Mikrohullámok vizsgálata. x o



Hasonló dokumentumok
X. Fénypolarizáció. X.1. A polarizáció jelenségének magyarázata

Elektromágneses hullámok - Hullámoptika

Akuszto-optikai fénydiffrakció

2. OPTIKA 2.1. Elmélet Geometriai optika

EMELT SZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA

EÖTVÖS LABOR EÖTVÖS JÓZSEF GIMNÁZIUM TATA FELADATLAPOK FIZIKA. 11. évfolyam. Gálik András. A Tatai Eötvös József Gimnázium Öveges Programja

Körmozgás és forgómozgás (Vázlat)

Elektronika 2. TFBE1302

A műszaki rezgéstan alapjai

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

O 1.1 A fény egyenes irányú terjedése

MATEMATIKA GYAKORLÓ FELADATGYŰJTEMÉNY

11. ÉVFOLYAM FIZIKA. TÁMOP Természettudományos oktatás komplex megújítása a Móricz Zsigmond Gimnáziumban

Elektromágneses terek gyakorlat - 6. alkalom

New Compact Kompresszoros inhalátor

103. számú melléklet: 104. számú Elıírás. Hatályba lépett az Egyezmény mellékleteként január 15-én

Miskolci Egyetem, Gyártástudományi Intézet, Prof. Dr. Dudás Illés

Definíció (hullám, hullámmozgás):

Pontszerű test, pontrendszer és merev test egyensúlya és mozgása (Vázlat)

2.1 Fizika - Mechanika Rezgések és hullámok. Mechanikai rezgések és hullámok Kísérletek és eszközök mechanikai rezgésekhez és hullámokhoz

NEM A MEGADOTT FORMÁBAN ELKÉSZÍTETT DOLGOZATRA 0 PONTOT ADUNK!

BEVEZETÉS AZ ÁBRÁZOLÓ GEOMETRIÁBA

Modern Fizika Laboratórium Fizika BSc 22. Kvantumradír

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

FELADATOK A. A feladatsorban használt jelölések: R + = {r R r>0}, R = {r R r < 0}, [a; b] = {r R a r b}, ahol a, b R és a b.

Tanulmányozza az 5. pontnál ismertetett MATLAB-modell felépítést és működését a leírás alapján.

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

DT920 Fordulatszámmérő

MATEMATIKA ÍRÁSBELI ÉRETTSÉGI-FELVÉTELI FELADATOK május 19. du. JAVÍTÁSI ÚTMUTATÓ

GÉPJÁRMŰ SEBESSÉGMÉRŐ BERENDEZÉSEK

Analízisfeladat-gyűjtemény IV.

Fizika 12. osztály. 1. Az egyenletesen változó körmozgás kinematikai vizsgálata Helmholtz-féle tekercspár Franck-Hertz-kísérlet...

MAGYAR RÉZPIACI KÖZPONT Budapest, Pf. 62 Telefon , Fax

VII. Gyakorlat: Használhatósági határállapotok MSZ EN 1992 alapján Betonszerkezetek alakváltozása és repedéstágassága

Fogalom-meghatározások

Fizika 11. osztály. 1. Mágneses mező szemléltetése és mérése, mágneses pörgettyű (levitron) Lenz törvénye: Waltenhofen-inga, Lenz-ágyú...

Statisztika I. 6. előadás. Előadó: Dr. Ertsey Imre

Felhasználói kézikönyv

Az időtől független Schrödinger-egyenlet (energia sajátértékegyenlet), A Laplace operátor derékszögű koordinátarendszerben

MOTOROS FORGÓKEFÉS CSIZMAMOSÓ BK

Tevékenység: Olvassa el a fejezetet! Gyűjtse ki és jegyezze meg a ragasztás előnyeit és a hátrányait! VIDEO (A ragasztás ereje)

JANUS PANNONIUS TUDOMÁNYEGYETEM. Schipp Ferenc ANALÍZIS I. Sorozatok és sorok

A RESET gombbal kitörölhetjük az utolsó mérési értéket, illetve az adatbankból letöltött előirányzott értéket.

