Опыт 12.

«Определение длины электромагнитной волны с помощью двухпроводной линии»

  Бегущая электромагнитная волна представляет распространяющееся электромагнитное поле ( рис.1). Электрическое и магнитное поле в электромагнитной волне взаимно перпендикулярны.  Вдоль оси Х происходит распространение электромагнитной волны, по оси У изменяется напряженность электрического поля Е в электромагнитной волне, а по оси Z –  изменяется магнитная индукция В в электромагнитной волне.        

 Рис. 1.

Проблема. Как определить длину электромагнитной волны с помощью школьной деревянной линейки.

Ответ.

На первый взгляд проблема не решаема. Но если воспользоваться не бегущей, а стоячей электромагнитной волной, то проблема решается очень просто. Поскольку электромагнитную волну увидеть нельзя, то визиуализируем ее с помощью люминесцентной лампы.

С этой целью соберем генератор электромагнитных волн на 430 МГц. К выходу генератора подключим двухпроводную линию Лехера и положим на нее люминесцентную лампу.

  Включим генератор и после прогрева лампы генератора. По двухпроводной линии будет распространяться электромагнитная волна. Дойдя до конца двухпроводной линии, она отразится и пойдет к началу линии. Таким образом, в двухпроводной линии будут распространяться прямая и отраженная волны.  

    Складываясь, они создадут стоячую электромагнитную волну. В стоячей волне, в отличие от бегущей колебания электрического и магнитного полей не находятся в одной фазе − они сдвинуты, причём так, что пучность одного поля совпадает с узлом другого рис.2.                                                                                                             

Рис.2.

 Соберем установку рис. 3,  по схеме, изображенной на рис. 4.

Рис.3.

Она состоит из генератора ВЧ, собранного на двойном триоде 6Н3П, к которому подключена  двухпроводная линия. Питается генератор от выпрямителя ВУП.

                                                                                                                    Рис. 4.

Включим питание и после прогрева лампы генератора  дотронемся до отдельных частей люминесцентной лампы наэлектризованной эбонитовой или стеклянной палочкой.

    При возбуждении стоячей электромагнитной волны в двухпроводной линии люминесцентная лампа загорается, но не равномерно, как в обычных условиях, а с чередованием светлых и темных областей, которые соответствуют пучностям ( яркое свечение  E= max, B = 0 ) и узлам стоячей электромагнитной волны ( отсутствие свечения Е = 0, В = max). Расстояния между двумя пучностями ближайшими пучностями  или узлами будет равняться половине длине волны.  Поэтому, измеряя эти расстояния линейкой,  мы получим половину длины волны. А длина волны будет равна удвоенному расстоянию ( рис.5).

Рис.5.

Аналогично обычной школьной линейкой была определена длина волны в в разных диэлектрических жидкостях. С этой целью люминесцентную лампу с двухпроводной линией ставили вертикально и опускали ее нижний конец в большую мензурку с исследуемой диэлектрической жидкостью ( рис 6 справа). На рисунке видно, что длина волны в диэлектрической жидкости значительно меньше чем в воздухе.

Рис.6.

,По формуле с = λv  вычислена скорость электромагнитной волны в исследуемых средах.  Вычисленные скорости представлены в таблице.

   Работа по визуализации электромагнитной волны и измерению длины волны и скорости распространения волны в различных средах имеет большую практическую значимость для школьных и вузовских кабинетов физики, так как в настоящее время промышленность не выпускает демонстрационных генераторов электромагнитных волн и приспособлений к ним для демонстрации на уроках свойств электромагнитных волн.