sprawko E4a, Fizyka, Laboratoria, Sprawozdania

Laboratorium fizyki CMF PŁ

Dzień ............ godzina................ grupa T-1/5

Wydział Mechaniczny

semestr II rok akademicki 2005/2006

0x08 graphic

ocena _____

Cele ćwiczenia:

Zapoznanie się ze zjawiskiem optyki mikrofalowej
Wyznaczenie charakterystyki fizycznej fal elektromagnetycznych
Obserwacja wpływów zmian czynników otoczenia na zachowanie się mikrofal
Wyciągnięcie wniosków wykonanego ćwiczenia

Równania Maxwella pozwalają nam udowodnić istnienie fal elektromagnetycznych. Zmienne pole elektromagnetyczne powstałe w jednorodnym i izotropowym ośrodku, z dala od źródeł wytwarzających inne pola elektromagnetyczne spełnia równania falowe. Pole to ulega rozprzestrzenianiu i podlega wszelkim zjawiskom falowym jak dyfrakcja czy interferencja. Wnioskując w takim przypadku pole elektromagnetyczne może istnieć w postaci fal. Prędkość fazowa fal elektromagnetycznych wyraża się wzorem:

Fale elektromagnetyczne są zgodnie z teorią Maxwella falami poprzecznymi tzn. wektory fal elektrycznej i magnetycznej są do siebie prostopadłe i leżą na jednej płaszczyźnie prostopadłej do wektora prędkości fazowej V.

Ćwiczenie składa się z dwóch części:

Część wstępna - badanie układu doświadczalnego
Część właściwa - badanie zjawiska polaryzacji mikrofal

Opis stanowiska pomiarowego:

0x08 graphic

Długość fali mikrofal generowanych z nadajnika zestawu laboratoryjnego wynosi 8 = 2,85cm, co odpowiada częstości 10,525GHz.

Część wstępna.

Badanie wpływu oddalenia źródła lub zmiany kąta między źródłem a odbiornikiem na wartość pomiaru miernika.

R (cm)	Wskazania miernika (M)	MxR (cm)	MxR² (cm²)
30	1	30	900
40	0,86	34,4	1376
50	0,62	31	1550
60	0,44	26,4	1589
70	0,32	22,4	1586
80	0,24	19,2	1536
90	0,20	18	1620

Wniosek:

Odczyty miernika są w przybliżeniu odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odległości między miernikiem a nadajnikiem.

Część właściwa

Mikrofale są umownie wydzielonym przedziałem widma elektromagnetycznego o zakresie długości: 1mm-30cm (częstotliwość 1-300 GHz). Taki zakres umożliwia nam łatwą analizę zjawisk falowych, np. polaryzacji.

Niespolaryzowane mikrofale charakteryzują się całkowicie przypadkowym położeniem wektorów pola elektrycznego lub magnetycznego. Jeżeli istnieje dominujący kierunek wektora natężenia to wtedy mówimy o częściowej polaryzacji. Falą całkowicie spolaryzowaną jest fala, której wektor natężenia drga w ściśle określonym kierunku.

0x08 graphic
Promieniowanie mikrofalowe jest liniowo spolaryzowane wzdłuż osi diody emisyjnej.

Pomiar wpływu zmiany kąta odchylenia nadajnika na zmianę wartości wskazanej przez odbiornik

Kąt odbiornika	Wskazanie miernika I	Kąt odbiornika	Wskazanie miernika I	Kąt odbiornika	Wskazanie miernika I
0 ^o	1	70^o	0,04	140^o	0,44
10^o	0,98	80^o	0,01	150^o	0,66
20^o	0,92	90^o	0	160^o	0,84
30^o	0,78	100^o	0	170^o	0,96
40^o	0,58	110^o	0,02	180^o	1
50^o	0,36	120^o	0,08	190^o	0,98
60^o	0,18	130^o	0,22	200^o	0,90

0x08 graphic

Wnioski:

Wskazanie miernika jest proporcjonalne do wartości natężenia mikrofal. Zatem miernik może mierzyć natężenie fal.

Ustawienie polaryzatora	Wskazanie miernika I
0^o (poziome)	1
22,5^o	0,90
0,45^o	0,50
67,5^o	0,05
90^o	0

Zmiana kąta nachylenia odbiornika względem nadajnika wpływa na wielkość natężenia fali padającej. Im bliżej prostopadłości Szczelin nadajnika i odbiornika, tym słabsze natężenie

Badanie wpływu zmiany obrotu odbiornika na wartość odczytu

Wnioski:

Odczyt miernika zmniejsza się wraz z kątem, pod jakim ustawiono polaryzator
Szczeliny polaryzatora Ustawione pod pewnym kątem mają wpływ na natężenie mikrofal

Zależność pomiędzy ustawieniem płytki polaryzacyjnej a wartością natężenia mikrofal

Ustawienie polaryzatora	Wskazanie miernika I
Poziomo	0
Pionowo	0
45^o	0,16

Wnioski:

Polaryzator ustawiony pionowo bądź poziomo, do ustawionych prostopadle względem siebie nadajnika i odbiornika nie wpływa na zmianę kierunku wektora natężenia fali elektromagnetycznej
Ustawienie polaryzatora pod kątem umożliwia częściową polaryzacje fali i możliwy jest odczyt.