Номер 1, страница 121 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 34. Спектр электромагнитных волн. Глава 4. Излучение и приём электромагнитных волн радио и СВЧ - диапазона - номер 1, страница 121.

В О П Р О С Ы

1. В каких устройствах и приборах возникают колебания заряженных частиц?

В каких устройствах и приборах возникают колебания заряженных частиц?

Колебания заряженных частиц, как правило, электронов, представляют собой фундаментальный физический процесс, который лежит в основе функционирования широкого спектра устройств и приборов. В первую очередь, это касается тех, которые генерируют, излучают, принимают или обрабатывают электромагнитные волны. К таким устройствам относятся:

• Колебательный контур: Это базовая электрическая цепь, состоящая из катушки индуктивности (L) и конденсатора (C). В нем возникают свободные электромагнитные колебания: заряженные частицы (электроны) перемещаются от обкладок конденсатора через катушку и обратно. При этом происходит периодическое превращение энергии электрического поля конденсатора в энергию магнитного поля катушки. Колебательные контуры — неотъемлемая часть радиоприемников, передатчиков и генераторов частот.
• Антенны: В передающей антенне под действием переменного напряжения от генератора электроны совершают вынужденные колебания. Ускоренное движение этих зарядов приводит к излучению электромагнитных волн (радиоволн, ТВ-сигналов, сигналов сотовой связи). В приемной антенне, наоборот, падающая электромагнитная волна вызывает колебания электронов, создавая слабый переменный ток, который затем усиливается.
• Электровакуумные приборы СВЧ (сверхвысоких частот):
  • Магнетрон: Используется для генерации мощных микроволн (например, в микроволновых печах и радарах). Электроны в нем движутся в скрещенных постоянном магнитном и электрическом полях, образуя вращающиеся сгустки заряда, которые индуцируют сильные колебания в системе резонаторов.
  • Клистрон: Используется для усиления или генерации СВЧ-колебаний. Поток электронов модулируется по скорости, что приводит к их группировке в сгустки. Эти сгустки, пролетая через резонаторы, возбуждают в них электромагнитные колебания.
• Полупроводниковые генераторы: В современной электронике для генерации колебаний используются схемы на основе транзисторов, туннельных диодов или диодов Ганна. За счет механизма положительной обратной связи в схеме возникают и поддерживаются незатухающие колебания тока и напряжения, что соответствует колебательному движению носителей заряда (электронов и дырок) в полупроводнике. Такие генераторы являются "сердцем" компьютеров (тактовый генератор), мобильных телефонов, Wi-Fi роутеров и другой цифровой техники.
• Устройства, излучающие свет (лазеры, светодиоды): На микроуровне колебания заряженных частиц приводят к излучению света. В атомах или полупроводниковых структурах электроны переходят с более высокого энергетического уровня на более низкий, испуская при этом фотон — квант электромагнитной волны. Этот процесс является основой работы лазеров, светодиодов (LED), люминесцентных ламп.
• Ускорители заряженных частиц: В циклических ускорителях (например, в синхротроне) заряженные частицы движутся с огромной скоростью по криволинейной траектории. Любое движение по кривой является движением с ускорением. Согласно классической электродинамике, ускоренно движущийся заряд излучает электромагнитные волны. Это так называемое синхротронное излучение, которое представляет собой мощный поток электромагнитных волн, возникающий из-за "колебаний" направления вектора скорости частиц.

Ответ: Колебания заряженных частиц происходят в широком классе устройств, включая колебательные контуры, антенны радио- и телекоммуникационных систем, электровакуумные приборы (магнетроны, клистроны), полупроводниковые генераторы (в компьютерах, телефонах), источники света (лазеры, светодиоды) и ускорители заряженных частиц.