz), on edastatava signaali kvaliteet parem ja
andmeedastusmahud oluliselt suuremad.
Slide 40
Digitaalne signaal
Kandevsagedus
Digitaalne info
Digitaalselt
moduleeritud
info
Slide 41
III osa: Elektromagnetlained
Füüsika IV
Elektrodünaamika
Slide 2
Slide 3
Elastne keskkond ja võnkumine
• Elastseks keskkonnaks nimetatakse sellist
keskkonda, mille osakesed on üksteisega
vastastikkuses mõjus.
• Kui mõjutada mingit elastse keskkonna
osakest, siis kandub see häiritus tänu
osakeste vahelisele vastasmõjule keskkonnas
edasi.
• Kui mingi osake hakkab keskkonnas
võnkuma, siis kandub see võnkumine
osakeselt osakesele ja peagi võnguvad kõik
keskkonna osakesed.
Slide 4
Laine mõiste
• Laineks nimetatakse aja jooksul
elastses keskkonnas levivaid
võnkumisi
• Lainete tekkimiseks peab olema täidetud
kaks tingimust:
▫ keskkond, kus laine levib, peab olema
elastne
▫ keskkonnas peab esinema perioodiline
häiritus
▫ NB! Elektromagnetlained saavad levida ka
täielikus tühjuses (vaakumis)!
Slide 5
Lainete liigid (võnkesihi põhjal)
• Laineid liigitatakse selle põhjal milline on
osakeste võnkesiht võrreldes laine levimise
sihiga:
• Kui osakesed võnguvad laine
levimise sihis, siis nimetatakse
lainet pikilaineks.
• Kui osakesed võnguvad risti laine
levimise sihiga, siis on tegu
ristlainega.
Slide 6
Lainefront
• Võnkumine ei saa keskkonnas levida hetkega
vaid selleks kulub mingi aeg.
• Piiri, kuhu keskkonna häiritus esimese
laine näol jõudnud on, nimetatakse
lainefrondiks.
Slide 7
Lainete liigid (lainefrondi põhjal)
Sõltuvalt lainefrondi kujust liigitatakse
laineid:
• KERALAINETEKS (lainefront on sfäär)
• TASALAINETEKS (lainefront on tasand)
Slide 8
Seisulained
• Lainetuse eriliseks vormiks on seisulaine
• S E I S U L A I N E korral võngub iga
keskkonna punkt temale omase
amplituudiga ja võnkumise levimist
keskkonnas ei toimu
Slide 9
Laineid iseloomustavad suurused
• Lainete kirjeldamiseks kasutatakse peamiselt
samu suurusi, mida võnkumistegi korral:
▫ HÄLVE (x) – (osakese) kaugus tasakaaluasendist
▫ AMPLITUUD (xm) – (osakese) maksimaalne hälve
▫ VÕNKEPERIOOD (T) – ajavahemik, mille jooksul
sooritatakse (laineosakese poolt) üks täisvõnge
▫ VÕNKESAGEDUS (f) – (laineosakese) poolt
ajaühikus sooritatavate täisvõngete arv
• Lisaks nendele kasutatakse lainete puhul veel
▫ LAINEPIKKUS (λ) – piki laine levimissihti
mõõdetud kaugus kahe samas taktis (faasis)
võnkuva punkti vahel
▫ LAINE LEVIMISKIIRUS (v) – ajaühikus häirituse
poolt läbitud teepikkust
Slide 10
Laine levimiskiirus
(1)
(2)
• Kõige lihtsam on lainepikkust määrata mõõtes ära laine
naaberharjade (või põhjade) vahelise kauguse.
