Základní škola a Mateřská škola Bílá Třemešná, okres Trutnov Škola pro 21. století Autor: Mgr. Petr Tomek Datum/období: podzim 2013 Číslo projektu: CZ.1.07/1.4.00/21.3315 Téma sady: Elektrický proud Název: VY_32_INOVACE_Elektromagnetické kmitání a vlnění

Elektromagnetické kmitání a vlnění

Opakování – Mechanické kmitání Mechanický oscilátor je zařízení, které volně (bez vnějšího působení) kmitá (kolem rovnovážné polohy) Příklady: těleso na pružině, kyvadlo, struna, gong, píšťala (kmitá vzduchový sloupec), … Obr. 1

Opakování – Mechanické kmitání Při mechanickém kmitání se pravidelně mění potenciální energie oscilátoru na kinetickou energii a naopak Doba jednoho kmitu se nazývá perioda (značka: T, jednotka: s) Počet kmitů za jednu sekundu se nazývá frekvence (značka: f, jednotka: Hz - hertz) Pokud je časovým diagramem okamžité výchylky sinusoida nazývá se oscilátor harmonický. Běžné kmitání je tlumené. Obr. 3 Obr. 2

ELEKTROMAGNETICKÉ kmitání Obr. 4 Kondenzátor a cívka tvoří tzv. oscilační obvod (kmitavý LC obvod) V prvním kroku nabijeme kondenzátor Při vybíjení kondenzátoru prochází proud obvodem (i cívkou) a v okolí cívky vzniká magnetické pole Když přestane proud obvodem procházet proud zaniká i magnetické pole v okolí cívky – tyto změny způsobí vznik indukovaného proudu, který opět nabije kondenzátor (s opačnou polaritou než na začátku) V druhé polovině periody probíhá vše znovu (jen s opačnou polaritou)

ELEKTROMAGNETICKÉ kmitání Při mechanickém kmitání se pravidelně mění potenciální energie oscilátoru na kinetickou energii a naopak Při elektromagnetickém kmitání se pravidelně mění energie elektrického pole kondenzátoru na energii magnetického pole cívky a naopak Pokud oscilačnímu obvodu pravidelně nedodáváme energii je kmitání tlumené. Obr. 5

ELEKTROMAGNETICKÉ kmitání Ladící obvody v televizních a rozhlasových přijímačích Elektronické hodinky, stopky, budíky Počítače, mobilní telefony, …

Opakování – Mechanické VLNĚNÍ Podstatou mechanického vlnění je přenos kmitání látkovým prostředím. Šíření vln není spojeno s přenosem látky. Vlněním se přenáší energie. Např. kruhy na vodní hladině se šíří od zdroje vlnění, ale klacek ležící na hladině se nevzdaluje ze své původní polohy, pouze kmitá nahoru-dolů. Vlnění vzniká v látkách všech skupenství díky vazebným silám mezi částicemi látky (tzv. pružné prostředí). Existují 2 druhy vlnění: podélné a příčné Při podélném vlnění kmitají částice kolem svých rovnovážných poloh ve směru šíření vlnění (např. zvuk) Při příčném vlnění kmitají částice kolem svých rovnovážných poloh ve směru kolmém k šíření vlnění (např. vlny na vodní hladině) Vzdálenost dvou nejbližších bodů, které kmitají se stejnou fází, se nazývá perioda (značka: 𝜆, jednotka: m) Obr. 6

ELEKTROMAGNETICKÉ VLNĚNÍ Obr. 7 James Clerk Maxwell (skotský matematik a fyzik 19. stol.) Obecný matematický popis elektromagnetického pole (Maxwellovy rovnice) – možnost existence elektromagnetických vln Zařízení kolem kterých se šíří a pomocí kterých přijímáme elektromagnetické vlny nazýváme vysílače a přijímače nebo antény Obr. 8 Obr. 9 Obr. 10

ELEKTROMAGNETICKÉ VLNĚNÍ Obr. 11 Elektromagnetické vlnění je příčné vlnění Změny elektrického a magnetického pole probíhají v navzájem kolmých směrech (a zároveň kolmo ke směru šíření vlnění) Elektrická a magnetická vlna se šíří společně, jsou neoddělitelné Šíří se stejnou rychlostí jako světlo (ve vakuu c = 300 000 000 m/s) Vztah mezi frekvencí vlnění a vlnovou délkou: 𝜆= 𝑐 𝑓 𝑓= 𝑐 𝜆

ELEKTROMAGNETICKÉ VLNĚNÍ U elektromagnetického vlnění se projevují všechny vlnové vlastnosti stejně jako u mechanického vlnění: odraz, lom, ohyb Obr. 13 Obr. 12 Obr. 14 Obr. 15

