Электромагнитные явления. Лекция 3 презентация

Содержание

Основы электрического взаимодействия Наименьший по величине электрический заряд, экспериментально обнаруженный в природе – заряд электрона: Заряд протона положителен и по величине равен заряду электрона:

Слайд 1Электромагнитные явления
Лекция 3

Слайд 2Основы электрического взаимодействия
Наименьший по величине электрический заряд, экспериментально обнаруженный в природе –

заряд электрона:

Заряд протона положителен и по величине равен заряду электрона:


Слайд 3Электрический заряд любого тела квантован и кратен элементарному заряду е, т.е.

изменяется дискретно:

Где N – целое число.
Между заряженными телами возникают особые силы взаимодействия, называемые электрическими силами. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются.


Слайд 4Виды электрических полей, их сравнительная характеристика
Электрическое поле – одна из составляющих

электромагнитного поля, особый вид материи, существующий вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, в также в свободном виде при изменении магнитного поля.
Электрические поля классифицируются по принципу образования и свойствам. Известны два вида:
Постоянные (электростатические) поля,
Переменные (вихревые) электрические поля.

Слайд 5Электростатическое поле – это векторное поле, ротор которого равен нулю в

любой точке, оно называется потенциальным (безвихревым) и может быть представлено как градиент некоторого скалярного поля (т.е. потенциала).
Переменное электрическое поле – это векторное поле, которое может быть представлено как ротор (вращение) другого векторного поля (магнитного), поэтому оно называется вихревым, при этом, если его дивергенция всюду равна нулю, оно называется соленоидальным, поскольку силовые линии поля замкнуты, в противном случае несоленоидальным, т.к. силовые линии поля незамкнуты.

Слайд 6Сравнительная характеристика электрических полей

Слайд 7
Электрическое поле, напряженность которого одинакова по модулю и направлению во всех

точках пространства, называется однородным. В противном случае – неоднородным.

Слайд 8Электростатическое поле, его характеристики и свойства
Закон Кулона:

Слайд 9Количественные характеристики электростатического поля:
силовая характеристика – напряжённость электрического поля.
энергетическая характеристика –

потенциал.
Напряженность электрического поля численного равна силе F, действующей со стороны поля, создаваемого суммарным зарядом Q, на единичный положительный (пробный) заряд q0, помещенный в данную точку поля:

Слайд 10Принцип суперпозиции

Слайд 13Теорема Остроградского – Гаусса

Слайд 14Электростатическое поле обладает свойством несоленоидальности, т.е. его силовые линии (линии напряженности)

не замкнуты и не закручиваются.
Электростатическое поле обладает свойством потенциальности.

Слайд 15Работа сил поля при перемещении заряда q0 из точки 1 в

точку 2 равна

Слайд 16Для работы при перемещении пробного заряда q0 по замкнутому контуру L

:


Условие потенциальности для замкнутого контура:

-это циркуляция вектора Е по замкнутому контуру.
Электростатическое поле точечного заряда является потенциальным, кулоновские силы – консервативными.

Слайд 17Потенциал
Потенциалом электростатического поля называется физ величина, равная отношению потенциальной энергии

пробного заряда q0 в данной точке пространства к величине этого заряда:


Разность потенциалов – это скалярная физ величина, определяемая работой, совершаемой кулоновскими силами при перемещении единичного положительного заряда из одной точки поля в другую:

Слайд 18Совокупность точек, имеющих равный потенциал, образуют так называемую эквипотенциальную поверхность, или

поверхность равного потенциала

Слайд 19Для напряженности электрического поля получаем:

Слайд 20Движение электрического заряда q0 под воздействием электрического поля с напряжённостью Е

:

Слайд 21Действие электрического поля на вещества
По действию электрического поля на вещества все

вещества делятся на 3 вида:
проводники электрического тока
полупроводники,
изоляторы или диэлектрики.
Проводники характеризуются тем, что в них под действием электрического поля образуется электрический ток – направленное движение заряженных частиц.
Существуют проводники 1-го рода (металлы, в которых есть свободные электроны), 2-го рода (растворы электролитов, в которых свободными зарядами являются положительно заряженные ионы – катионы и отрицательно заряженные ионы – анионы).

