Номер 6.54, страница 136 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Колебания и волны. Глава 6. Волны. Электромагнитные волны - номер 6.54, страница 136.

Условие.

6.54. Почему обычный (закрытый) колебательный контур нельзя использовать для излучения и регистрации электромагнитных волн?

Решение.

Обычный (закрытый) колебательный контур, состоящий из катушки индуктивности и конденсатора, неэффективен для излучения и регистрации электромагнитных волн по двум основным причинам, связанным с его конструкцией.

1. Неэффективность излучения.

Для излучения электромагнитной волны необходимо создать в пространстве переменное электрическое и магнитное поля, которые могут распространяться на большие расстояния. В закрытом колебательном контуре:

• Электрическое поле практически полностью сосредоточено в малом объеме между обкладками конденсатора.
• Магнитное поле сконцентрировано внутри катушки индуктивности.

Таким образом, электромагнитное поле оказывается "запертым" внутри элементов контура и почти не выходит в окружающее пространство. На больших расстояниях поля, создаваемые разными частями контура (например, противоположными сторонами витка катушки), взаимно ослабляют друг друга. В результате энергия колебаний в контуре расходуется в основном на нагрев проводников (из-за их активного сопротивления), а в виде электромагнитных волн излучается лишь ничтожная ее часть.

Чтобы система эффективно излучала, ее нужно "открыть". Так получают открытый колебательный контур, или антенну (например, диполь Герца). Его можно представить как конденсатор, пластины которого раздвинули так далеко, что электрическое поле стало занимать большой объем пространства. Колебания зарядов в такой системе создают переменное электрическое поле, которое, в свою очередь, порождает переменное магнитное поле, и эта система полей распространяется в пространстве в виде электромагнитной волны.

2. Неэффективность регистрации (приема).

Согласно принципу взаимности, устройство, которое плохо излучает электромагнитные волны на определенной частоте, так же плохо их и принимает (регистрирует) на той же частоте. Чтобы зарегистрировать волну, ее переменное электромагнитное поле должно навести в приемном контуре заметную электродвижущую силу (ЭДС) и вызвать ток.

Когда электромагнитная волна проходит через замкнутый контур, ее переменное магнитное поле создает очень малый переменный магнитный поток через площадь контура, что приводит к возникновению слабой ЭДС индукции. Аналогично, переменное электрическое поле волны создает лишь очень малую разность потенциалов на элементах контура. В результате энергия, которую контур "захватывает" из волны, оказывается недостаточной для надежной регистрации.

Открытый контур (антенна), благодаря своим большим размерам по сравнению с замкнутым контуром, гораздо эффективнее взаимодействует с полем волны, что позволяет наводить в нем значительно большую ЭДС и, соответственно, принимать сигнал.

Ответ: Обычный (закрытый) колебательный контур нельзя использовать для излучения и регистрации электромагнитных волн, так как его электромагнитное поле практически полностью сосредоточено внутри его компонентов (конденсатора и катушки) и не распространяется в окружающее пространство. Для эффективного излучения и приема необходим открытый колебательный контур (антенна), который создает переменное поле в большом объеме пространства и эффективно взаимодействует с полем приходящей волны.