Co jsme se dozvěděli? Zopakovali jsme, co víme o mechanickém oscilátoru, mechanickém vlnění a veličinách, které je popisují Co je oscilační LC obvod Jak probíhají přeměny energie v elektromagnetickém oscilátoru Jaké je využití oscilačních obvodů Co je elektromagnetické vlnění Jak se elektromagnetické vlnění šíří prostředím

Závěrečné opakování Následující test se skládá z 5 uzavřených otázek Každá otázka nabízí 3 možné odpovědi Právě jedna odpověď je správná Jestli jste odpověděli správně, se dozvíte po kliknutí na odpověď Hodně štěstí …

Oscilační obvod tvoří: cívka a rezistor rezistor a kondenzátor cívka a kondenzátor

Počet kmitů za jednu sekundu se nazývá: perioda frekvence vlnová délka

S elektromagnetickým kmitáním se nesetkáme: v televizních přijímačích v digitálních hodinkách v žehličkách

Vlnová délka elektromagnetického vlnění s frekvencí 3 MHz je 1 km 1 m 1 mm

Přímá viditelnost mezi vysílačem a přijímající anténou je nutná pro příjem: dlouhých vln velmi krátkých vln středních vln

Použité zdroje Použitá literatura: RAUNER, Karel; HAVEL, Václav; RANDA, Miroslav. Fyzika 9 učebnice pro základní školy a víceletá gymnázia. Plzeň: Fraus, 2007, ISBN 978-80-7238-617-8. RAUNER, Karel; HAVEL, Václav; RANDA, Miroslav. Fyzika 9 pracovní sešit pro základní školy a víceletá gymnázia. Plzeň: Fraus, 2007, ISBN 978-80-7238-619-2. Jiné zdroje: Obr. 1 – AUTOR NEUVEDEN. kvinta-html.wz.cz [online]. [cit. 8.12.2013]. Dostupný na WWW: http://kvinta-html.wz.cz/fyzika/mechanicke_kmitani_a_vlneni/kmitani_mechanickeho_oscilatoru/kmitavy_pohyb.htm Obr. 2 – AUTOR NEUVEDEN. lac.karlov.mff.cuni.cz [online]. [cit. 8.12.2013]. Dostupný na WWW: http://lac.karlov.mff.cuni.cz/KmitMain/Kmitani/KmPoR.htm Obr. 3 – AUTOR NEUVEDEN. mog.wz.cz [online]. [cit. 8.12.2013]. Dostupný na WWW: http://mog.wz.cz/fyzika/2rocnik/kap305.htm Obr. 4 – AUTOR NEUVEDEN. elmag.sps.sweb.cz [online]. [cit. 8.12.2013]. Dostupný na WWW: http://elmag.sps.sweb.cz/1.htm Obr. 5 – AUTOR NEUVEDEN. techmania.cz [online]. [cit. 8.12.2013]. Dostupný na WWW: http://www.techmania.cz/edutorium/art_exponaty.php?xkat=fyzika&xser=456c656b74726f6d61676e657469636be920766c6e79h&key=527 Obr. 6 – AUTOR NEUVEDEN. radek.jandora.sweb.cz [online]. [cit. 8.12.2013]. Dostupný na WWW: http://radek.jandora.sweb.cz/f11.htm Obr. 7 – AUTOR NEUVEDEN. cs.wikipedia.org [online]. [cit. 8.12.2013]. Dostupný na WWW: http://cs.wikipedia.org/wiki/James_Clerk_Maxwell Obr. 8 – AUTOR NEUVEDEN. cs.wikipedia.org [online]. [cit. 8.12.2013]. Dostupný na WWW: http://cs.wikipedia.org/wiki/Karel_Hub%C3%A1%C4%8Dek Obr. 9 – AUTOR NEUVEDEN. prostor-ad.cz [online]. [cit. 8.12.2013]. Dostupný na WWW: http://www.prostor-ad.cz/pruvodce/pvychod/cbrod/vysilac.htm Obr. 10 – AUTOR NEUVEDEN. mylms.cz [online]. [cit. 8.12.2013]. Dostupný na WWW: http://www.mylms.cz/text-70-anteny-pouzivane-pro-ruzne-delky-vln/ Obr. 11 – AUTOR NEUVEDEN. oskole.sk [online]. [cit. 8.12.2013]. Dostupný na WWW: http://www.oskole.sk/?id_cat=51&clanok=6252 Obr. 12, 13, 14, 15 – AUTOR NEUVEDEN. ok1ike.c-a-v.com [online]. [cit. 8.12.2013]. Dostupný na WWW: http://ok1ike.c-a-v.com/soubory/radiovlny.htm zdroj obrázků: www.office.microsoft.com