Слайд 22В диэлектриках нет свободных носителей зарядов, поэтому под действием электрического в

них не возникает электрического тока, но возникает поляризация диэлектрика - приобретение диэлектриком полярности за счет разделения в нем положительных и отрицательных зарядов под действием электрического поля.
Диэлектрическая проницаемость среды:


Вектор электрического смещения (электрической индукции):

Слайд 23
Теорема Гаусса:

Слайд 24Проводники в электростатическом поле. Конденсаторы
При внесении во внешнее электростатическое поле

нейтрального проводника возникает явление электростатической индукции, т.е. наведение собственного электростатического поля.

Слайд 25Способность проводника накапливать электрические заряды характеризуется электрической емкостью:


Емкостью конденсатора называется физическая

величина, равная отношению заряда q, накопленного в конденсаторе, к разности потенциалов между его обкладками.
Для плоского конденсатора:

Слайд 26Электрическое поле в проводнике
Основным свойством проводников является их высокая электропроводность.
Два вида

электрических токов:
Ток электропроводимости – упорядоченное движение в веществе или вакууме свободных заряженных частиц.
Конвекционный электрический ток – ток, обусловленный перемещением в пространстве заряженного макроскопического тела.
Для возникновения и прохождения электрического тока проводимости необходимы условия:
Наличие свободных зарядов.
Наличие электрического поля, создающего упорядоченное движение свободных зарядов.

Слайд 27
Не изменяющийся во времени ток называют постоянным, а изменяющийся с течением

времени – переменным.

Слайд 28В проводах разного сечения:



По закону Ома:


ЭДС – физ скалярная величина, определяемая

работой сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда:

Слайд 29Напряжение на участке цепи – физически скалярная величина, определяемая работой суммарного

поля кулоновских и сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда на данном участке:

Электрическое сопротивление:


Электрическая проводимость:


Закон Ома для однородного участка цепи:

Слайд 30
Участок цепи, содержащий источник тока, называется неоднородным.
Закон Ома для неоднородного участка

цепи (в интегральной форме):

Слайд 31В зависимости от конфигурации участка цепи или режима
1) источник тока отсутствует:



Закон

Ома для однородного участка цепи.
2) Цепь источника замкнута:



Закон Ома для замкнутой цепи.
3) Режим холостого хода цепи:


ЭДС источника в разомкнутой цепи равна разности потенциалов на его зажимах.




Слайд 32Закон Джоуля – Ленца:

Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме: объемная плотность тепловой

мощности тока в проводнике равна произведению его удельной электрической проводимости на квадрат напряженности электрического поля:

Мощность электрического тока:



Слайд 33Правила Кирхгофа
1. Алгебраическая сумма сил токов в узле электрической цепи равна

нулю, т.е.



2. В любом замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма ЭДС источников равна алгебраической сумме падений напряжений на отдельных участках этого контура, т.е.

Слайд 35Магнитные поля объектов. Электромагнитная индукция
Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной

индукции, касательный к силовой линии, проходящей через данную точку. Эта величина пропорциональна силе, которая действует на северный конец бесконечно малой стрелки, помещенной в данную точку магнитного поля.

Слайд 36Магнитный момент

Слайд 37Кроме орбитального магнитного момента, электрон обладает собственным (спиновым) магнитным моментом. Т.е.

моментом за счет вращения электрона вокруг собственной оси.
В результате магнитный момент атома равен векторной сумме этих магнитных моментов.
Т.о., орбитальное и спиновое движение электронов эквивалентны токам, циркулирующим в молекулах (атомах) вещества, они получили название молекулярных токов (или микротоков).
Обычные токи, текущие по проводникам, связанные с перемещением в веществе носителей тока называются токами проводимости или макротоками.

Слайд 38Степень намагничивания магнетика характеризуется магнитным моментом единицы объема вещества – намагниченность:

Слайд 39Магнитное поле, его характеристики
Магнитное поле – особая форма материи, посредством которой

осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом.
Магнитное поле - составляющая электромагнитного поля, появляющаяся при наличии изменяющегося во времени электрического поля, либо создаваемая током заряженных частиц или магнитными моментами электронов в атомах (постоянные магниты).