• Kiiruse (v) leidmiseks tuleb jagada keha poolt läbitud
teepikkus (s) selleks kulunud ajavahemikuga (Δt)
• Ajavahemik, mille jooksul laine läbib lainepikkusega
võrdse teepikkuse (s= λ) on võrdne võnkeperioodiga
(Δt=T): (1)
• Arvestades, et sagedus on perioodi pöördväärtus
(f=1/T), saame laine kiiruseks: (2)
Slide 11
Slide 12
Laine levimine
• Homogeenses keskkonnas levib laine
kindla kiirusega ja sirgjooneliselt
• Laine levimise kirjeldamiseks
kasutatakse kiire mõistet – kiir on
suunaga joon, mis on risti lainefrondiga
ja mille suund ühtib laine levimissuunaga
• Homogeenses keskkonnas on kiirteks vektorid.
Slide 13
Interferents
• Kui ruumis levib korraga mitu lainet, siis
nende poolt esile kutsutud häiritused
liituvad
• Lainete liitumist üheks resultantlaineks
nimetatakse INTERFERENTSIKS
• Interferents saab tekkida ainult lainete
puhul, mille laineallikad võnguvad täpselt
ühesuguselt.
Slide 14
Lainete käiguvahe
• Kui kaks samasuguse sageduse ja
lainepikkusega lainet läbivad mingisse
ruumipunkti jõudmiseks erinevad
teepikkused (d1 ja d2), nimetatakse seda
erinevust LAINETE KÄIGUVAHEKS (Δd =
d2-d1)
• Ajas muutumatu käiguvahega laineid
nimetatakse KOHERENTSETEKS
Slide 15
Interferentsi miinimum- ja
maksimumtingimus
• MIINIMUMTINGIMUS
▫ Kui liituvate lainete käiguvahe on
poolarvkordne lainepikkust (Δd = λ(2k+1)/2,
k=1, 2, 3 jne) ehk kui liituvad lained võnguvad
vastandfaasis, siis lained nõrgendavad üksteist
• MAKSIMUMTINGIMUS
▫ Kui liituvate lainete käiguvahe on
täisarvkordne lainepikkust (Δd = kλ, k=1, 2, 3
jne) ehk kui liituvad lained võnguvad samas
faasis, siis nad võimendavad üksteist
Slide 16
Interferentsi tähtsus
• Kuna lained kannavad edasi energiat, siis
toimub interferentsi tõttu energia
ümberjaotumine ruumis
• Kui mingi protsessi uurimisel avastatakse
interferents, siis on see kindlaks tõendiks, et
tegemist on LAINELISE nähtusega
Slide 17
Vari
• Homogeenses keskkonnas levib laine
sirgjooneliselt – seega tekib tema teele jääva
tõkke taha piirkond, kus lainetust ei ole.
• Seda piirkonda nimetatakse varjuks
Slide 18
Difraktsioon
• Kui tõkke mõõtmed on samas suurusjärgus
laine lainepikkusega, eirab laine tõkkel oma
sirgjoonelist levimist ning kandub tõkke taha
– seda nähtust nimetatakse difraktsiooniks
• Difraktsiooni tekkimist saab selgitada
Huygensi printsiibi abil:
▫ Iga punkt, milleni laine on jõudnud, muutub
ise uue elementaarlaine allikaks. Nende
allikate poolt tekitatud lained liituvad ja
vastavalt interferentsi miinimum- ja
maksimumtingimustele kujuneb ruumis välja
uue kujuga lainefront
Slide 19
Lainete peegeldumine
• Huygensi printsiibi abil saab kirjeldada ka
lainete peegeldumist:
• Kui laine jõuab kahe keskkonna
lahutuspinnale millest ta läbi ei pääse,
siis muudab ta seal tänu interfereeruvatele elementaarlainetele oma
levimise suunda ning jätkab levimist
samas keskkonnas.
Slide 20
Lainete murdumine
• Huygensi printsiibi abil saab kirjeldada ka
lainete murdumist:
• Kui laine jõuab kahe keskkonna
lahutuspinnale ja läheb sellest läbi teise
keskkonda, siis muudab ta seal tänu
interfereeruvatele elementaarlainetele oma
levimise suunda ning jätkab levimist
esialgsega võrreldes teistsuguse kiirusega
– seda nähtust nimetatakse lainete
murdumiseks
Slide 21
Doppleri efekt
•
Slide 22
Slide 23
Elektromagnetväli
• Ajas muutuv elektriväli põhjustab
magnetvälja tekkimise (Ampere’i katsed).
