تحقیق درباره امواج الكترومغناطيس

تحقیق درباره امواج الكترومغناطيس

2-1 مقدمه

انرژي شكلهاي متنوعي چون نور مرئي گرما و غيره دارد كه توسط امواجي موسوم به الكترومغناطيس قابل انتقال هستند انتشار اغلب امواج يعني اشعه ايكس ماورا بنفش و مايكروويو نيز بصورت تشعشع الكترومغناطيس است .
برخلاف امواج مكانيكي (مانند امواج صوتي ) كه براي انتقال نياز به يك محيط واسط دارند امواج الكترومغناطيس حتي در خلاء نيز منتشر مي شوند سرعت انتشار اين امواج در خلاء برابر با سرعت سير نوراست اگرچه از نقطه نظر فيزيك نوين نسبت دادن مطلق ماهيت موجي به نور پذيرفته نيست و ماهيت دوگانه ذره – موج براي آن در نظر گرفته مي شود ليكن در مبحث طوليابهاي الكترونيكي با ناديدن گرفتن ماهيت ذره اي نور خللي در كليت بحث وارد نمي شود .
اساسا كليه طوليابهاي الكترونيكي برمبناي ارسال الكترومغناطيس ساخته شده اند و تفاوت آنها تنها در محدوده اي از طيف الكترومغناطيس است كه مورد استفاده قرار مي دهند درميان سيستم هاي نقشه برداري تنها تعداد معدودي از دستگاهها واز آنجمله دستگاههاي آبنگاري (اكو ساندرها) هستند كه براي اندازه گيري از امواج مكانيكي (صوتي ) استفاده مي كنند ولي اكثريت دستگاهها از امواج الكترومغناطيسي بهره مي برند.

تحقیق درباره امواج الكترومغناطيس

2-2معادلات ماكسول
در سال 1864 ميلادي جيمز ماكسول دانشمند اسكاتلندي طي 4معادله ديفرانسيل حركت امواجي را تبيين كرد كه امروزه با نام امواج الكترومغناطيس شناخته مي شوند اهميت اين چهار معادله را كه علم الكتريسته را به علم مغناطيسي پيوند مي زند همپاي قوانين حركتي نيوتن دانسته اند آنچه امروز معادلات ماكسول ناميده مي شود در واقع شكل جامع پديده جامع پديده هاي است كه دانشمندان ديگر قبل از ماكسول به آنها دست يافته اند و ماكسول موفق به بيان رياضي آنها تحت قالب 4معادله ديفرانسيل شده است درادامه به اين معادلات بطور مختصر اشاره شده است :
الف – معادله شماره 1: اين معادله در مورد ذرات باردار ميدان الكتريكي حاصله است وبه نام قانون الكتريكي گاوس مشهور است اين معادله بصورت زير نوشته مي شود ومفهوم آن اين است كه اولا بارهاي مشابه يكديگر را دفع و بارهاي همنام يكديگر را جذب مي كنند وشدت جذب و دفع بستگي به مربع فاصله آنها دارد و ثانيا در جسم هادي ولي ايزوله شده بار الكتريكي برسطح آن پخش مي شود در اين معادله E ميدان الكتريكي ε0 ثابت گذردهی. dsالمان انتگر الگيري وq بار الكتريكي است .

تحقیق درباره امواج الكترومغناطيس

ب- معادله شماره 2: اين معادله درمورد مغناطيس است وبه نام قانون مغناطيس گاوس مشهور است اين معادله بصورت زير نوشته مي شود ومفهوم آن اين است كه همتاي مغناطيسي بار الكتريكي وجودندارد وعملا قطبهاي مغناطيسي منزوي قابل ايجاد نيست در اين معادله B شدت ميدان مغناطيسي و ds المان انتگرالگيري سطح است .

