 |
Исследование меридиональной составляющей электрического поля ЭЭИ.
|
|
|
|
Цели работы.
1. Ознакомление с методикой относительных измерений амплитуды составляющих электрического поля.
2. Исследование поля элементарного электрического излучателя (ЭЭИ).
3. Исследование физической сути рассматриваемых явлений.
Теоретический материал.
ЭЭИ реализуется в виде тонкого проводника длиной 
, возбуждаемого в центре сторонним током.
Комплексные амплитуды напряженности электрического и магнитного полей ЭЭИ, расположенного в центре сферической системы координат 
и направленного по оси 
имеют вид:
или
, (1)
,
где 
– волновое число; 
– длина волны; 
– волновое сопротивление свободного пространства при 
.
Приведенными формулами можно пользоваться при условии, что размеры излучателя много меньше длины волны 
и поле определяется на расстоянии, значительно превышающем размеры излучателя 
.
Из выражений (1) следует, что вектор напряженности электрического поля 
имеет две составляющие: меридиональную 
и радиальную 
(
).
Получим выражения для расчета амплитуд составляющих электрического поля, на основании формул (1):
(2)
Из формул (2) получаем формулы для расчета зависимостей нормированных составляющих поля от угла 
:
(3.1)
(3.2)
Формулы для зависимостей составляющих поля от координаты 
получим из (1), пренебрегая 
(дальняя зона):
(4.1)
(4.2)
К примеру, если 
, член 
, что мало по сравнению с единицей под корнем квадратным в выражениях (2) и допустимо пренебречь этим членом.
Описание лабораторной установки.
Установка состоит из приемной и передающей части. Передающая часть состоит из излучателя, который смонтирован на вращающемся основании. Это позволяет снимать зависимость амплитуды составляющих поля от направления в пространстве (угла ). Излучатель с помощью коаксиального кабеля подключен к генератору Г4-80, работающему в диапазоне длин волн 10 см.
|
|
|
Приемная часть состоит из приемного зонда, который установлен на подвижной каретке, которая может перемещаться вдоль направляющих реек. Это позволяет снимать зависимость амплитуды составляющих поля от координаты . Приемный зонд с детектором подключен к измерительному усилителю У2-8. Характеристика детектора близка к квадратичной, поэтому показания прибора пропорциональны квадрату напряженности электрического поля.
Для измерения напряженности электрического поля в заданной точке применяется приемный зонд, аналогичный элементарному электрическому излучателю. Зонд помещается в заданную точку и ориентируется вдоль измеряемой составляющей электрического поля.
Экспериментальная часть.
Исследование меридиональной составляющей электрического поля ЭЭИ.
1.1. Исследование зависимости от меридиональной координаты 
.
На генераторе установлена частота 
. Приемный зонд и исследуемый ЭЭИ были ориентированы так, как показано на рис. 1. Приемный зонд был установлен на расстояние 
от излучателя. Затем, поворачивая ЭЭИ с шагом 10° от 0° до 180°, записывали показания измерительного усилителя, пропорциональные 
, во вторую строку табл.1. В третьей строке записаны значения, пропорциональные , в четвертой – нормированная экспериментальная зависимость 
. В пятой строке табл.1. приведены значения теоретической нормированной зависимости 
, рассчитанной по формуле (3.1). По данным табл.1 построен график (рис. 2).
Рис.1. Схема установки для исследования меридиональной составляющей электрического поля ЭЭИ при 
.
Табл.1.
| |||||||||||||||||||
|
| 0,6 | 0,8 | 1,9 | 5,5 | 9,0 | 14,0 | 18,5 | 24,5 | 26,0 | 27,5 | 27,5 | 25,0 | 22,5 | 17,0 | 12,5 | 8,0 | 4,5 | 1,6 | 0,6 |
|
| 0,77 | 0,87 | 1,38 | 2,34 | 3,00 | 3,74 | 4,30 | 4,95 | 5,10 | 5,24 | 5,24 | 5,00 | 4,74 | 4,12 | 3,54 | 2,83 | 2,12 | 1,24 | 0,74 |
| 0,15 | 0,17 | 0,26 | 0,45 | 0,57 | 0,71 | 0,82 | 0,94 | 0,97 | 1,00 | 1,00 | 0,95 | 0,90 | 0,79 | 0,67 | 0,54 | 0,40 | 0,24 | 0,14 |
| 0,17 | 0,34 | 0,5 | 0,64 | 0,77 | 0,87 | 0,94 | 0,98 | 1,00 | 0,98 | 0,94 | 0,87 | 0,77 | 0,64 | 0,5 | 0,34 | 0,17 |
|
|
|
Рис.2. Нормированная зависимость меридиональной составляющей электрического поля ЭЭИ от угла . Экспериментальные точки показаны квадратами.
1.2. Исследование зависимости от радиальной координаты 
.
Вращая основание ЭЭИ, установили угол 
. Двигая каретку с приемным зондом, меняли расстояние с шагом 1 см от 10 до 29 см. Проводили измерения аналогично п.1.1. Результаты эксперимента и значения, полученные из расчета по формуле (4.1) приведены в табл. 2. По данным табл.2 построен график (рис. 3).
Табл.2.
| ||||||||||||||||||||
|
| 28,0 | 23,5 | 19,5 | 15,5 | 9,5 | 7,5 | 6,5 | 5,5 | 5,0 | 5,5 | 5,0 | 4,7 | 3,7 | 3,0 | 2,7 | 2,7 | 2,6 | 2,1 | 2,0 | 1,6 |
|
| 5,29 | 4,85 | 4,42 | 3,94 | 3,08 | 2,74 | 2,55 | 2,35 | 2,24 | 2,35 | 2,24 | 2,17 | 1,92 | 1,73 | 1,64 | 1,64 | 1,61 | 1,45 | 1,41 | 1,26 |
|
| 1,00 | 0,92 | 0,83 | 0,74 | 0,58 | 0,52 | 0,48 | 0,44 | 0,42 | 0,44 | 0,42 | 0,41 | 0,36 | 0,33 | 0,31 | 0,31 | 0,30 | 0,27 | 0,27 | 0,24 |
|
| 1,00 | 0,91 | 0,83 | 0,77 | 0,71 | 0,67 | 0,63 | 0,59 | 0,56 | 0,53 | 0,50 | 0,48 | 0,45 | 0,43 | 0,42 | 0,40 | 0,39 | 0,37 | 0,36 | 0,35 |
Рис.3. Нормированная зависимость меридиональной составляющей электрического поля ЭЭИ от расстояния . Теоретическая зависимость показана сплошной линией. Экспериментальные точки показаны квадратами.
|
|
|
