Sunete generate de oscilatii electrice

Elev: Dumitrache Emanuel Clasa: a XI-a A Profesor: Mioara Singeorzan

`

1. Ocilatii electrice

1.1 Circuitul oscilantDescarcarea unui condensator se poate face periodic sau aperiodic. Descarcarea este aperiodica daca se face printr-un rezistor si este periodica daca se face priintr-o bobina. La descarcarea condensatorului printr-o bobina, oscilatiile tensiunii la bornele condensatorului sunt insotite de oscilatii ale curentului prin circuit. Asadar,intr-un circuit format dintr-un condensator si o bobina se produc oscilatii electrice.De aceea acest circuit se numeste circuit oscilant.

Circuit oscilant

1.2 Producerea oscilatiilor electriceIn circuitul oscilant se produc oscilatii ale campului electric si ale campului de inductie magnetica,strans legate intre ele si care se conditioneaza reciproc.In timpul oscilatiilor electromagnetice energia campului electric si energia campului magnetic se transforma succesiv una in alta.Transformarea succesiva a energiei in timpul oscilatiilor electromagnetice este analoaga transformarii succesive a energiei potentiale si cinetice in timpul oscilatiilor unui pendul.Un pendul care a primit initial o energie,pe care o inmagazineaza sub forma de energie potentiala,oscileaza apoi liber,fara interventii exterioare,energia lui potentiala transformandu-se in energie cinetica si reciproc Ep Ek Analog,dupa alimentarea initiala a circuitului oscilant,se produc liber oscilatii electrice.

1.3 PerioadaOscilatiile electromagnetice dintr-un circuit oscilant sunt libere.De aceea ele se produc cu o perioada priprie, care depinde numai de valorile capacitatii C si ale inductiei L din circuitul oscilant.Cu cat condensatorul are o capacitate mai mare,descarcarea lui dureaza mai mult.De asemenea, cu cat inductanta bobinei este mai mare,autoinductia actioneaza mai puternic si curentul prin bobina este prelungit mai mult.Rezulta ca perioada de oscilatie este cu atat mai mare,cu cat capacitatea si inductanta din circuitul oscilant au valori mai mari.Perioada proprie a oscilatiilor electrice produse in circuitul oscilant depinde de valorile capacitatii si inductantei din circuit si nu depinde de amplitudinea oscilatiilor.

Perioada de oscilatie

1.4 Oscilatii amortizate si neamortizateOscilatiile a caror amplitudine ramane constanta iin timp se numesc oscilatii neamortizate.Oscilatiile electromagnetice produse intr-un circuit oscilant sunt oscilatii amortizate,adica amplitudinea lor descreste treptat. Amortizarea oscilatiilor este rezultatul disiparii de energie in circuit.Datorita rezistentelor din circuit,ce nu pot fi evitate total,o parte din energie se transforma in energie termica,ducand la scaderea treptata a energiei care penduleaza in circuit.Daca se transmite circuitului in mod periodic energia disipata,se compenseaza amortizarea si se obtin oscilatii neamortizate, intretinute.

1.5 Oscilatii intretinuteOscilatiile intretinute se pot obtine intr-un circuit oscilant LC conectat in circuitul anodic al unei triode.Bobina L a circuitului oscilant este cuplata inductiv cu grila triodei prin bobina L`.Prin intermediul triodei, sursa de tensiune continua trimite periodic circuitului oscilant energia necesara pentru mentinerea oscilatiilor intretinute.Oscilatiile tensiunii in circuitul LC au amplitudine constanta,pierderile de energie fiind compensate in fiecare perioada, la momentul potrivit,de energia sursei de tensiune anodica.

1.6 Rezonanta in circuitul oscilantDaca un circuit oscilant este alimentat de la o sursa de tensiune alternativa de frecventa diferita de frecventa sa proprie de oscilatie,circuitul oscileaza fortat frecventei sursei.Amplitudinea oscilatiilor ce se produc in circuit este mica.Daca frecventa oscilatiilor date de sursa este egala cu frecventa proprie de oscilatie a circuitului oscilant,oscilatiile proprii ale circuitului sunt intretinute de sursa si au o amplitudine foarte mare.In acest caz circuitul oscilant este in rezonanta cu sursa exterioara de tensiune. Oscilatiile dintr-un circuit oscilant pot intra in rezonanta cu oscilatiile produse de alt circuit oscilant.

