Як розповсюджуються радіохвилі

1. Як розповсюджуються радіохвилі Подробиці Опубліковано 12.07.2015 20:33 Переглядів: 5815 Якби Максвелл...
2. властивості радіохвиль
3. поширення радіохвиль

Як розповсюджуються радіохвилі

Подробиці Опубліковано 12.07.2015 20:33 Переглядів: 5815

Якби Максвелл передбачив існування радіохвиль, а Герц не відчинив їх на практиці, наша дійсність була б зовсім іншою. Ми не могли б швидко обмінюватися інформацією за допомогою радіо і мобільних телефонів, досліджувати далекі планети і зірки за допомогою радіотелескопів, спостерігати за літаками, кораблями та іншими об'єктами з допомогою радіолокаторів.

Яким же чином радіохвилі допомагають нам в цьому?

джерела радіохвиль

Джерелами радіохвиль в природі є блискавки - гігантські електричні іскрові розряди в атмосфері, сила струму в яких може досягати 300 тисяч ампер, а напруга - мільярди вольт. Блискавки ми спостерігаємо під час грози. До речі, вони виникають не тільки на Землі. Спалахи блискавок були виявлені на Венері, Сатурні, Юпітері, Урані і інших планетах.

Практично всі космічні тіла (зірки, планети, астероїди, комети і ін.) Також є природними джерелами радіохвиль.

У радіомовлення, радіолокації, супутниках зв'язку, стаціонарного та мобільного зв'язку, різних системах навігації застосовуються радіохвилі, отримані штучним шляхом. Джерелом таких хвиль служать високочастотні генератори електромагнітних коливань, енергія яких передається в простір за допомогою передавальних антен.

властивості радіохвиль

Радіохвилі - це електромагнітні хвилі, частота яких знаходиться в інтервалі від 3 кГц до 300 ГГц, а довжина - від 100 км до 1 мм відповідно. Поширюючись в середовищі, вони підкоряються певним законам. При переході з одного середовища в іншу спостерігається їх відображення і переломлення. Притаманні їм і явища дифракції та інтерференції.

дифракція , Або огибание, відбувається, якщо на шляху радіохвиль зустрічаються перешкоди, розміри яких менше довжини радіохвилі. Якщо ж їх розміри виявляються бόльшімі, то радіохвилі відбиваються від них. Перешкоди можуть мати штучне (споруди) або природне (дерева, хмари) походження.

Відображаються радіохвилі і від земної поверхні. Причому, поверхня океану відображає їх приблизно на 50% сильніше, ніж сýша.

Якщо перешкода є провідником електричного струму, то якусь частину своєї енергії радіохвилі віддають йому, а в провіднику створюється електричний струм. Частина енергії витрачається на збудження електрострумів на поверхні Землі. Крім того, радіохвилі розходяться від антени колами в різні боки, як хвиля від кинутого у воду камінця. З цієї причини радіохвилі з часом втрачають енергію і загасають. І чим далі від джерела знаходиться приймач радіохвиль, тим слабкіше сигнал, що дійшов до нього.

Інтерференція, або накладення, викликає взаємне посилення або ослаблення радіохвиль.

Радіохвилі поширюються в просторі зі швидкістю, що дорівнює швидкості світла (До речі, світло - це теж електромагнітна хвиля).

Як і будь-які електромагнітні хвилі, радіохвилі характеризуються довжиною і частотою хвилі. З довжиною хвилі частота пов'язана співвідношенням:

f = c / λ,

де f - частота хвилі;

λ - довжина хвилі;

c - швидкість світла.

Як бачимо, чим більше довжина хвилі, тим менше її частота.

Радіохвилі розбиваються на наступні діапазони : Наддовгі, довгі, середні, короткі, ультракороткі, міліметрові і дециміліметрові хвилі.

поширення радіохвиль

радіохвилі різної довжини поширюються в просторі не однаково.

Наддовгі хвилі (довжина хвилі від 10 км і більше) легко огинають великі перешкоди поблизу поверхні Землі і дуже слабо поглинаються нею, тому енергії вони втрачають менше інших радіохвиль. Отже, загасають вони також набагато повільніше. Тому в просторі такі хвилі поширюються на відстані до декількох тисяч кілометрів. Глибина їх проникнення в середу дуже велика, і їх використовують для зв'язку з підводними човнами, що знаходяться на великій глибині, а також для різних досліджень в геології, археології та інженерній справі. Здатність наддовгих хвиль легко огинати Землю дозволяє досліджувати з їх допомогою земну атмосферу.