ج ـ معادله شماره 3:اين معادله درمورد اثر الكتريكي ناشي از يك ميدان مغناطيسي است و به نام قانون القاي فارادي مشهور است اين معادله يك سيم دايره اي شكل شود باعث ايجاد جريان الكتريكي داخل سيم خواهد شد دراين معادله E ميدان الكتريكي dl المان انتگرالگيري طول dφB تغييرات شارژ مغناطيسي وdt تغييرات زمان است .

دـ معادله شماره 4: اين معادله حالت برعكس معادله فوق است يعني در مورد اثر مغناطيسي ناشي از ميدان متغيير الكتريكي با شدت جريان متغيير است وبه شكل تعميم يافته قانون آمپر مشهور است اين معادله بصورت زير نوشته مي شود ومفهوم آن اين است كه سرعت نور را مي توان بطور كامل با اندازه گيريهاي الكترومغناطيس بدست آورد و همچنين شدت جريان عبوري از يك سيم در اطراف خود ميدان مغناطيسي ايجاد مي كند B ميدان مغناطيسي dl المان انتگرالگيري طول وdφE تغييرات شارژ الكتريكي و dt تغييرات زمان و μo ثابت تراوايی و i شدت جريان است .

2-3 هندسه امواج
امواجي كه برپايه معادلات ماكسول انتشارمي يابند امواج الكترومغناطيس ناميده مي شوند و متشكل از2ميدان مغناطيسي والكتريكي عمود برهم وعمود بر امتداد انتشارهستند.شکل(2-1).

(شکل2-1)
از آنجا كه انرژي توسط ميدان الكتريكي انتقال داده مي شود بيشتر مورد توجه قرار مي گيرد امواج مورد استفاده در اندازه گيري طول همگي عرضي هستند زيرا راستاي آنها برامتداد انتشار آنها عمود است همچنين پلاريزه نيز هستند زيرا راستاي ارتعاش آنها در يك صفحه قرار دارد وعلاوه براين كروماتيك هستند زيرا داراي فركانس ثابت هستند .
در واقع هرگاه منابع اوليه موج امكان پديد آوردن نور پلاريزه را نداشته باشند با تمهيداتي اين عمل بروشهاي غير مستقيم انجام مي شود به اين ترتيب موج مورد مطالعه جهت اندازه گيري طول به ساده ترين شكل ممكن يعني يك موج سينوسي ساده در مي آيد براي سهولت فهم شكل شماره 2-2 رادر نظر مي گيريم .

(شكل 2-2)

تحقیق درباره امواج الكترومغناطيس

در شكل شماره 2-2 جهت فلشها بردار الكتريكي را نشان مي دهند كه طبعا عمود برامتداد انتشار هستند همانطور كه ديده مي شود شدت اين بردارها بطور تناوبي تغيير مي كند از اينرو منحني پيوسته C بعنوان نماينده تغييرات شدت ميدان الكتريكي كه با گذشت زمان (يافاصله) مشخص شده است .
مي دانيم فاصله 2نقطه همسان مانند اكسترمم (ماكزيمم و مينيمم) را طول موج مي نامند وبه λ نشان مي دهند همچنين فاصله زماني بين اين دونقطه را پريود يا زمان تناوب مي نامند وبه T نشان مي دهند معكوس پريود را فركانس يا بسامد مي نامند وبه ƒ نمايش مي دهند مفهوم فركانس تعداد نوسانات در واحد زمان (مثلا ثانيه ) است روابط اصلي بين پارامترهاي بالا در زير خلاصه شده است .

ƒ =( ) C = ƒλ E=h ƒ

كه در آن C,E, h بترتيب ثابت بلانك انرژي و سرعت سير نور هستند.

2-4 معادله حركت موج
براي درك عميق تر بهتر است حركت دوراني بروي يك دايره بنام دايره مرجع مانند شكل شماره 2-3 بررسي شود در اين شكل ميتوان هرنقطه را بروي دايره مرجع تصوير

تحقیق درباره امواج الكترومغناطيس

پسورد فایل: www.bazaarfile.ir

مطالعه بیشتر