Rezonanta in circuitul oscilant

2.Unde electromagnetice2.1 Campul electromagneticStudiul fenomenelor electromagnetice a aratat ca intre campul electric si cel magnetic exista o stransa legatura.Astfel,legea inductiei electromagneti- ce arata ca un camp magnetic variabil in timp inlantuit de o spira da nastere in spira unei tensiuni electromotoare de inductie.In spira inchisa apare un curent electric.Aparitia campului electric de inductie nu este legata de existenta spirei: el apare ori de cate ori campul magnetic variaza,chiar daca nu exista o spira in care sa se produca curent electric sub actiunea lui.Orice camp magnetic variabil se inconjoara cu un camp electric cu linii de camp inchise,a carui intensitate este cu atat mai mare,cu cat campul magnetic variaza mai rapid.Se pune problema daca legatura dintre campul magnetic si cel electric este reciproca si anume daca un camp electric poate genera un camp magnetic si in ce conditii.Un curent electric ce trece printr-un conductor genereaza in jurul conductorului un camp magnetic.In anul 1865 J.C.Maxwell a emis ipoteza ca orice camp electric variabil se inconjoara cu un camp magnetic cu linii de camp inchise,a carui intensitate este cu atat mai mare,cu cat campul electric variaza mai rapid.Ansamblul campurilor electric si magnetic,care oscileaza si se genereaza reciproc,se numeste camp electromagnetic.Teoria campului electromagnetic a fost elaborata de Maxwell si a fost pe deplin confirmata de experiente.Una din consecintele importante ale acestei teorii a fost precizarea existentei undelor electromagnetice,descoperite experimental de H.Hertz in anul 1887.

2.2 PropagareaUna dintre proprietatile importante ale campului electromagnetic este capacitatea lui de a se propaga in spatiu.Intr-un camp electromagnetic ce se propaga,ambele campuri ce-l formeaza,electric si magnetic, variaza periodic in timp.Forma de propagare a campului electromagnetic care variaza periodic se numeste unda electromagnetica.

2.3 Producerea undelor electromagneticePentru obtinerea undelor electromagnetice trebuie folosit un oscilator electromagnetic,asa cum pentru obtinerea undelor acustice este necesar un obiect care vibreaza.Un astfel de oscilator,capabil sa produca unde electromagnetice este circuitul oscilant deschis.Cel mai simplu circuit oscilant deschis este un fir conductor liniar,strabatut de un curent de inalta frecventa; acesta se numeste dipol electric.Capacitatea si inductia acecstui circuit sunt distribuite de-a lungul intregului fir.Oscilatiile curentului dipol sunt induse prin intermediul unei bobile intercalate in mijlocul dipolului.In spatiul din jurul dipolului electric exista camp electromagnetic,care oscileaza periodic,cu frecventa curentului din dipol.Peste campul electric produs de sarcinile acumulate de dipol se suprapune campul electric produs de variatia in timp a campului magnetic produs de dipol.Dipolul electric radiaza in spatiu unde

Producerea si propagarea undelor electromagnetice

2.4 AntenaAntena este un circuit oscilant deschis,folosit pentru a radia in spatiu, sau pentru a receptiona unde electromagnetice de o anumita frecventa.Pentru ca energia undelor electromagnetice sa aiba valori mari este necesar ca oscilatiile electromagnetice produse in antena sa fie maxime.Aceasta se realizeaza cand frecventa proprie de oscilatie a antenei este egala cu frecventa oscilatiilor cu care este excitata.Antena este deci un circuit oscilant deschis in care inductanta si capacitatea sunt repartizate uniform de-a lungul firului,ce are o frecventa proprie de oscilatie.

Antena

2.5 Proprietatile undelor electromagneticeUndele electromagnetice folosite in radiocomunicatii au primit numele de unde hertiene.Dupa lungimea lor de una sau dupa frecventa lor,undele hertiene au fost impartite in mai multe grupe astfel: microunde,peste 30000 MHz,1cm aprox 01 mm unde centrimetice,3000-30000 MHz,10cm la 1cm unde decimetrice,300-3000 MHz,1m la 10cm unde ultrascurte(metrice),30-300 MHz,10m la 1m unde scurte,6-30 MHz,50m la 10m unde intermediare,1500-6000KHz,200m la 50m unde medii,400-1500 KHz,750m la 200m unde lungi,150-400 KHz,2km la 750m unde foarte lungi,10-150 KHz,30km la 2km In propagarea lor,undele electromagnetice se pot reflecta.Ele sunt reflectate mai ales de suprafata metalelor,a pamantului,de apa oceanelor etc. Undele scurte sunt reflectate de ionosfera.Pentru undele scurte si foarte scurte,folosite in televiziune si in radar se construiesc reflectoare metalice cu dimensiuni de ordinul lungimilor de una.Ele concentreaza undele electromagnetice intr-o anumita directie.Undele lungi si medii pot ocoli obstacole foarte mari si chiar munti.Undele scurte si ultrascurte se propaga practic rectiliniu.De aceea,pentru televiziune sunt necesare posturi de retransmisie.