HITELESÍTÉSI ELŐÍRÁS MÉRŐTRANSZFORMÁTOROK HE

Felhasználói kézikönyv

IX. Az emberi szem és a látás biofizikája

5. Trigonometria. 2 cos 40 cos 20 sin 20. BC kifejezés pontos értéke?

Szerelési, üzemeltetési útmutató

2. Hőmérséklet érzékelők vizsgálata, hitelesítése folyadékos hőmérő felhasználásával.

Fázisjavítás. Budapesti Műszaki és. Villamos Energetika Tanszék

1. Prefix jelentések. 2. Mi alapján definiáljuk az 1 másodpercet? 3. Mi alapján definiáljuk az 1 métert? 4. Mi a tömegegység definíciója?

VHR-23 Regisztráló műszer Felhasználói leírás

Használati útmutató. Tyredog TD-4000A (X-típus)

Miskolci Egyetem GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR. Analízis I. példatár. (kidolgozott megoldásokkal) elektronikus feladatgyűjtemény

Elemi matematika szakkör

DIGITÁLIS MULTIMÉTER AX-101B HASZNÁLATI ÚTMUTATÓ

MIKROÖKONÓMIA I. Készítette: K hegyi Gergely és Horn Dániel. Szakmai felel s: K hegyi Gergely június

Fogaskerék hajtások I. alapfogalmak

REZGÉSDIAGNOSZTIKA ALAPJAI

1. A gyorsulás Kísérlet: Eszközök Számítsa ki

freeport A FREEPORT RENDSZER... 3 A KÉSZLET TARTALMA... 4 EM 1 VEVŐKÉSZÜLÉK... 4 SK 2 ZSEBADÓ... 6 A RENDSZER BEÁLLÍTÁSA... 9

k u = z p a = = 2880, k M = z p 2πa = (b) A másodpercenkénti fordulatszám n = 1000/60 1/s,

Gépjármű Diagnosztika. Szabó József Zoltán Főiskolai adjunktus BMF Mechatronika és Autótechnika Intézet

FAIPARI ALAPISMERETEK

Egy emelt szintű érettségi feladat kapcsán Ábrahám Gábor, Szeged

A válaszok között több is lehet helyes. Minden hibás válaszért egy pontot levonunk.

Analóg helyzetvezérelt szelepmozgató motorok AME 435

Méréstechnika 5. Galla Jánosné 2014

Nyugat-magyarországi Egyetem Geoinformatikai Kara. Csordásné Marton Melinda. Fizikai példatár 1. FIZ1 modul. Optika feladatgyűjtemény

Áramlástan Tanszék Méréselőkészítő óra I. Nagy László Várhegyi Zsolt

Valószín ségelmélet házi feladatok

A.14. Oldalirányban megtámasztott gerendák

KBE-1 típusú biztonsági lefúvató szelep család

Diffúziós együttható (1) (Δ r) 2 =4D Δ t.

ACÉL TÉRRÁCSOS TETOSZERKEZET KÍSÉRLETI VIZSGÁLATA

KULCS_GÉPELEMEKBŐL III.

(1. és 2. kérdéshez van vet-en egy 20 oldalas pdf a Transzformátorokról, ide azt írtam le, amit én kiválasztanék belőle a zh-kérdéshez.

1. Ha két közeg határfelületén nem folyik vezetési áram, a mágneses térerősség vektorának a(z). komponense folytonos.

Tűgörgős csapágy szöghiba érzékenységének vizsgálata I.

Fogalmi alapok Mérlegegyenletek

4. A FORGÁCSOLÁS ELMÉLETE. Az anyagleválasztás a munkadarab és szerszám viszonylagos elmozdulása révén valósul meg. A forgácsolási folyamat

Optika feladatok (szemelvények a 333 Furfangos Feladat Fizikából könyvből)

Gondolkodjunk a fizika segı tse ge vel!

MUNKAANYAG. Szabó László. Szilárdságtan. A követelménymodul megnevezése:

VLT Micro Drive. Kis frekvenciaváltó maximális terherbírás és megbízhatóság

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

ÉPÍTÉSZETI ÉS ÉPÍTÉSI ALAPISMERETEK

Verzió 2.0 Magyar. Leica NA720/724/ 728/730/730 plus Felhasználói Kézikönyv

5. IDŐBEN VÁLTOZÓ ELEKTROMÁGNESES TÉR

Használati utasítás SW ponthegesztő berendezésekhez

PRÓBAÉRETTSÉGI MATEMATIKA május-június SZÓBELI EMELT SZINT. Tanulói példány. Vizsgafejlesztő Központ