Слайд 40Виды магнитных полей
1. Магнитное поле земли.
2. Магнитное поле постоянных магнитов.
3. Магнитное

поле проводника с током.
4. Переменные магнитные поля.
Количественные характеристики:
Сила магнитного поля, определяемая вектором магнитной индукции.
Величина магнитного потока, называемая магнитным потоком или потоком вектора магнитной индукции.
Вектор напряженности.

Слайд 41Вектор магнитной индукции в точке однородного магнитного поля

Слайд 44Свойства линий магнитной индукции
Линии всегда замкнуты и охватывают проводник с током

или постоянные магниты, образуют силовые вихревые поля.
Линии никогда не пересекаются.
Направление силовых линий магнитного поля определяется по правилу буравчика.
Вектор магнитной индукции касателен к каждой точке линии.
Густота линий пропорциональна модулю магнитной индукции.
Магнитный поток :


Слайд 46Установлено, что вектор магнитной индукции характеризует результирующее магнитное поле, создаваемое всеми

макротоками, проходящими через проводник, и микроскопическими (молекулярными) токами, обусловленными движением электронов в атомах и молекулах проводников, которые под действием магнитного поля определенным образом ориентируются, создавая тем самым дополнительное магнитное поле.
Для однородной изотропной среды

Слайд 47Закон Био – Савара – Лапласа
Магнитная индукция результирующего поля (принцип суперпозиции

магнитных полей) :

Слайд 48Проявление магнитного поля. Силы Ампера и Лоренца
Магнитное поле проявляется в воздействии:
На

магнитные моменты физических тел (веществ).
На движущие заряженные частицы.
На проводники с током.
В магнетике вектор магнитной индукции:

Слайд 49В зависимости от характера влияния на внешнее магнитное поле магнетики делятся:
1.

Диамагнетики, у которых магнитная проницаемость < 1, векторы В0и В1 направлены в противоположные стороны.
2. Парамагнетики , у которых магнитная проницаемость > 1, векторы В0и В1 направлены в одну и ту же сторону.
3. Ферромагнетики , у которых магнитная проницаемость >>1.

Магнетики — материалы, вступающие во взаимодействие с магнитным полем, выражающееся в его изменении, а также в других физических явлениях — изменение физических размеров, температуры, проводимости, возникновению электрического потенциала и т. д.

Слайд 51Сила, действующая на проводник, называется силой Ампера

Слайд 52Формула для численного определения магнитной индукции:

Сила Лоренца:



Результирующая сила:


Слайд 53Выводы:
Действие внешнего магнитного поля на магнитные моменты тел приводит к их

намагниченности. Величина которой зависит от вида магнетика.
На движущиеся заряженные частицы магнитное поле действует силой Лоренца, изменяя направление движения.
На проводники с током магнитное поле действует силой Ампера, приводящей к тому, что параллельные проводники с электрическими токами, текущими в одном направлении, под действием магнитных полей притягиваются, а в противоположных – отталкиваются.

Слайд 54Свойства магнитного поля
Теорема Остроградского-Гаусса:


Магнитное поле является всегда вихревым, не имеющим

в природе магнитных зарядов как источников поля.
Линии магнитной индукции не имеют ни начала, ни конца и всегда замкнут, причем число линий, входящих в некоторый объем пространства, равна числу линий, выходящих из объема.
Если входящие потоки брать с одним знаком, а выходящие – с другим, то суммарный поток вектора магнитной индукции через замкнутую поверхность будет равен нулю.

Слайд 55Магнитная индукция, создаваемая прямолинейным проводником с током в вакууме на расстоянии

R от проводника, равна:

Циркуляция вектора

Где n – число проводников с током, охватываемых контуром L произвольной формы.