• Ajas muutuv magnetväli põhjustab
elektrivälja tekkimise (Faraday katsed)
• Elektri- ja magnetväli on ühe ja sama
välja – elektromagnetvälja kaks
avaldumisvormi (Maxwell)
Slide 24
Elektromagnetlaine
• Kui mingis ruumipunktis tekib muutuv
elektriväli (või ka magnetväli), siis põhjustab
see muutuva magnetvälja (elektrivälja)
tekkimise selle punkti vahetus ümbruses.
• See omakorda põhjustab oma naabruses
muutuva elektrivälja (magnetvälja)
tekkimise jne jne
• Ruumis tekib teineteisega seotud ja üha
suuremat ruumiosa haarav teineteisega
seotud elektri- ja magnetväljade süsteem,
mida nimetatakse ELEKTROMAGNETLAINEKS.
Slide 25
Elektromagnetlaine ristlainelisus
• Saab näidata, et ruumis levivate elektrija magnetväljad on risti nii teineteisega
kui oma levimissuunaga – seepärast
öeldaksegi, et elektromagnetlaine on
ristlaine
Elektromagnetlaine lainepikkus on lähim kaugus kahe punkti
vahel kus elektri(või magnet)väli muutub samas faasis
Slide 26
Elektromagnetlainete tekkimine
• Suletud võnkeringis on elektriväli
„vangistatud“ kondensaatorisse ja
magnetväli pooli – väljad on lokaalsed ja
ei saa seetõttu levida
Slide 27
Elektromagnetlainete tekkimine
• Selleks, et elektromagnetväli saaks levida
elektromagnetlainena, tuleb elektri(või
ka magnet)välja muutumine võnkerigist
„välja lasta“ – võnkering tuleb avada
Slide 28
Saatja ja vastuvõtja
• Elektrijuhtide süsteemi, mis on mõeldud
elektromagnetlainete genereerimiseks
nimetatakse saatjaks.
• Elektrijuhtide süsteemi, mis on mõeldud
elektromagnetlainete registreerimiseks,
nimetatakse vastuvõtjaks.
• Saatjat ja vastuvõtjat nimetatakse ühise nimega
ANTENNIDEKS
SAATJA
(antenn)
VASTUVÕTJA
(antenn)
Slide 29
Elektromagnetlainete energia
•
Slide 30
Elektromagnetlainete skaala
• Sõltuvalt lainega edasikantavast energiahulgast (laine sagedusest/lainepikkusest)
liigitatakse elektromagnetlained
alaliikideks:
▫
▫
▫
▫
▫
Madalsageduslained (sagedus alla 104 Hz)
Raadiolained (sagedus 104 … 1012 Hz)
Optiline kiirgus (sagedus 1012 … 1017 Hz)
Röntgenkiirgus (sagedus 1017 … 1020 Hz)
Gammakiirgus (sageduse üle 1020 Hz)
• Arvuta vastavate lainealade lainepikkused!
Slide 31
Lainelisusega seotud nähtused ja
elektromagnetlained
• Elektromagnetlainetel esinevad kõik
(mehaanilise) lainelisusega seotud nähtused:
▫ sirgjooneline levimine (homogeenses keskkonnas)
▫ peegeldumine – „tagasipöördumine“ keskkondade
lahutuspinnalt;
▫ murdumine – suuna muutumine peale keskkondade
lahutuspinna läbimist;
▫ interferents – lainete liitumine (liituvad ainult
samast allikast lähtuvad elektromagnetlained);
▫ difraktsioon – kandumine tõkete taha (tõkke
mõõtmed peavad olema samas suurusjärgus
lainepikkusega).