VILLAMOS ENERGETIKA ELŐVIZSGA DOLGOZAT - A csoport

Felhasználói kézikönyv

A biztonságos használatra vonatkozó megjegyzések

A.15. Oldalirányban nem megtámasztott gerendák

Széchenyi István Egyetem, 2005

4/26/2016. Légcsatorna hálózatok. Csillapítás. Hangterjedés, hangelnyelés légcsatorna hálózatokban

Fénysugarak visszaverődésének tanulmányozása demonstrációs optikai készlet segítségével

Első sorozat (2000. május 22. du.) 1. Oldjamegavalós számok halmazán a. cos x + sin2 x cos x. +sinx +sin2x =

MATEMATIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Átírás:

Mikrohullámok vizsgálata Elméleti alapok: Hullámjelenségen valamilyen rezgésállapot (zavar) térbeli tovaterjedését értjük. A hullám c terjedési sebességét a hullámhossz és a T rezgésido, illetve az f frekvencia segítségével a következo összefüggés adja meg: c = = f () 1 T A hullámjelenség matematikai leírásához aψ hullámfüggvényt használjuk, amely a tér valamely pontjában egy adott idopillanatban a megzavart állapotra jellemzo. Ha a P o pontban Ψ = Ψ o sin (ωt+α) a zavart leíró függvény, akkor a valamely x koordinátájú P pontba, x a hatás t = idovel késobb jut el, azaz c x ψ = ψ o sin ω t + α ( l sd3.1. bra) c Ez az egydimenziós harmonikus hullámfüggvény. 3.1. ábra A hullámok két lényegileg különbözo fajtája a mechanikai és az elektromágneses hullámok. Az elektromágneses hullám az idoben változó elektromágneses tér állapotváltozásának továbbterjedésével jön létre. A hullámjelenséget leíró Ψ fizikai mennyiség az E villamos és H mágneses térerosség vektor, amelyek egymásra meroleges síkokban rezegnek (3.. ábra), és x E = E o sin ω t c ill. x H = H o sin ω t c

3.. ábra Mivel mindkét vektor a hullám terjedési irányára meroleges, ezért az elektromágneses hullámok transzverzális hullámok. Terjedési sebességük c = 3 10 8 m s. A hullámintenzitás a hullám terjedési irányaira meroleges felületegységen idoegység alatt áthaladó energiát adja meg. Az elektromágneses hullám intenzitása (I) fordítottan arányos a sugárforrástól mért távolság (R) négyzetével: I ~ 1 R A legfontosabb hullámjelenségek: a hullámok interferenciája, elhajlása és polarizációja. Interferencia akkor jön létre, ha két vagy több azonos frekvenciájú hullám valamely helyen állandó fáziskülönbséggel találkozik. (Ezeket a hullámokat nevezzük koherens hullámoknak.) A hullámfüggvény alapján két rezgés közötti δ fáziskülönbség (lásd 3.3. ábra).: 3.3. ábra Az összefügés átalakítható az ω = πf és a = c f ω δ = c ( r r) 1 képletek felhasználásával: r r = π δ 1 Interferencia maximumok azokon a helyeken találhatók, ahol δ = kπ, ill. r -r 1 = k k = 0, ±1, ±, () Interferencia minimumok pedig ott, ahol δ=(k+1)π, ill. r r = ( k + 1) (3). 1

A 3.4. ábrán látható két sugaras interferenciakísérletnél a szimmetrikus helyzetu rések másodlagos hullámok kiindulópontjaként értelmezhetok. Találkozásuk eredményeként interferencia maximumok és minimumok figyelhetok meg. A 3.4. ábra jelöléseit használva a () ill. (3) összefüggésekben szereplo r 1 -r távolságra: r1 r = d sinθ 3.4. ábra Így interferencia maximumhely a d sin Θ = k ( 4 ), minimumhely pedig a d sin Θ = feltételnek megfelelo helyeken figyelheto meg. ( k + 1) (5) Állóhullám akkor keletkezik, ha egymással szemben haladó, egyenlo frekvenciájú és amplitudójú hullámok interferálnak. Az állóhullámok maximum és minimumhelyei egy helyben maradnak, és két szomszédos maximum ill. két szomszédos minimumhely távolsága hullámhossz könnyen meghatározható. (.mérés). Állóhullámok segítségével a Ha a hullámok hullámhosszukkal azonos nagyságrendu résszélességu résen haladnak át, akkor a hullámelhajlás jelenségét figyelhetjük meg. Az elhajlított hullám intenzitása a megfigyelési szög függvényében változik. Intenzitás minimum tapasztalható, ha: d sin α = n n 0 (6), ahol d a rés szélessége, α a megfigyelés szöge, n pozitív egész szám. Intenzitásmaximum a helyeken áll fenn. d.sinα = n + ( 1) ( 7) Elektromágneses hullámok esetén a rezgések egy meghatározott, a terjedési irányra fektetett síkban mennek végbe (3.. ábra). Az ilyen hullámokat lineárisan vagy síkban poláros hullámoknak nevezzük. Azt a síkot, amelyben a H mágneses térerosségvektor rezeg a polarizáció síkjának nevezzük. Azt a síkot pedig, amelyben E villamos térerosség változik a rezgéssíknak nevezzük. A méroberendezés A mérési gyakorlatokon a hullámjelenségeket mikrohullámokon tanulmányozzuk. Mikrohullámnak nevezzük az elektromágneses hullámok spektrumának azt a tartományát, amelynek frekvenciájára ill. hullámhosszára: 10 9 Hz < f < 3 10 11 Hz ill. 0,3 m > >1 mm.