Слайд 56Используя формулу

Где j – плотность тока.
Для циркуляция вектора В по замкнутому

контуру:

Энергия магнитного поля:

Слайд 57Электромагнитная индукция
Явление возникновения ЭДС в замкнутом проводящем контуре, находящемся в переменном

магнитном поле или движущемся в постоянном магнитном поле, называется электромагнитной индукцией.
Источником возникновения индукционного (наведенного) тока в замкнутом проводящем контуре является изменение магнитного потока, пронизывающего контур.
Причины изменения магнитного потока:
1) магнитный поток изменяется вследствие перемещения контура или его частей в постоянном во времени магнитном поле.
2) непосредственное изменение во времени магнитного потока при неподвижном контуре.
ЭДС индукции в замкнутом проводящем контуре:

Слайд 58Частным случаем явления электромагнитной индукции является самоиндукция.
Самоиндукция – возникновение ЭДС в

проводящем контуре при изменении в нем силы тока:


Где L – индуктивность контура (коэффициент), зависящая от геометрической формы, размеров контура и магнитных свойств среды, в которой он находится.

Слайд 59Явление взаимоиндукции возникает, если два контура расположены один возле другого и

в каждом из них изменяется сила тока, в результате они взаимно влияют друг на друга.
ЭДС взаимоиндукции



Где L12 и L21 – коэффициенты взаимоиндукции .
Применение явления электромагнитной индукции в электротехнике:
Синхронные генераторы – для преобразования механической энергии в энергию электрического тока
Трансформаторы – для повышения и понижения напряжения (взаимоиндукция).
Индукционные явления служат причиной возникновения внутри металлов паразитных токов – вихревых или токов Фуко -вихревые индукционные токи, возникающие в проводниках при изменении пронизывающего их магнитного поля


Слайд 60Магнитные носители информации
Свойство ферромагнетиков менять намагниченность под воздействием внешнего поля привело

к созданию магнитных носителей информации.

Слайд 61Принцип считывания информации с магнитного диска состоит в том, что при

движении диска относительно магнитной головки намагниченные участки носителя вызывают в ней явление электромагнитной индукции, т.е. индуцирует в считывающей головке ЭДС, которая приводит к возникновению в обмотке головки импульсов тока различной полярности. Полярность возникающего на обмотке напряжения зависит от направления намагниченности носителя, которые соответствуют логическим 0 и 1.
Уничтожение информации с магнитного носителя может быть осуществлено:
Механическим,
Термическим,
Магнитным способами.

Слайд 62Электромагнитные поля и волны. Вихревое электрическое поле, ток смещения
Электромагнитные поля, существующие независимо

вдали от своих источников, принято называть электромагнитными волнами.
Максвелл выдвинул гипотезу, что всякое переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле Ев, циркуляция которого и является причиной возникновения ЭДС электромагнитной индукции в контуре:



Это второе уравнение Максвелла

Слайд 63Изменяющееся магнитное поле порождает вихревое электрическое, последнее в свою очередь вызывает

в диэлектрике или вакууме изменяющееся магнитное поле. Поскольку магнитное поле создается электрическим током, то, согласно Максвеллу, вихревое электрическое поле следует рассматривать как некоторый ток, протекающий и в диэлектрике и в вакууме – ток смещения (величина, пропорциональная скорости изменения переменного электрического поля в диэлектрике или вакууме).

Слайд 64Плотность тока проводимости

Слайд 65Плотность тока смещения

Слайд 66Плотность полного тока
Теорема о циркуляции вектора напряженности магнитного поля Н:


Это первое

уравнение Максвелла.
В дифференциальной форме:

Слайд 67Второе уравнение (закон Фарадея) – циркуляция вектора напряженности суммарного электрического поля

равна



Смысл: переменное магнитное поле порождает переменное электрическое поле, а источниками электрического поля могут быть не только электрические заряды, но и меняющиеся во времени магнитные поля.
В дифференциальной форме:


Смысл: ЭДС в любом замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока или то, что вихревое электрическое поле порождается изменениями магнитного поля.

Слайд 68Третье уравнение выражает теорему Остроградского-Гаусса для статистических электрических и магнитных полей:





В

дифференциальной форме:

Смысл: дивергенция вектора электрической индукции равна плотности заряда, следовательно, источником электростатического поля является электрический заряд.

