Интерференция электромагнитных волн

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 28 Ноября 2013 в 16:09, лабораторная работа

Описание работы

Цель работы: изучение интерференционной картины от двух когерентных источников электромагнитных волн, построение полярной диаграммы направленности излучения и сравнение ее с теоретической.
Работа выполняется на персональном компьютере.

Файлы: 1 файл

7-1 (1).doc

— 429.50 Кб (Скачать файл)

Лабораторная  работа № 7-1

 

Интерференция электромагнитных волн

 

Цель работы: изучение интерференционной картины от двух когерентных источников электромагнитных волн, построение полярной диаграммы направленности излучения и сравнение ее с теоретической.

Работа выполняется на персональном компьютере.

Краткая теория

Интерференцией волн называется явление наложения когерентных волн, при котором происходит пространственное перераспределение результирующей интенсивности (взаимное усиление в одних точках пространства и ослабление – в других). Результат интерференции зависит от разности фаз накладывающихся волн.

Когерентными называются волны, имеющие одинаковую частоту и в каждой точке пространства постоянную во времени разность фаз, колебания в которых совершаются вдоль одного направления.

Расчет результата сложения двух волн

Если в некоторой однородной и изотропной среде два точечных источника возбуждают волны, то в произвольной точке пространства M происходит наложение волн в соответствии с принципом суперпозиции (наложения).

« Каждая точка среды, куда приходят две или несколько волн, принимает участие в колебаниях, вызванных каждой волной в отдельности; волны не взаимодействуют друг с другом и распространяются независимо друг от друга».

Рассмотрим наложение двух электромагнитных волн, возбуждаемых в однородной и изотропной среде двумя одинаковыми когерентными точечными источниками S1 и S2, циклическая частота гармонических колебаний ω, начальные фазы - соответственно φ01 и φ02. Пусть вызываемые ими колебания в произвольной точке М удовлетворяют уравнениям:

где - волновое число, и фазы колебаний, r1 и r2 расстояния от точечных источников S1 и S2 до точки М, соответственно.

По принципу суперпозиции, результирующее колебание в точке М описывается уравнением

Амплитуда результирующей волны E в точке M равна

Принимая во внимание, что  , , а интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды получаем:

                                                              (1.1)

Здесь – разность хода волн от источников S1 и S2. Как видно из рис.1 , для больших расстояний (r>>d), Δr можно выразить следующим образом

Тогда окончательно имеем:

 (1.2)

 

Схема лабораторной установки

 

Система (рис.2) состоит из двух точечных когерентных излучателей (антенн) S1 и S2, которые расположены в некоторой плоскости так, что их дипольные моменты перпендикулярны этой плоскости. Расстояние между излучателями d, длина волны излучения λ. Разность начальных фаз колебаний излучателей Δφ=φ (φ≤π), причем фаза колебаний второго излучателя отстает от фазы первого излучателя (т.е. j<0). Интенсивность излучения, полученного при интерференции волн, под разными углами θ регистрируется с помощью приемника, который может перемещаться по окружности радиуса r (r>>d).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант

 

1

a) d= λ, φ=0;  б) d=l, j=-p; в) d=λ/2, φ=0 г) d=l/2, j=-p;;


 

                                 d= 0,32 м,  j= 0 .                                                                  Таблица 1

qо

0

15

30

45

60

75

90

105

120

135

150

165

180

Iэкс.

19,90

20,17

15,54

7,42

0,00

9,42

21,13

10,14

0,00

7,33

17,45

19,47

20,75

Iтеор.

20,00

19,77

16,65

7,33

0,00

9,41

20,00

9,51

0,00

7,26

16,61

19,76

20,00


 

                                 d= 0,32 м,  j= -p.                                                                  Таблица 2

qо

0

15

30

45

60

75

90

105

120

135

150

165

180

Iэкс.

0,00

0,22

2,96

12,56

20,02

10,48

0,00

11,23

20,13

12,63

3,32

0,23

0,00

Iтеор.

0,00

0,24

3,36

12,68

20,00

10,57

0,00

10,51

20,00

12,72

3,38

0,24

0,00


                         

                                d= 0,16 м,  j= 0 .                                                                  Таблица 3       

qо

0

15

30

45

60

75

90

105

120

135

150

165

180

Iэкс.

0,00

0,059

0,87

3,68

10,00

16,36

19,00

16,97

10,36

3,92

0,91

0,06

0,00

Iтеор.

0,00

0,060

0,88

3,94

9,99

16,86

20,00

16,90

10,04

3,97

0,89

0,06

0,00


                       

                              d= 0,16 м,  j= -p.                                                                  Таблица 4

qо

0

15

30

45

60

75

90

105

120

135

150

165

180

Iэкс.

19,13

21,13

18,16

15,62

9,99

2,94

0,00

3,17

10,11

15,93

18,49

20,86

19,00

Iтеор.

20,00

19,94

19,12

16,04

9,99

3,13

0,00

3,12

9,98

16,04

19,12

19,94

20,00


 

Полярные диаграммы

 

 

 

 

Вывод: В ходе лабораторной работы наблюдал интерференционную картину от двух когерентных источников электромагнитных волн, в результате измерений и вычислений установил, что интенсивность двух электромагнитных волн, возбуждаемых в однородной и изотропной среде двумя одинаковыми когерентными точечными источниками увеличивается по мере отдаления от источников излучения, что видно на диаграммах а, б, в, г.

 

 

 

 


Информация о работе Интерференция электромагнитных волн