Slide 32
Elektromagnetlainete polarisatsioon
• Lisaks võib elektromagnetlainetel
täheldada polarisatsiooni nähtust:
▫ „tavalises“ elektromagnetlainetes puudub
üks kindel elektri(magnet)välja võnkesiht
– võnkumine toimub kõikvõimalikes laine
levimisega ristuvates tasandites.
▫ polariseeritud laines toimuvad elektri- ja
magnetvõnkumised ainult ühel kindlal
laine levimisega ristuval tasandil.
Slide 33
Polariseerimata
EML
EML
levimissuund
Polariseeritud
EML
(Horisontaalne)
polaroidfilter
Peale
teineteisega
risti olevate
polaroidfiltrite
läbimist
„kustub“
elektromagnetlaine ära
(ruumis
energiat edasi
ei kanta)
(Vertikaalne)
polaroidfilter
Slide 34
Slide 35
Hääle muundamine
elektromagnetvõnkumisteks
• Mikrofonis tekitatakse häälelainete
(õhuvõnkumiste) abil tänu seal asuvatele
elektromagnetitele muutliku tugevusega
elektrivool.
• Mikrofonis tekkinud elektrivool suunatakse
mööda juhtmeid kõlaritesse, kus see elektroja püsimagnetite abil muudetakse tagasi
õhuvõnkumisteks ehk heliks.
• Selliselt tekkivaid elektromagnetvõnkumisi
on põhimõtteliselt võimalik muuta ka
elektromagnetlaineks, kuid kuna lainete
võnkesagedus oleks väike (20 … 20 000 Hz),
siis pole selliste lainete saatmine pikemate
vahemaade taha tehniliselt võimalik.
Slide 36
Moduleeritud võnkumised
• Helile vastava võnkumise elektromagnetlainena pikema vahemaa taha edastamiseks,
liidetakse vastav madalsageduslik
võnkumine (signaal) võnkeringis tekitatud
kõrgema sagedusega (kandevsagedus)
elektromagnetvõnkumisega.
• Taoliselt saadud võnkumisi (ja laineid)
nimetatakse moduleeritud võnkumisteks (ja
laineteks)
• Eristatakse kahte liiki moduleeritud
võnkumisi:
▫ amplituudmodulatsioon (AM)
▫ sagedusmodulatsioon (FM)
Slide 37
AM võnkumised
Helile vastav madalsagedusvõnkumine
Võnkeringis genereeritud kõrgsageduslik võnkumine
Liidetud AM võnkumine
Slide 38
FM võnkumised
Võnkeringis genereeritud kõrgsageduslik võnkumine
Helile vastav madalsagedusvõnkumine
Liidetud FM võnkumine
Slide 39
AM vs FM võnkumised
• AM võnkumiste korral sisaldub edastatav info
kandva võnkumise (laine) võnkeamplituudi
muutumises.
• FM võnkumiste korral sisaldub edastatav info
kandva võnkumise (laine) võnkesageduse
muutumises.
• AM võnkumised
▫ levivad kaugemale (neil on võime peegelduda Maa
ionosfäärilt) - nad saavad kanduda Maa kumeruse taha;
▫ kuna kasutatakse madalamaid sagedusi (LW
(pikklained) – 150 … 300 kHz; MW (kesklained) – 500 …
1600 kHz; SW (lühilained) – 1 700 … 30 000 kHz), on
nende poolt edastatava signaali kvaliteet halvem ja
andmeedastusmahud väikesed
• FM võnkumised
▫ saavad levida vaid alas, kus saatja ja vastuvõtja vahel on
„silmside“
▫ kuna kasutatakse suuremaid sagedusi (80+ MHz …
GHz), on edastatava signaali kvaliteet parem ja
andmeedastusmahud oluliselt suuremad.
Slide 40
Digitaalne signaal
Kandevsagedus
Digitaalne info
Digitaalselt
moduleeritud
info
Slide 41