httpsufmi.ft.utb.cztextyel_magF2_05.pdf
Níže je uveden pouze náhled materiálu. Kliknutím na tlačítko 'Stáhnout soubor' stáhnete kompletní formátovaný materiál ve formátu PDF.
5.2.1
.
Obr. 5.2.1: Experimentální zařízení pro generaci a příjem elektromagnetických vln.
Oscilátor LC mající úhlovou frekvenci ω = (LC)-1/2 je podstatnou částí celého Hertzova
zařízení. Jak již bylo vysvětleno v kapitolách o RLC obvodech, s frekvencí ω se v takovémto
obvodu periodicky (např. sinusově) mění náboje a proudy. Zdroj v tomto případě je generátor
střídavého napětí, který kompenzuje jednak tepelné ztráty na odporu R, jednak energii, která
je přenášena rádiovými vlnami generovanými dipólovou anténou. Dipólová anténa se v
principu skládá ze dvou vodivých tyčí. Vzhledem k tomu, že proud v tyčích se také
periodicky mění s frekvencí ω, je jasné, že anténa se chová jako elektrický dipól a její
dipólový moment p se mění také periodicky s frekvencí ω. Dipólový moment mění svou
velikost i směr, čímž se musí měnit také velikost a směr elektrického pole jím buzeného (resp.
elektrická intenzita). Jestliže se mění v čase proud, musí se také měnit velikost a směr
magnetického pole (resp. magnetická indukce, viz rovnice 5.4). Takto vytvořené
elektro-magnetické pole se pochopitelně nemění současně stejně v libovolném místě od zdroje
(dipĺové antény), ale šíří se rychlostí světla, tedy c. Toto v čase proměnné pole tvoří
elektromagnetickou vlnu šířící se rychlostí c a má tutéž frekvenci ω, jako LC oscilátor.
5.3 Popis elektromagnetických vln a jejich spektrum
Než se budeme dále zabývat elektromagnetickým vlněním, je zapotřebí si uvědomit základní
vlastnosti, které má každá elektromagnetická vlna:
1) Elektrické pole E a magnetické pole B jsou vždy kolmé ke směru šíření vlny, která je tedy
příčná.
2) Vektory elektrické intenzity a magnetické indukce (intenzity H) jsou navzájem kolmé a
vektorový součin E × B tedy udává vždy směr šíření vlny.
3) Jedná-li se o harmonickou vlnu, pak elektrická intenzita E a magnetická indukce B (intenzita H) jsou ve fázi a mají stejnou frekvenci.
Obr. 5.3.1: Elektromagnetická vlna. Magnetická a elektrická vlna jsou vzájem kolmé a šíří se
rychlostí c.
Na základě těchto vlastností předpokládejme, že se vlna šíří ve směru osy x. Potom elektrické
pole kmitá rovnoběžně s osou y a magnetické pole kmitá rovnoběžně s osou z. Jinak řečeno
platí, že intenzita elektrického pole má složky E = (0, E, 0) a magnetická indukce
B = (0, 0,B). Podle obrázku
5.3.1
a výše uvedených vlastností můžeme zapsat obě pole jako
vlnové funkce závisející na poloze x a času t:
E
=E msin kx−t ,
(5.5)
B
=Bm sin kx− t ,
(5.6)
kde Em a Bm jsou amplitudy, k a ω jsou vlnové číslo a úhlová frekvence elektromagnetické
vlny. Elektrická a magnetická složka vlny nemohou existovat nezávisle. Lze snadno odvodit,
že rychlost vlny je c = ω/k (viz kapitola Vlny). Z rovnice Faradayova zákona
elektromagnetické indukce (rovnice 5.3) lze také odvodit vztah pro výpočet rychlosti světla
(c = 299 792 458 m.s-1) z poměru amplitud elektrického a magnetického pole: