ПРЕЛОМЛЕНИЕ, ВНУТРЕННЕЕ ОТРАЖЕНИЕ И ДЕЛЕНИЕ РАДИОВОЛН

Эти три опыта, демонстрирующие указанные свойства радиоволн, объединены в один, поскольку для их проведения используется одно и то же оборудование. Опытные установки отличаются лишь конфигурацией расположения деталей. Основным элементом является пара треугольных призм с равнобедренным прямоугольным треугольником в основании. Изготовлены призмы из цельного плексигласа, прозрачного для радиоволн, а их поверхности отполированы настолько, что они оптически прозрачны. Эти призмы, будучи приложенными друг к другу наибольшими боковыми гранями, образуют куб с ребром 19 см.

В представленных здесь опытах демонстрируются свойства сантиметровых радиоволн, присущие видимому свету и лежащие в основе геометрической оптики, а именно: частичное и полное отражение, преломление, фокусировка.

Преломление электромагнитных волн так же, как и отражение обусловлено изменением макроскопических параметров среды их распространения, а именно ее диэлектрической и магнитной проницаемостей.

Демонстрацию начинают с показа приема волн в отсутствие преломляющей призмы. Излучающая и приемная антенны при этом ставятся так, чтобы их рупоры были обращены друг к другу, а их продольные оси совмещены. Расстояние между рупорами составляет 70-80 см. Усиление принимаемого осциллографом сигнала должно быть таково, чтобы сигнал устойчиво отображался по всей высоте экрана.

В середине промежутка между антеннами размещают (на подставке) призму, что приводит к пропаданию принимаемого сигнала. Перемещая по столу вокруг призмы приемную антенну, находят для нее такое положение, при котором амплитуда принимаемого сигнала наибольшая. Примерное расположение антенны генератора Г, антенны приемника П и призмы показано на рис. 142. Проходя сквозь призму, радиоволны преломляются на ее гранях дважды: входя в призму и выходя из нее. Угол а между направлениями распространения волн в отсутствие призмы и после ее установки есть угол преломления. Величина этого угла зависит от значения преломляющего угла призмы, который равен 45°, от показателя преломления ее материала для радиоволн данной частоты (10 ГГц) и от пространственной ориентации самой призмы.

Демонстрация преломления радиоволн

Рис. 142. Демонстрация преломления радиоволн

Для демонстрации внутреннего отражения электромагнитных волн используются детали предыдущего опыта (генератор, призма, приемник), но в другой конфигурации их взаимного расположения. Передатчик и приемник располагают на расстоянии 70-80 см друг от друга, причем продольные оси их антенн должны быть взаимно перпендикулярны и располагаться в одной горизонтальной плоскости.

В место предполагаемого пересечения антенных осей устанавливают на подставке призму так, чтобы рупоры генерирующей Г и приемной П антенн были направлены на малые боковые грани призмы (рис. 143). При этом волновой поток на указанные грани падает нормально, что обеспечивает устранение эффекта преломления на них радиоволн.

Проникнув в толщу призмы, волны далее падают на ее большую боковую грань под углом 45°. Поскольку предельный угол полного отражения плексигласа для применяемых в

Демонстрация внутреннего отражения радиоволн

Рис. 143. Демонстрация внутреннего отражения радиоволн

опыте волн равен 37°, что меньше угла их падения, то они полностью отражаются от большей грани призмы и направляются в сторону приемной антенны. Призма в данном опыте, в силу эффекта полного внутреннего отражения, выполняет функцию плоского зеркала, как в ранее описанном опыте по зеркальному отражению радиоволн.

Далее следует опыт, демонстрирующий деление потока радиоволн на два разнонаправленных потока с возможностью перераспределения между ними излучаемой передатчиком мощности. Для этого излучающую и приемную антенны ставят на единой оси, обратив рупоры друг к другу, причем расстояние между рупорами должно составлять 70- 80 см. Усиление принимаемого осциллографом сигнала должно быть таким, чтобы этот сигнал устойчиво отображался по всей высоте экрана.

В середине промежутка между антеннами размещают (на диэлектрической подставке) пару призм, сложенных в куб (рис. 144). Отображаемый на экране сигнал при этом остается прежним. Призму, расположенную со стороны приемника (подвижная призма), медленно отодвигают от другой (неподвижной) призмы так, чтобы их соприкасавшиеся до этого грани оставались параллельными друг другу. По мере увеличения зазора между призмами до полутора сантиметров амплитуда импульсов на экране осциллографа плавно уменьшается до нуля. При сближении же призм амплитуда сигналов на экране осциллографа растет до начального значения.

Результат этих манипуляций говорит о том, что образование зазора между призмами приводит к проявлению внутреннего отражения волн от большей грани неподвижной призмы. Когда же ширина зазора превышает 1,5 см, отражение становится полным, и весь падающий на неподвижную призму поток волн перенаправляется в сторону. Чтобы убедиться в этом, приемник перемещают из первоначального положения 1 в положение 2, воссоздав тем самым конфигурацию предыдущей экспериментальной установки. Амплитуда отображаемых на экране импульсов при этом максимальна, а при сближении призм убывает до нуля.

Затем подвижную призму снова отодвигают на такое минимальное расстояние, при котором импульсы на экране осциллографа пропадают полностью. В образовавшийся промежуток между призмами вставляют книгу. Толщина этой книги должна быть такой, чтобы в промежуток между призмами она входила свободно, и не было зазора между нею и гранями призмы. В результате на экране вновь появляются импульсы, а при изъятии книги импульсы исчезают.

Результат последней манипуляции свидетельствует о том, что эта книга для радиоволн прозрачна, а её показатель преломления приблизительно равен показателю преломления материала призм. Поэтому для волн границ между призмой и книгой не существует, от книги волны не отражаются и, свободно проходя сквозь нее, проникают во вторую призму. В этом можно убедиться по появлению импульсов на экране осциллографа после перемещения приёмника в положение 1.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >