Circuit oscilant deschis (Antena)

Antena este un fir conductor de lungime l pe care sunt distribuite unform pe fiecare metru de lungime o inductanta L≈2μH si o capacitate C ≈5pF, putand fi asemanata cu un dipol electric a carui lungime variaza in timp sinusoidal.

Oscilatiile electrice din circuitul inchis se transmit antenei, unde electronii sunt accelerati, Aceste sarcini in miscare rectilinie neuniforma radiaza in jur energie sub forma de unde electromagnetice.

Antenele se pot clasifica in functie de lungime, astfel:

1. dipol semiunda l=λ/2 unde λ=νT= ν2π√L_aC_a= λ2π√LC ;
2. dipol sfert unda l=λ/4

Observatii

• In antena oscileaza sarcina electrica, intensitatea curentului si potentialul electric
• Micsorarea lungimii de unda a antenei se face inseriind cu antena un condensator (variabil)
• Marirea lungimii de unda a antenei se face prin conectarea in serie cu antena a unei inductante variabile

Proprietati

• Undele hertziene nu manifesta propagare rectilinie (cu exceptia celor avand ν > 50 MHz, folosite in TV: UHF, VHF) descriptibila prin raze, datorita lungimilor mari de unda; fenomenele de difractie se manifesta si cand sunt intalnite obstacole de dimensiuni mari (cladiri, forme de relief, etc.).
• Undele hertziene sunt intotdeauna coerente
• Se propaga in vid cu c=3✗10⁸  m/s si nu necesita pentru propagare niciun purtator de material (spre deosebire de undele mecanice).
• Sunt prezente fenomenele de reflexie, refractie, interferenta, difractie si polarizare.
• Undele hertziene nu se propaga in medii conductoare.

Difractia luminii

Este fenomenul care consta in ocolirea unui obstacol de catre lumina aunci cand dimensiunile obstacolului sunt comparabile cu lungimea de unda a radiatiei. Difractia este insotita de interferenta.

Dispozitivul utilizat pentru studiul difractiei se numeste retea de difractie si consta intr-un sistem de fante dreptunghiulare, foarte inguste si foarte apropiate una de alta.

Fenomenul de difractie apare si in cazul undelor mecanice (ex: pentru undele sonore a caror lungime de unda este de ≅2m)

Distributia intensitatii luminii in franjele de difractie poate fi ecplicata folosind ipoteza lui Fresnel (1812) comform careia undele elementare emise de surse secundare ale frontului de unda comform principiului lui Huygens pot produce la intalnirea lor maxime si minime de interferenta.

L/N = l  constanta retelei

In cazul unui fascicul paralel lumina cade sub ungiul de incidenta 0 pe retea dar in cazul interferentei undele ajung pe ecran sub un unghi α.

Conditia de maxim de interferenta va fi:

l✗sinα = k✗λ , k=1,2,3..

Se obtin astfel maxime principale de interferenta iar intre ele o serie de maxime secundare foarte slabe dar deschiderile retelei (fantele) fiind foarte inguste produc si difractia luminii: pe un ecran se va obtine o distributie de lumina rezultata prin suprapunerea unui fenomen de interferenta multipla cu un fenomen de difractie produs de cele N fante.

Interferenta luminii

Experimentul lui Young

Figura, imaginea de interferenta este formata dintr-o alternanta de benzi luminoase sau intunecate echidistante numite franje.

Cand suprapunerea undelor de lumina conduce la un maxim de iluminare interferenta se numeste constructiva. Daca se duce la anularea amplitudinilor -> interferenta distructiva.

Distanta dintre doua maxime sau minime consecutive pe figura de interferenta se numeste interfranja si se poate determina; ea depinde de mai multi factori printre care si distanta de la sursa la ecran.

Fenomenul de interferenta nu este observabil in mod curent, de exemplu in cazul unei suprafete iluminate de 2 sau mai multe becuri; conditiile ca interferenta produsa de 2 surse sa se observe ar fi:

• cele 2 surse sa aiba aceeasi frecventa; acest lucru nu se intampla deoarece becurile emit si lumina alba ceea ce presupune un spectru mare de frecventa
• interfranja obtinuta ar avea ordin de marime mic 0,01 mm pentru lumina cu λ=550 nm la o distanta a sursei de 2 m fata de ecran
• daca undele care se insumeaza ajung pe ecran in fiecare moment cu alta diferenta de faza, atunci in punctul respectiv amplitudinea undei rezultante s-ar modifica foarte rapid

Refractia luminii

Refractia luminii reprezinta fenomenul de schimbare a directiei de propagare a radiatiei luminoase incidente la trecerea dintr-un mediu omogen in alt mediu.

Legile refractiei:

1. Raza incidenta, normala si raza refractata sunt in acelasi plan.
2. sin i/sin r^’ = constant

Se numeste indice de refractie al unui material sau mediu raportul :

n= c/v  c – viteza luminii in vid, v – viteza luminii in acel mediu

• caracterizeaza din punct de vedere optic mediile
• stabileste densitatea mediului

Indicele de refractie relativ – este raportul dintre indicele de refractie al mediului respectiv si indicele de refractie al vidului

• pt refractie n₁=c/v₁ , n₂=c/v₂

Legea I

sin i/sin r^’=n₂/n₁=v₁/v₂

n₂₁=n₂/n₁ -> acest raport constant este numit indice de refractie al mediului al doilea fata de primul

Legea II

n₁×sin i=n₂×sin r^’

SI – raza incidenta

SR- raza reflectata

SR’- raza refractata

NI – normala la suprafata

i – unghiul de incidenta

r – unghiul de reflexie

r’- unghiul de refractie

Sup – suprafata de separare

S – sursa

Reflexia luminii

Este schimbarea directiei de propagare a luminii la separarea dintre 2 medii diferite. Suprafetele lucioase reflecta cel mai bine lumina.

Legile reflexiei:

1. S, N si R se afla in acelasi plan.
2. Unghiul de incidenta este egal cu unghiul de reflexie.

Reflexie difuza:

• Razele paralele se vor reflecta in toate directiile sub unghiuri diferite

SI – raza incidenta

SR- raza reflectata

NI – normala la suprafata

i – unghiul de incidenta

r – unghiul de reflexie

Sup – suprafata de separare

S – sursa

Elemente de circuit in curent alternativ comparativ cu circuite de curent continuu

1. rezistor, <I>= Ω (ohm)

2. condensator, <C>= farad (F) 

3. bobina, <L>= henry (H)

 

1. Comportamentul rezistorului in curent alternativ

• Si in circuitele de curent continuu si in cele de curent alternativ, rezistenta produce un efect Joule si de asemenea nu introduce defazaj intre marimile U si J (tensiunea electrica alternativa si intensitatea curentului care oscileaza in faza)
• Efect Joule: la trecerea curentului prin conductor se degaja caldura (efect termic) datorita faptului ca electronii se ciocnesc intre ei

I_max=U_max/R  sau  I=U/R , R – factor de proportionalitate

2. Prezenta unui condensator in c.a introduce o rezistenta aparenta la trecerea curentului prin circuit si de asemenea defazeaza tensiunea in urma intensitatii curentului cu π/2 (U ramane in urma fata de I).

Expresia reactantei capacitive:

X_c= 1/ω×c  -> <Xc>= Ω (ohmi) , ω= 2π ν

3. Prezenta unei bobine in c.a introduce o rezistenta aparenta numita reactanta inductiva (X_L) si de asemenea defazeaza tensiunea inaintea intensitatii cu π/2.

X_L=ω✗L , L – inductanta bobinei

Inductanta: fenomenul de autoinductie apare in orice circuit in care are loc o variatie a intensitatii curentului prin circuit si deci fluxul magnetic propriu prin suprafara circuitului este valabil in timp.

I=Ø/L , Ø – fluxul magnetic, <Ø>=weber (Wb)