A méroberendezés a 3.5. ábrán látható. Az adó 15 mw teljesítményu koherens mikrohullámokat bocsát ki. A vevo a beérkezo mikrohullám intenzitásával arányos áramerosséget mér. A muszeren 4 méréshatárérték (30x, 10x, 3x, 1x) állítható be. A variable sensitivity gomb az érzékenység beállítására szolgál. Az adó és a vevo távolságát az adó T betuvel és a vevo R betuvel jelölt pontja között mérhetjük. 3.1. Mikrohullámok intenzitásának mérése. Mérési utasítás: Állítsuk az adót a vevovel szembe a 3.5. ábrának megfeleloen. A vevon található muszer beállítását úgy végezzük el, hogy R = 40 cm távolság esetén 30 ma áramot mutasson. Az R értéket 10 cm-enként növeljük 90 cm-ig és közben olvassuk le az áramerosség értékeket. 1. Ábrázoljuk az áramerosséget a távolság függvényében.. Számítással igazoljuk, hogy az intenzitás a távolság négyzetével fordítottan arányos. 3.5.ábra 3.. Mikrohullám hullámhosszának meghatározása. Az adóról a vevo felé haladó hullámok és a felületükrol visszaverodo hullámok között interferencia lép fel. Az interferencia eredményeként az adó és a vevo között állóhullámok sorozata alakul ki. Ha lassan távolítjuk a vevot az adótól az állóhullámok maximum és minimum helyei jól kimutathatók. Ugyanis maximum helynél intenzitás maximum, minimumhelynél intenzitás minimum figyelheto meg. Ha két tetszoleges maximumhely (távolságuk x) között n db minimumhely figyelheto meg, akkor a hullámhossz a következo összefüggésbol számítható: x = n Mérési utasítás Az adó és a vevo távolságát a hullám egyik maximumhelyéra állítsuk úgy, hogy az intenzitás a leheto legnagyobb legyen. Olvassuk le a tartókaron a vevo helyzetét. Ezután a vevot addig távolítsuk az adótól, amíg legalább 10 minimumhelyen áthaladva újra maximumhelyhez érünk. Olvassuk le a vevo új helyzetét a tartókaron. A mérést ismételjük meg. 1. Határozzuk meg a mikrohullám hullámhosszát és az (1) összefüggés alapján a frekvenciáját is. 3.3. A hullámhossz meghatározása Michelson interferométerrel A Michelson interferométer

