Ті, що біжать хвилі в лініях

Дротова лінія або будь-який провід є електричним колом з розподіленими параметрами. На відміну від електричних кіл із зосередженими параметрами, в яких індуктивність зосереджена в котушках, а ємність - в конденсаторах, у ліній кожну ділянку проводу має ємність, індуктивністю і активним опором. Ці параметри в лінії розподілені уздовж всього проводу.

Електричні ланцюги з зосередженими параметрами зазвичай мають малі розміри в порівнянні з довжиною хвилі.
Напруга і струм в них поширюються за проміжки часу, у багато разів менші, ніж період коливань.

Тому процеси в таких ланцюгах розглядаються тільки в часі. А лінії мають довжину такого ж порядку, як довжина хвилі, і час поширення струму і напруги в них виходить такого ж порядку, що і період коливань. Внаслідок цього в лініях доводиться вивчати процеси не тільки в часі, але і в просторі.

Рис.1 - Та, що біжить хвиля в лінії

Лінії, що служать для передачі електромагнітних коливань високої частоти, прийнято називати довгими лініями, на відміну від коротких ліній, довжина яких багато менше довжини хвилі. З цієї точки зору лінія електропередачі довжиною 100 км, що працює на частоті 50 гц, є короткою, так як при такій низькій частоті довжина хвилі становить 6000 км. Зате лінія, що має довжину 1 м, при частоті 100 Мгц вважається довгою, бо довжина хвилі в цьому випадку дорівнює 3 м. У радіотехніці доцільно вимірювати довжину ліній нелінійно заходами, а довжиною хвилі. Тоді відразу ясно, що лінії, які мають довжини 1/4 (ламбда), 1/2 (ламбда), 2 (ламбда), 5 (ламбда) і т.д. тобто порівнянні з довжиною хвилі, є довгими.

Слід уточнити поняття про поперечних розмірах лінії. Прийнято вважати лінією тільки таку систему з двох паралельних проводів, яка має поперечні розміри, т. Е. Відстань між проводами і товщину проводів, багато менше довжини хвилі.

Коли до лінії підключений генератор змінної ЕРС (рис.1), то вздовж лінії рухається хвиля, що біжить. Вона являє собою поширення електромагнітного поля в одному напрямку, в даному випадку від генератора до кінця лінії. Швидкість поширення хвилі, що біжить уздовж лінії визначається за формулою

де L1 і С1 - погонні індуктивність і ємність лінії, т. е. індуктивність і ємність, виражені в генрі і Фарада на одиницю довжини.

Величини L1 і С1 залежать від конструкції лінії. Чим більше поверхня проводів лінії і чим менше відстань між ними, тим більше погонне ємність С1 і тим менше погонне індуктивність L1. Зазвичай L1 має порядок одиниць мікрогенрі на метр, а С1 становить кілька пикофарад на метр.

Для повітряної лінії, між проводами якої ізолятором є повітря, твір L1C1 завжди має значення - 1 / (с - в квадраті), де с - швидкість світла в безповітряному просторі, що дорівнює 3 * 10 (в 8 ступеня) м / сек. Тому v - с, т. Е. Швидкість поширення хвиль, що біжать уздовж повітряної лінії дорівнює швидкості світла. У такій лінії при зміні ємності С1, наприклад, шляхом зміни діаметра проводів або відстані між ними індуктивність L1 завжди змінюється у зворотний бік, так що твір L1C1 залишається постійним, а отже, і швидкість поширення в будь-якому випадку дорівнює 3 * 10 (в 8 ступеня ) м / сек.

При наявності твердої ізоляції між проводами або ізоляторів, що підтримують проводи, швидкість v зменшується. Дійсно, якщо між проводами є діелектрик, то погонне ємність зросте, але індуктивність не зміниться; твір L1C1 збільшиться і швидкість поширення v зменшиться,
Залежність швидкості поширення від діелектричної та магнітної проникності середовища, що оточує дроти, визначається формулою, наведеною в попередньому параграфі.

При поширенні біжучої хвилі уздовж лінії в проводах виникла підозра електронів, яке передається далі, захоплюючи нові, більш віддалені ділянки лінії. Уздовж лінії поширюються змінний струм і змінну напругу. У кожній точці дроти струм і напруга (щодо іншого проводу або щодо землі) змінюються в часі. Але разом з тим коливальний процес передається вздовж лінії від одних її точок до інших.

