28.12.2012

1

Fizika v poučevanju II

Predavanje 9

M Čepič in N Vaupotič

16. november 2012

MEHANIKA TERMODINAMIKA

kinetična in potencialna energija telesa

Newtonovi zakoni

notranja energija telesa

trije zakoni termodinamike

ELEKTROMAGNETIZEM

električna in magnetna energija polja

štiri Maxwellove enačbe

MAXWELLOVE ENAČBE

S

BB SdB

dt

dsdE

, Faradayev zakon

S

EobjetiE SdDI

dt

dsdH

,

Ampere - Maxwellov zakon

0SdB

Maxwellov zakon za magnetni pretok

objetiprostiqSdD ,

Gaussov zakon

DE

0

BH

0

DEP

0

BMH

0

EP

0

HM

MAXWELLOVE ENAČBE napovejo tudi obstoj elektromagnetnega valovanja (EMV); EMV se lahko razširja skozi prazen prostor

28.12.2012

2

DISKRETNE ENERGIJE (kvantizirana energija)

energijski nivoji v atomu

osnovno stanje E0

E1

E2 E3

1. vzbujeno stanje

2. vzbujeno stanje

prehod v višje energijsko stanje, npr. z absorpcijo

svetlobe

kvantni skok

E

Kako nastane EMV:

1) Izsevajo ga vzbujeni atomi pri prehodu v osnovno stanje.

Kako nastane EMV:

1) Izsevajo ga vzbujeni atomi pri prehodu v osnovno stanje.

2) EMV se izseva, ko se hitri elektroni zaustavljajo v kovinski tarči.

3) EMV se izseva iz jedra atoma pri radioaktivnem razpadu.

4) EMV se izseva pri vsakem pospešenem gibanju naelektrenih delcev.

Kratka ponovitev

0

0

1

2

LC

t LC

Kotna frekvenca in nihajni čas električnega nihajnega kroga

28.12.2012

3

Nastanek EM valov

(a) Priključimo akumulator (b) Teče tok – magnetno polje; nabiti deli antene – električno polje; (c) Nabiti deli antene – samo električno polje

Nastanek EM valov

Hitrost širjenja EM valovanja

90

0 0

1 m m299792458 3 10

s sc

V praznem prostoru:

- medsebojno pravokotna,

- nihata v fazi,

- pravokotna na smer razširjanja EMV

tkxBtxB

tkxEtxE

sin),(

sin),(

0

0

hitrost EMV v vakuumu m/s2997924581

00

0

c

0ck

0

00

c

EB

E

B

in sta povsod in vedno:

28.12.2012

4

valovno čelo žarek

električna komponenta

magnetna komponenta

k

valovni vektor

c

Spekter EM valovanja

frekvenca valovna dolžina

Mikrovalovi Ali je to, kar oddaja antena valovanje

- Detekcija lastnosti prostora okoli antene - Antena kot detektor

- Širjenje - Kotna odvisnost intenzitete valovanja

- Polarizacija - Kako ugotavljamo polarizacijo?

- Odboj

- Interferenca

- Uklon

28.12.2012

5

Detekcija mikrovalov

- Antena – oddajnik

- Antena – sprejemnik

- Sprejem je odvisen od:

- Položaja antene

- Orientacije antene

- Kaj nam antena kot sprejemnik pove o prostoru okoli antene?

- Kako deluje antena kot sprejemnik?

Odvisnost intenzitete MV

• Antena meri amplitudo oziroma efektivno električno polje, če je pravilno orientirana

Polarizacija MV

28.12.2012

6

Polarizacija

V sprejemniku je skrita antena Anteno vrtimo s sprejemnikom vred.

V oddajniku je antena

coszaznano lokalE E

smer antene

Smer električnega polja

Polarizacija

• Mikrovalovi so že polarizirani

• Smer polarizacije lahko spremenimo

Smer polarizacije lahko spremenimo

• Zaradi E polja stečejo v smeri žic tokovi

• Tokovi absorbirajo energijo

• Mreža polarizira pravokotno na žice

28.12.2012

7

Odboj

Odboj MV – Kako ga zaznati

Lom

• Valovna kad

– Pri prehodu valov med različnimi globinami,

se smer širjenja valovanja spremeni

- Hitrost širjenja valovanja določa globina vode

• Kako spremeniti hitrost širjenja MV

– V različnih snoveh je hitrost MV različna

28.12.2012

8

Lom MV

Interferenca – ponovitev – mavrična vzmet

),(),(),( 21 txytxytxyS

sestavljanje valov ne spremeni gibanja posameznega vala

FOURIEROVA ANALIZA

Vsako obliko valovanja lahko dobimo z nalaganjem

sinusnih valov.

INTERFERENCA VALOVANJA

= 0 = = 2/3

KONSTRUKTIVNA

INTERFERENCA

DESTRUKTIVNA

INTERFERENCA

28.12.2012

9

)(sin),( 01 tkxytxy

)(sin),( 02 tkxytxy

dva vala interferirata:

)2/(sin)2/(cos2),( 0 tkxytxyS

amplituda sestavljenega valovanja

= 0 = = 2/3

),(),(),( 21 txytxytxyS

2sin

2cos2sinsin

uporabimo

STOJEČE VALOVANJE

t = 0 t = T/4 t = T/2 t = 3T/4 t = T

Interferenca MV

• Med oddajnikom in ploščo nastane stojno valovanje.

• Stojno valovanje lahko nastane le zaradi interference.

• Interferenca možna tudi na režah.

28.12.2012

10

Valovanje se uklanja na ovirah, katerih dimenzija je primerljiva z valovno dolžino valovanja.

Uklon

Uklon

• Mikrovalovi padajo na režo

• Mikrovalove zaznamo tudi v območju geometrijske sence.

Anizotropija

• Les je prozoren za MV

• Les ima anizotropno strukturo

• Kaj se zgodi, če les postavimo med vir in detektor?

• Nekaj poskusov.

28.12.2012

11

Mikrovalovna pečica