Довгі, або кілометрові, хвилі (від 1 км до 10 км, частота 300 кГц - 30 кГц) також піддаються дифракції, тому здатні поширюватися на відстані до 2 000 км.

Середні, або гектометрові, хвилі (від 100 м до 1 км, частота 3000 кГц - 300 кГц) гірше огинають перешкоди на поверхні Землі, сильніше поглинаються, тому набагато швидше загасають. Вони поширюються на відстані до 1 000 км.

Короткі хвилі поводяться інакше. Якщо ми налаштуємо автомобільний радіоприймач в місті на коротку радіохвилю і почнемо рухатися, то в міру віддалення від міста прийом радіосигналу буде все гірше, а на відстані приблизно 250 км він припиниться зовсім. Однак через деякий час радіотрансляція відновиться. Чому так відбувається?

Вся справа в тому, що радіохвилі короткого діапазону (від 10 м до 100 м, частота 30 МГц - 3 МГц) у поверхні Землі загасають дуже швидко. Однак хвилі, що йдуть під великим кутом до горизонту, відбиваються від верхнього шару атмосфери - іоносфери, і повертаються назад, залишаючи позаду себе сотні кілометрів «мертвої зони». Далі ці хвилі відбиваються вже від земної поверхні і знову спрямовуються до іоносфері. Багаторазово відбиваючись, вони здатні кілька разів обігнути земну кулю. Чим коротше хвиля, тим більше кут відбиття від іоносфери. Але вночі іоносфера втрачає відбивну здатність, тому в темний час доби зв'язок на коротких хвилях гірше.

А ультракороткі хвилі (метрові, дециметрові, сантиметрові з довжиною хвилі коротше 10 м), не можуть відбиватися від іоносфери. Поширюючись прямолінійно, вони пронизують її і йдуть вище. Це їх властивість використовують для визначення координат повітряних об'єктів: літаків, зграй птахів, рівня і щільності хмар і ін. Але і огинати земну поверхню ультракороткі хвилі теж не можуть. Через те що вони поширюються в межах прямої видимості, їх застосовують для радіозв'язку на відстані 150 - 300 км.

За своїми властивостями ультракороткі хвилі близькі до світлових хвиль. Але світлові хвилі можна зібрати в пучок і направити його в потрібне місце. Так влаштовані прожектор і ліхтарик. Точно так само роблять і з ультракороткими хвилями. Їх збирають спеціальними дзеркалами-антенами і вузький пучок посилають в потрібному напрямку, що особливо важливо, наприклад, в радіолокації або супутникового зв'язку.

Міліметрові хвилі (від 1 см до 1 мм), найкоротші хвилі радіодіапазону, схожі з ультракороткими хвилями. Вони також поширюються прямолінійно. Але серйозною перешкодою для них є атмосферні опади, туман, хмари. Крім радіоастрономії, високошвидкісний радіорелейного зв'язку вони знайшли застосування в НВЧ техніці, використовуваної в медицині і в побуті.

Субміліметрові, або дециміліметрові, хвилі (від 1 мм до 0,1 мм) за міжнародною класифікацією також відносяться до радіохвиль. У природних умовах вони майже не існують. В енергії спектра Сонця займають мізерну частку. Поверхні Землі не досягають, так як поглинаються парами води і молекулами кисню, що знаходяться в атмосфері. Створені штучними джерелами, застосовуються в космічній зв'язку, для дослідження атмосфер Землі та інших планет. Високий ступінь безпеки цих хвиль для організму людини дозволяє застосовувати їх в медицині для сканування органів.

Субміліметрові хвилі називають «хвилями майбутнього». Цілком можливо, що вони дадуть вченим можливість вивчати будову молекул речовин абсолютно новим способом, а в майбутньому, можливо, навіть дозволять керувати молекулярними процесами.

Як бачимо, кожен діапазон радіохвиль застосовується там, де особливості його поширення використовуються з максимальною користю.