Біжучий хвилю, яка була поширення механічних коливань, можна наочно отримати на досвіді з довгою мотузкою. Якщо один її кінець прив'язати, а інший струснути, то по мотузці «пробіжить» хвиля.

Поширення біжучої хвилі можна зобразити графічно. Розглянемо такий графік для одного проводу. В іншому проводі відбувається такий же процес зі зворотним фазою. Приймемо провід за нульову вісь і будемо в деякому масштабі відкладати під прямим кутом до проводу величину напруги. Тоді хвиля, що біжить для різних моментів часу може бути зображена так, як показано на (рис.1).

Нехай в момент включення напруга генератора має амплітудне значення. Так як в цей момент хвиля ще не встигла поширитися уздовж дроту, то ніякої напруги і струму в лінії ще немає (рис.1 а). Через чверть періоду хвиля пошириться на відстань, рівну чверті довжини хвилі, і амплітуда напруги буде на такому ж відстані від генератора. Але на самому початку лінії в цей момент напруга вже дорівнює нулю (рис.1 б), так як до цього часу до нуля зменшилася напруга генератора. Ще через чверть періоду напруга генератора, т. Е. На початку лінії, знову стане найбільшим, але з протилежним знаком, а хвиля пройде уздовж лінії відстань, рівну 1/2 (ламбда) (рис.1 в). На (рис.1 г, і, д) показано розподіл напруги в лінії в моменти часу t = 3/4 T і t = Т після початку процесу. Крім того, на (рис.1 д) штрихом зображено розподіл напруги для кількох наступних моментів.

Треба пам'ятати, що при такому графічному зображенні хвилі вздовж горизонтальній осі відкладено не на часі, а відстань. Кожна синусоїда, показана на (рис.1), зображує розподіл напруги уздовж лінії для деякого моменту часу. Для наступного моменту крива буде зміщена уздовж осі, так як хвиля поширюється від генератора. Можна показати графічно зміна напруги у часі для будь-якої точки лінії. Воно також зображується синусоїдою, але уздовж горизонтальної осі має бути відкладено час. Це буде графік коливання, а не біжучої хвилі.

При біжить хвилі зміни струму і напруги співпадають по фазі. Якщо в будь-якій точці лінії в даний момент напруга найбільше, то і струм найбільший, а через чверть періоду в цій точці і струм і напруга дорівнюватимуть нулю. Тому криві на (рис.1) разом з тим зображують в іншому масштабі та розподіл струму.
Напруга (різниця потенціалів) пов'язано з наявністю електричного поля, а струм завжди супроводжується магнітним полем. У тому місці лінії, де напруга найбільше, і електричне поле найбільш сильне, а магнітне поле сильніше всього там, де струм має найбільше значення. Так як у біжучої хвилі струм і напруга співпадають по фазі, то зміни електричного і магнітного полів також збігаються по фазі. На (рис.2) показані електричне та магнітне поля для поперечного розрізу лінії і розподіл цих полів уздовж лінії. Ясно, що криві на (рис.1) показують розподіл уздовж лінії не тільки напруги і струму, але також електричного і магнітного полів.

Для кожної лінії відношення амплітуди напруги біжучої хвилі Um до амплітуди струму біжучої хвилі Im або ставлення їх діючих значень (U, I) є постійною величиною. Вона називається хвильовим опором лінії Zo і залежить від конструкції лінії.

Рис.2 - Електричне і магнітне поля в лінії

Чим більше ємність лінії, тим більше струм, що виникає в ній під дією даного напруги, подібно до того, як зростає зарядний струм конденсатора при збільшенні його ємності. А при збільшенні індуктивності лінії струм зменшується за рахунок зрослого протидії ЕРС самоіндукції. Звідси випливає, що хвильовий опір зменшується при збільшенні ємності лінії і зростає при збільшенні її індуктивності. Математично це висловлює формула

У ліній з двох однакових паралельних проводів величина Zo зазвичай становить сотні ом. При збільшенні діаметра проводів і зменшенні відстані між ними С1 зростає, а L1 зменшується, і тому Zo також зменшується.

