Лекция Электромагнитные колебания и волны. Основные понятия и определения. Колебания. Гармонические колебания.

    Скачать с Depositfiles 

                                 Лекция 3

3 Электромагнитные колебания и волны. Основные понятия и определения

Рисунок 0 – Модель измерительного процесса

3.1 Колебания

Колебания являются источником волн. Но колебания не передают энергию, а только преобразует ее из одной формы в другую. Волны же переносят энергию в пространстве от точки к точке.

Природа колебаний может быть разной: механические, акустические, электромагнитные и т.д.

Волны могут распространяться в разной среде: в веществе, в воде, в воздухе и даже в вакууме. В вакууме распространяются электромагнитные волны.

Начнем с колебаний, поскольку колебания являются источником волн.

3.1.1 Гармонические колебания

Среди множества колебательных процессов особое место занимают периодические колебания, которые описываются следующим равенством:

(3.1)

где  — колеблющаяся величина; — время; — любое целое число; — некоторый наименьший промежуток времени, через который повторяются значения всех физических величин, характеризующих колебательное движение [1]. Этот промежуток времени называется периодом колебания.

Пример периодической функции, описывающей периодическое колебание, показан на рис. 3.1 [2].

Рис. 3.1 – Периодическая функция

Обратная периоду величина

(3.2)

выражает число колебаний в единицу времени и называется частотой.

Простейшим, но практически важнейшим случаем периодических колебаний являются гармонические (синусоидальные) колебания, описываемые уравнением

 

(3.3)

либо

. (3.4)

Эти колебания изображены на рис. 3.2.

Рис. 3.2 – Синусоидальные и косинусоидальные колебания

В записанных уравнениях входящие в них величины имеют следующие наименования:

— величина  называется амплитудой колебания, амплитуда – это наибольшее отклонение от положения равновесия;

— величина  называется угловой или круговой частотой; круговая частота связана с периодом или частотой колебаний следующим соотношением

 , (3.5)

— величина  или  называется начальной фазой.

Эти три параметра полностью характеризуют гармоническое колебание.

Аргумент синусоидальной или косинусоидальной функции, т.е. величину

 , (3.6)

называют текущей или мгновенной фазой колебания или просто фазой колебания.

Фаза колебания – это смещение периодических колебаний одной частоты относительно друг друга по времени. Смещение по времени выражается в долях периода, а сдвиг или разность фаз – в угловых единицах. (показать файл 01)

Если колебания распространяются вдоль некоторой прямой со скоростью , то характеристики колебания в точке, находящейся на расстоянии  от точки начала колебаний, будут находиться в следующей зависимости:

(3.7)

Из вышесказанного следует, что колебательный процесс характеризуется тремя параметрами: амплитудой, частотой и начальной фазой. Процесс изменения этих параметров называется модуляцией (амплитудной, частотной, фазовой).

 

    Скачать с Depositfiles