Слайд 69Четвертое уравнение выражает теорему Остроградского – Гаусса для переменного магнитного поля:


Смысл:

линии магнитной индукции всегда замкнуты. Магнитных зарядов в природе не существует.
В дифференциальной форме:
Уравнения Максвелла – наиболее общие для электрических и магнитных полей в покоящихся средах.
Уравнения состояния или материальные уравнения:

Слайд 70Для стационарных полей (E=const, B=const) уравнения Максвелла:




Смысл: источниками магнитного в данном

случае являются только токи проводимости, а источниками электрического поля – только электрические заряды.

Слайд 71Понятие электромагнитной волны, ее характеристики
Электромагнитная волна (ЭМВ) – процесс распространения в

пространстве электромагнитного поля, в котором напряженности электрического и магнитного полей изменяются по периодическому закону.

Слайд 72Основные характеристики электромагнитной волны
Амплитуда колебания определяется величиной вектора Е или Н.
Частота

колебания f или период Колебания Т.
Фаза колебания
Длина волны, то есть расстояние между двумя ближайшими точками, в которых колебания происходят в одинаковых фазах:


Где с –скорость света в вакууме.
Поляризация колебания, то есть направление колебания векторов напряжённости электрического или магнитного поля, определяется источником излучения. За направление поляризации принято считать направление электрического поля Е волны.

Слайд 73Когерентное электромагнитное излучение, создающее волны одинаковые по частоте и фазе, может

иметь три вида поляризации:
1. Линейная – в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны. Различают горизонтальную и вертикальную.
2. Круговая – правая или левая, в зависимости от направления вращения вектора индукции.
3. эллиптическая – случай, промежуточный между круговой и линейными поляризациями.

Слайд 74Волновое уравнение для вектора напряженности электрического поля:



Где V – фазовая скорость

света в среде:

n – показатель преломления среды:

Волновое уравнение для электромагнитного поля:

Слайд 75Свойства электромагнитный волн
Плоская монохроматическая (гармоническая) ЭМВ описывается:

Слайд 76Свойства электромагнитных волн
1. Распространяются как в различных средах, так и в

вакууме.
2. Скорость ЭМВ в вакууме является фундаментальной физ константой, одинаковой для всех систем отчета.
3. Скорость ЭМВ в веществе меньше, чем в вакууме, и определяются из формулы Максвелла. В атмосфере скорость практически можно принять равной скорости света в вакууме.
4. Скорость распространения ЭМВ в конкретной среде совпадает со скоростью света в этой среде, что является одним из обоснований электромагнитной природы света.
5. При переходе ЭМВ из одной среды в другую частота волны остается неизменной.
6. ЭМВ с частотой от 400 до 800 ТГц вызывают у человека ощущение света.
7. ЭМВ являются поперечными, т.к. векторы Е и Н в ЭМВ перпендикулярны направлению ее распространения.
8. ЭМВ обладают свойством дифракции, т.е. способностью огибать препятствия, размеры которых сравнимы с длиной волны. При этом отклонение направления их распространения от прямолинейного наблюдается у края преграды или при прохождении через отверстие.

Слайд 779. Для когерентных ЭМВ наблюдается явление интерференции, т.е. способность их к

наложению, в результате чего волны в одних местах друг друга усиливают, а в других местах – гасят.
10. ЭМВ обладают свойством отражения, подчиняясь закону отражения волн: угол падения равен углу отражения. Особенно хорошо отражаются от металлов низкочастотные волны.
11. ЭМВ преломляются на границе раздела двух сред. При этом отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред и равная отношению скорости ЭМВ в первой среде к скорости ЭМВ во второй среде. Эта величина называется показателем преломления второй среды относительно первой.
12. ЭМВ могут поглощаться веществом. Наряду с энергией ЭМВ обладает импульсом. Если волна поглощается, то ее импульс передается тому объекту, который ее поглощает. Следовательно, что при поглощении ЭМВ оказывает давление на преграду.
13. Для ЭМВ, распространяющихся в веществе, имеет место дисперсия, то есть показатель преломления среды для электромагнитных волн зависит от их частоты.