3. Radioemisie3.1 RadiocomunicatiaPrin radiocomunicatii se intelege transmiterea si receptionarea la distanta a unor informatii,prin intermediul undelor electromagnetice. Pentru realizarea radiocomunicatiei sunt necesare,pe de o parte instalatii de emitere a undelor electromagnetice,numite radioemitatoare,iar pe de alta parte instalatii pentru receptionarea semnalelor electromagnetice,numite radioreceptoare. Fiecare radioemitator emite unde electromagnetice de o anumita frecventa. Pentru a receptiona semnalele unui anumita emitator,receptorul trebuie acordat pentru aceiasi frecventa.Radioemitatoarele pot lucra pe o gama de unde foarte variabila,de la undele lungi(kilometrice) pana la undele centimetrice.Pentru radiodifuziune se folosesc undele lungi,medii si scurte,iar pentru televiziune undele metrice(ultrascurte)

Turn radio

3.2 ModulatiaSemnalele folosite in radiocomunicatii sunt,in general,mai complexe decat cele telegrafice.Astfel de semnale sunt de exemplu sunetele ce trebuie transmise in radiodifuziune.Un sunet simplu reprezinta o oscilatie sinusoidala, de frecventa mai joasa decat a undelor hertiene folosite in radiocomunicatii.Domeniul frecventelor oscilatiilor sonore se numeste domeniu de audiofrecventa sau de joasa frecventa.Frecventele undelor purtatoare ale semnalului se numesc inalte frecvente.

3.3 Banda de frecvente a undelor modulateExperienta si teoria arata ca o unda modulata in amplitudine se descompune in trei unde simple sinusoidale,de frecvente diferite.Daca se noteaza cu f0 frecventa undei nemodulate si cu F frecventa semnalului de audiofrecventa,cele trei unde componente au frecventele: f0,f0-F si f0+F.

4. Radioreceptie4.1 Functionarea radioreceptoruluiSemnalele electromagnetice sunt receptionate de aparate speciale, numite radioreceptoare.Radioreceptorul transforma semnalul de inalta frecventa in semnale de audiofrecventa,pe care le aplica unui difuzor sau unei casti telefonice.Semnalele receptionate cu cel mai simplu radioreceptor sunt de foarte mica putere,de aceea in casca se pot auzi numai posturile emitatoare apropiate.

Radioreceptor

5. Radiolocatie5.1 PrincipiulRadiolocatia(radarul) este determinarea pozitiei unui obiect in spatiu cu ajutorul undelor electromagnetice reflectate.In principiu,un radiolocator consta dintr-un emitator care transmite in spatiu un fascicul de unde electromagnetice si dintr-un receptor,care receptioneaza undele reflectate de obstacole intalnite.Emitatorul radiolocatorului emite in impulsuri,adica trenuri de unde(separate prin pauze).In timpul pauzelor de emisie,antena radiolocatorului se cupleaza cu receptorul si receptioneaza undele reflectate. Intervalul de timp foarte scurt dintre emiterea unui tren de unde si receptionarea lui dupa reflexie se masoara cu ajutorul unui oscilograf cataic.

5.2 Aplicatiile radiolocatieiRadiolocatia s-a dezvoltata initial in scopuri militare,pentru detectarea avioanelor si vaselor.Ea a gasit insa si numeroase aplicatii pasnice.Navigatia aeriana si maritima a devenit mult mai sigur prin folosirea radiolocatoarelor. Avioanele sau vapoarele au la bord instalatii de radiolocatie,cu ajutorul carora se orienteaza pe timp de vizibilitate redusa.Un alt domeniu in care radiolocatia si-a gasit importante aplicatii este meteorologia.Cu ajutorul radiolocatoarelor se poate determina pozitia norilor,ceea ce da posibilitatea prevederii ploilor, furtunilor etc.

Principiul radiolocatiei

Bibliografie: Fizica ( N.Stanescu,T.Popescu)