Az interferométer vázlata a 3.6. ábrán látható. A vázlaton A és B reflektáló, C félig áteresztô lemez. Az adóról kiinduló hullámok két különbözô úton jutnak a vevôre. A hullámnyaláb egyik része a C félig áteresztô lemezen áthalad, majd az A reflektáló lemezrôl visszaverôdve jut újra a C félig áteresztô lemezre. Innen visszaverôdve kerül a vevôre. A hullám másik része a C félig áteresztô lemezrôl visszaverôdve jut a B reflektáló lemezre, majd onnan visszaverôdve újra a C félig áteresztô lemezre kerül, majd a vevôre érkezik. A hullámok interferenciája következtében kialakuló hullámok maximum és minimumhelyei a vevôvel kimutathatók. Mivel minden egyes hullám kétszer teszi meg a félig áteresztô lemez és a reflektáló lemez közötti távolságot, az egyik reflektáló 3.6. ábra lemezt / távolsággal elmozdítva a vevôre érkezô egyik hullám fázisa 360 o -kal változik meg. Ha pl. az A reflektáló lemezt távolítjuk C félig áteresztô lemeztôl és két tetszôleges maximumhely között a távolság x, a közben megfigyelt minimumhelyek száma n, akkor a hullámhosszra a összefüggés áll fenn. Mérési utasítások: x = n. / A 3.6 ábrán látható elrendezést úgy állítsuk össze, hogy a vevô maximumhelyet mutasson. Olvassuk le ekkor az A reflektáló lemez helyzetét. A C félig áteresztô lemeztôl távolítsuk A reflektáló lemezt úgy, hogy legalább 10 minimumhelyen áthaladva újra maximumhely jelentkezzen a vevôn. Olvassuk le az A reflektáló lemez helyzetét a tartókaron. Ismételjük meg a mérést. 1. Határozzuk meg a mikrohullám hullámhosszát.. A kétféle hullámhossz meghatározási módszer közül melyik pontosabb és miért? 3.4. Kétsugaras interferencia Mérési utasítások: Állítsuk össze a 3.7. ábrán látható elrendezést. A résnyílások 1,5 cm szélesek, a középso reflektáló lemez 6 cm széles. Így a d résszélesség 9 cm. A vevo helyzetét úgy határozzuk meg, hogy a muszer áramerosség maximumot mutasson.

A vevot a tartókar segítségével forgassuk el, az elforgatás szöge a tartókaron található szögmérorol olvasható le. Változtassuk a megfigyelés szögét 5 o -ként 80 o - ig, közben olvassuk le az áramerosség értékeket. 3.7. ábra 1. Méréssel határozzuk meg a maximum és minimumhelyeket. Hány ilyen helyet találunk?. Ábrázoljuk az áramerosséget a megfigyelési szög függvényében. 3. A (4) és (5) összefüggések alapján számítással ellenorizzük a kapott eredményeket. 4. Hány maximum és hány minimum helyet kellene találni és miért nem mérhetok ki? 3.5. Hullámelhajlás résen Mérési utasítások: A 3.8. ábrán látható kisérleti összeállításban a rés szélessége 7 cm. Az adó és a vevo távolságát úgy állítsuk be, hogy az áramerosség a leheto legnagyobb legyen. A vevot a tartókar segítségével forgassuk el. A megfigyelés szögét 5 o -ként növeljük és közben olvassuk le az áramerosség értékeket. 3.8. ábra 1. Méréssel határozzuk meg az elso minimum, és az elso maximumhelyet. Található-e még szélsoértékhely?. Ábrázoljuk az áramerosséget a megfigyelési szög föggvényében. 3. A (6) és (7) összefüggések alapján számítással ellenorizzük a kapott eredményeket. 4. Hány szélsoértékhelyet kellene találni és méréssel miért nem mutathatók ki? 3.6. Mikrohullámok polarizációjának vizsgálata A mérés leírása A vevon található muszer által mért áramerosség érték egyenesen arányos a mikrohullám E villamos térerosség vektorának nagyságával, ha az adó és a vevo közös tengelyen helyezkednek el. Ha a vevo α szöget zár be az adóval, akkor a kilépo mikrohullámnak a vevovel párhuzamos komponense detektálható. Az α szög változtatásával és áramerosség mérésekkel tehát meghatározhatjuk a mikrohullám rezgéssíkját és a polarizáció síkját. Mérési utasítások Állítsuk össze az 3.5. ábrán látható mérési elrendezést, úgy, hogy az adó és a vevo szöge is 0 o legyen és a muszer maximális áramerosséget mutasson. A vevo hátoldalán található rögzíto csavar segítségével forgassuk el a vevot 15 o -ként 180 o -ig. Közben olvassuk le az áramerosség értékeket. A szögérték a rögzíto csavar alatt elhelyezett szögmérovel állítható be.

Végezzük el a mérést az adó egy másik hajlásszögénél is. 1. Ábrázoljuk az intenzitásértékeket a hajlásszög függvényében az adó mindkét helyzeténél.. Milyen következtetések vonhatók le a grafikonokról? 3. Az adó és a vevo hajlásszögének segítségével adjuk meg a mikrohullám rezgéssíkját és a polarizáció síkját.