Слайд 79Перенос энергии электромагнитными волнами
Объемная плотность энергии w ЭМВ складывается из объемных

плотностей электрического и магнитного полей:


Модуль плотности потока энергии:

В векторной форме :
Называется вектором Умова - Пойтинга.
Интенсивность ЭМВ:

Слайд 80Интенсивность ЭМВ:
Электромагнитный импульс:

Электромагнитная масса:




Связь импульса и скорости заряженной частицы V:



Слайд 81Фаза вектора Е0 при прохождении волной расстояния R



При распространении волн в

свободном пространстве амплитуда волны убывает с увеличением расстояния от излучателя за счет сферической расходимости фронта волны.
Для учета влияния неоднородности среды в виде поверхности Земли и неоднородности атмосферы на распространение радиоволн вводят понятие ослабления поля

Слайд 82Поля элементарных излучателей
Любой сложный излучатель можно представить как систему элементарных излучателей,

к качестве которых выступают:
Электрический диполь – идеализированная электронейтральная система, представляющая собой совокупность двух равных по абсолютной величине разноименных точечных зарядов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга.
Магнитный диполь - идеализированная магнитонейтральная система, моделируемая по причине отсутствия в природе магнитных зарядов в виде небольшой (по сравнению с расстояниями, на которых излучается генерируемое диполем магнитное поле) плоской замкнутой проводящей рамки с током.


Слайд 84Проекции напряженностей электрического и магнитного полей в точке М:

Слайд 85Зоны излучателя
Вектор Умова – Пойтинга:
Выводы: ближнее электромагнитное поле элементарного излучателя не

участвует в процессе излучения. В ближней зоне существуют ЭМВ, уносящие с собой энергию от излучателя, но их поля весьма малы.

Слайд 86Вектор Умова-Пойтинга:
Это означает, что энергия движется в направлении радиусов только от

излучателя. Она не возвращается обратно к излучателю и представляет собой энергию излученной ЭМВ.

Слайд 87Под промежуточной зоной поля излучения понимается область пространства вокруг излучателя, характеризуемая

расстояниями, соизмеримыми с длиной излучаемой волны. Используются уравнения в полном виде.
Простейшей физически осуществимой моделью элементарного магнитного излучателя является плоская проводящая рамка площадью S, по которой течет переменный ток и периметр которой весьма мал по сравнению с длиной создаваемого ею поля. ( Магнитный диполь Герца).
Для поля излучения дальней зоны:

Слайд 88В дальней зоне элементарный магнитный излучатель создает волновое поле, отличающееся от

поля элементарного электрического излучателя только ориентацией векторов напряжённостей Е и Н.
Для защиты информации от утечки за счет электромагнитных излучений способом экранирования необходимо иметь четко сформулированный критерии деления пространства на зоны (области).
Наиболее простым является деление пространства на две части, исходя из критерия, зависящего от расстояния от источника поля:

Слайд 89Согласно другому критерии границу зон определяют, исходя из изменений волнового импеданса.

Этот критерий важен при проектировании систем экранирования и защиты от электромагнитных излучений, а также при проектировании антенных систем.
Границей областей при волновом критерии принято считать расстояние, на котором волновое сопротивление перестает меняться и становится постоянным и равным волновому сопротивлению вакуума

Слайд 90Волновое сопротивление падающей волны определяется как отношение напряженности электрического поля, создаваемого

излучателем в данной точке, к напряженности магнитного поля в той же точке.
Для ближней зоны (реактивной, поскольку поле имеет реактивный характер и поля, запасающие энергию преобладают над излучающими полями) граница задается:

Для промежуточной зоны, называемой областью излучения ближнего поля или зоной Френеля граница определяется:


Для дальней зоны, называемой волновой областью или зоной Фраунгофера, граница задается:

Слайд 92Экранирование полей электромагнитной природы
Экранирование – локализация электромагнитной энергии в определенном пространстве

за счет ограничения распространения ее всевозможными способами.
Между двумя электрическими цепями, находящими на некотором расстоянии друг от друга могут возникнуть следующие виды связей:
Через электрическое поле,
Через магнитное поле,
Через электромагнитное поле.
Через провода, соединяющие эти цепи.
В зависимости от назначения различают экраны:
С внутренним возбуждением поля, в которых помещается источник побочного излучения.
Экраны внешнего поля, во внутренней полости которых помещаются чувствительные к этим полям устройства.