Так як напруга і струм в біжучому хвилі збігаються по фазі, то хвильовий опір слід вважати активним. Потужність біжучої хвилі також є активною і визначається формулою

Для отримання режиму біжучої хвилі потрібно в кінці лінії включити активний опір R, рівне хвильовому опору 20 (рис.3). Тоді вся потужність біжучої хвилі поглинається в цьому опорі і енергія весь час безповоротно йде від генератора. У цьому випадку говорять, що лінія узгоджена з опором навантаження.

Важливою величиною є вхідний опір лінії Zвх, т. Е. Опір лінії для живильного генератора.

Воно дорівнює відношенню напруги і струму на початку лінії. Залежно від значення Zвх генератор працює в тому чи іншому режимі і віддає в лінію більшу чи меншу потужність. Для режиму біжучої хвилі вхідний опір є активним і одно хвильовому опору лінії:

У кожній лінії є втрати енергії. Тому амплітуди струму і напруги біжучої хвилі в міру віддалення її від генератора зменшуються, т. Е. Хвиля при своєму поширенні уздовж лінії загасає. Існує ряд причин, що викликають втрати енергії в лінії. Струм нагріває дроти. Змінне електричне поле нагріває ізолятори. Частина енергії йде з випромінюваними в простір електромагнітними хвилями. У провідниках,

Рис.3 - Навантаження лінії для отримання режиму біжучих хвиль

розташованих поблизу лінії, наприклад в землі, другіхлініях, металевих дахах і т.д. під дією електромагнітного поля лінії индуктируются струми, які створюють витрата енергії. В ізоляторах виникають струми витоку, а при високій напрузі спостерігається стікання електричних зарядів в повітря, що супроводжується світінням (явище «корони»).

У правильно побудованих ліній в режимі біжучої хвилі втрати енергії незначні, так що ними в багатьох випадках нехтують. Теорія роботи такої ідеальної лінії набагато простіше, ніж теорія процесів в лінії з втратами. Практично коефіцієнт корисної дії (ККД) лінії, що дорівнює відношенню потужності в кінці лінії до потужності в її початку, при режимі біжучої хвилі виходить досить високим (близько 80-95%) навіть при значній довжині лінії. Далі, якщо немає застережень, ми будемо розглядати ідеальні лінії.

Чи знаєте Ви, що, коли деякі дослідники, які намагаються примирити релятивізм і ефірну фізику, кажуть, наприклад, про те, що космос складається на 70% з "фізичного вакууму", а на 30% - з речовини і поля, то вони впадають в фундаментальне логічне протиріччя. Це протиріччя полягає в наступному.

НОВИНИ ФОРУМУ
Лицарі теорії ефіру

Про це Корнілов написав на своїй сторінці в соцмережі.

За словами Корнілова, тоді його повідомлення було сприйнято з недовірою.

Тепер же Сміла Корнілов вирішив повернутися до цієї теми, в зв'язку з чим публікує у себе в фейсбуці фотографії загадкових ізраїльтян, які брали участь в одеській бійні.

Серед безлічі питань, на які Корнілов, за його словами, хотів би отримати відповідь, наприклад, такі:

«Чому вони випадково розгулювали по Одесі з медичним спорядженням, в гумових рукавичках, звідки вони знали заздалегідь про те, що будуть поранені й убиті? Або чому цей боєць раптом різко забув англійську, коли зрозумів, що його записують? ».

Води озер, морів і океанів північного по --------- Лушар обертаються проти годинникової -з-т - р-е-л-к-і, а води південного полушарія- в-ра - ща-ють -ся- по- ч-асів стрілкою, - обра-зуя- -гіг-ант-скі-е вод-ово-роти.

Основною причиною обертання вирів є місцеві вітру.
І чим вище швидкість вітрів тим вище швидкість обертання вирів і як наслідок, вище відцентрова сила вирів, завдяки чому підвищується рівень вод морів і океанів.
А чим нижче відцентрова сила вирів, тим нижче рівень вод морів і океанів.

Швидкість течій, по периметру морів і океанів не скрізь однакова і залежить від глибини узбережжя. У мілководній частині моря швидкість течій збільшується, а в глибоководній частині моря зменшується.
Сезонні коливання рівня вод спостерігаю-ться не по всьому узбережжю морів і океан-ів, а тільки в тих узбережжях де висока кутова швидкість течій і як наслідок, висока відцентрова сила води. (Відцентрова сила F = v / r).
На прямолінійних узбережжях, де течії не мають кутовий швидкістю, рівень вод не підвищується.