Слайд 93Экранирование электрических полей
Относительные изменения параметров экранируемых элементов можно учесть с помощью

коэффициента экранирования:




Различают экранирование электростатических и динамических (переменных) электрических полей.
Электростатическое экранирование основывается на свойстве проводников экранировать внешние поля, т.е. не пропускать их внутрь области, окруженной проводником.

Слайд 94
Положительная и отрицательная части проводника создают свое собственное вторичное поле, которое

равно внешнему и имеет направление, противоположное ему, следовательно, внешнее поле, создаваемое проводником, компенсируют друг друга во всех токах внутри тела проводника. Этим и объясняется распределение зарядов только на поверхности проводника. Внутри проводника поле отсутствует.

Слайд 95
Электростатическое экранирование по существу сводится к замыканию электростатического поля на поверхность

металлического экрана и отводу электрических зарядов на землю (на корпус прибора). Заземление электростатического экрана является необходимым элементом.

Слайд 96
Источник ЭДС является переменным. Компенсация поля с помощью заземления не может

быть полной, т.к. в результате появления тока в стенках экрана на них падает напряжение. Поэтому эффективность экранирования переменного электрического поля в данном случае зависит как от толщины стенок, так и от проводимости материала экрана.

Слайд 97Экранирование электрических переменных полей по существу является задачей паразитных емкостных связей.

Слайд 98Эффективность экранирования плоского экрана радиусам r :




Эффективность экранирования определяется возможностями проникновения

поля помех за экран в результате дифракции рассеяния. Для повышения эффективности экранирования надо выполнить одно из условий а2>a1 или а1>a2, выбор которого определяется назначением экрана и тем, что экранируется объект или источник излучения.
Ослабление связи между телами А и Б зависит от естественного затухания волны электрического поля.
Общее затухание поля характеризуется коэффициентом связи





Слайд 99Способы уменьшения емкостной связи между телами (элементами) А и Б
1) отделять

на максимальное расстояние элементы А и Б.
2) Менять ориентацию элементов так, чтобы наводки компенсировались.
3) использовать в конструкции миниатюрные радиоэлементы.
4) при недостаточности всех этих мер между элементами устанавливают экран, служащий для экранирования электрического поля.
Используя электростатический экран, важно, чтобы он был хорошо заземлен, т.е. соединен с корпусом.

Слайд 102Экранирование магнитных полей
Вокруг витка с постоянным током существует постоянное магнитное поле

с напряженностью Н0, зависящее от точки измерения.

Слайд 103
Изменение направления магнитного потока на границе двух сред с различными проницаемостями:

Слайд 105Эффективность многослойного экрана равна:



При экранировании постоянных магнитных полей необходимо использовать следующие

рекомендации:
Применять материалы с возможно более высокой начальной магнитной проницаемостью.
В конструкции экрана избегать стыков и швов с большим магнитным сопротивлением на пути магнитных силовых линий поля помех.
Не допускать крепления экранируемого элемента и оболочек стальными деталями, которые могут образовывать пути с малыми магнитными сопротивлениями для магнитных силовых линий помехи.
Эффективность экранирования повышать не увеличением толщины материала, а применением нескольких тонких экранов, расположенных на возможно большем расстоянии друг от друга.

Слайд 106Электромагнитное экранирование
Экранирование с использованием вихревых токов обеспечивает одновременное ослабление как магнитных,

так и электрических полей, поэтому этот способ экранирования называется электромагнитным.
Физ сущность с точки зрения теории электромагнитного поля и электрических цепей: под действием источника электромагнитной энергии на стороне экрана, обращенной к источнику, возникают заряды, а в его стенках – токи, поля которых во внешнем пространстве по интенсивности близки к полю источника, а по направлению противоположны ему, и поэтому происходит взаимная компенсация полей.
С точки зрения волновых представлений эффект экранирования проявляется из-за многократного отражения электромагнитных волн от поверхности экрана и затухания энергии волн в его металлической толще.

Слайд 107Эффективность электрически замкнутого экрана:




Эффективность экранирования в дБ за счет отражения электромагнитного

поля от экрана:



Эффективность экранирования за счет эффекта поглощения:


Слайд 108Общие принципы регистрации информативных характеристик полей
Интенсивность излучения электромагнитных полей в радиочастотном

и сверхвысокочастотном диапазоне характеризуется основными параметрами:
Напряженностью электрического поля (Е),
Напряженностью магнитного поля (Н),
Плотностью потока (интенсивностью) энергии (ППЭ).
Информативными параметрами электрического тока являются:
Амплитуда.
Частота.
Фаза.

Слайд 110Основу измерителя составляет датчик поля. Датчиком или первичным измерительным преобразователем называется

устройство, преобразующее значение измеряемой компоненты физического поля в выходной сигнал, удобный для передачи и регистрации и функционально связанный с информативным параметром входного сигнала.
Виды датчиков:
Индукционные датчики (ИД) при регистрации вариаций магнитного поля на высоких частотах.
Кварцевые магнитометры на низких частотах.
Электрические диполи или емкостные датчики для регистрации вариаций электрического поля.
Изотропные (ненаправленные) антенны при регистрации вариаций ЭМП на очень высоких частотах.

Слайд 111Технические параметры измерителя:
Форма регистрируемого сигнала,
Применяемый тип датчиков поля или регистрируемые его

компоненты,
Количество каналов, принимаемых параметров.
Входное сопротивление усилителей.
Чувствительность по каналам.
Динамический диапазон.
Регистрируемый диапазон частот (временные параметры).
Наличие встроенных аналоговых фильтров,
Тип индикатора /стрелочный, цифровой/,период опроса (частота дискретизации) – для цифровой аппаратуры,
Наличие встроенных носителей информации и их емкость,
Возможность автоматизированной обработки данных, источник питания.
Чувствительность измерителя – минимальное значение параметра регистрируемого сигнала.





Слайд 112
Динамический диапазон – соотношение максимального к минимальному параметру измеряемого сигнала.
Для расширения

динамического диапазона применяются методы:
компенсация постоянной составляющей (балансировка),
Уменьшение коэффициента усиления аппаратуры (аттенюатор) – приводит к уменьшению чувствительности.
Наличие встроенных аналоговых фильтров обеспечивает возможность фильтрации исследуемого сигнала на фоне помех. Фильтры бывают:
Нижних частот (ФНЧ),
Высоких частот (ФВЧ),
Режекторный или заградительный,
Полосовой (ПФ).

Слайд 113
Мгновенное значение напряжения:
Действующее (эффективное) значение переменного тока численно равно такому постоянному

току, при котором за время, равное одному периоду, в сопротивление выделяется такое же количество тепловой энергии, как и при переменном токе.

Слайд 114
В общем случае действующее значение напряжения для синусоидального сигнала:

Слайд 115Измерение характеристик электромагнитного поля
Работа индукционных датчиков (преобразователей) осуществляется на основе использования

явления электромагнитной индукции.






Слайд 116Для переменного магнитного поля ЭДС:

Слайд 117
Индуктивность измерительной катушки






Индукционный датчик представляет собой линейный преобразователь.

Слайд 118
Простейшим измерительным устройством переменной напряженности электрического поля является электрический диполь, который

представляет собой линейный преобразователь изменений напряженности электрического поля Е в изменения электрического тока i.




Слайд 119Контрольные вопросы

Похожие презентации

Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона. Закон сохранения электрического заряда. Электрическое поле 407
Испарение и конденсация. Насыщенные и ненасыщенные пары. Влажность воздуха 944
Атом и центральное поле 364
Разработка технологического процесса изготовления детали вал-шестерня в составе редуктора привода цепного конвейера 374
Аттестационная работа. Лабораторная работа как шаг к исследованию. Определение коэффициента жесткости резинового жгута, 10 класс 498
Физика твердого тела 500

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое ThePresentation.ru?

Это сайт презентаций, докладов, проектов, шаблонов в формате PowerPoint. Мы помогаем школьникам, студентам, учителям, преподавателям хранить и обмениваться учебными материалами с другими пользователями.

Для правообладателей

Яндекс.Метрика