Vypracovala: B. Horváthová
 
 
 
Najjednoduchším elektromagnetickým oscilátorom je obvod tvorený cievkou a kondenzátorom, ktorý nazývame oscilačný LC obvod alebo LC oscilátor.

Parametre tohto jednoduchého obvodu sú: indukčnosť cievky L a kapacita kondenzátora C.

Na obrázku vidíme elektromagnetické kmity oscilačného LC obvodu.


 
V tomto obvode sa napätie a prúd mení harmonicky: u = Um . cosωt; i = Im . sinωt.

 
Hovoríme, že obvod kmitá, osciluje. Príslušné zmeny elektrického poľa kondenzátora a magnetického poľa cievky sa nazývajú elektromagnetické kmity.

Frekvencia a perióda kmitov oscilačného obvodu závisí len od jeho parametrov, indukčnosti a kapacity. Kmitanie tohto obvodu nazývame vlastné kmitanie a frekvencia jeho kmitov sa nazýva vlastná frekvencia.



 
Thomsonov vzťah pre frekvenciu vlastných kmitov elektromagnetického oscilátora je:

f_{0}= \frac{1}{2\pi \sqrt[]{LC}}; pre periódu:  T_{0}= 2\pi\sqrt[]{LC}

LC oscilátor rozkmitáme tak, že ku kondenzátoru pripojíme jednosmerné napätie a opäť ho odpojíme. Nabitý kondenzátor sa začne cez cievku vybíjať a obvod sa rozkmitá.

Vlastné kmitanie skutočného oscilátora je vždy tlmené. Na začiatku bola oscilátoru dodaná určitá energia, v priebehu kmitania dochádza vplyvom tlmenia ku stratám energie, až kmity zaniknú.

Aby sa kmitanie udržalo, musíme dodávať energiu tým, že ho pripojíme ku generátoru striedavého napätia. Vznikne tak budený oscilačný obvod, ktorý bude kmitať s uhlovou frekvenciou harmonického napätia generátora.

 
Ak je frekvencia núteného kmitania ω rovnaká ako frekvencia ω0 vlastných kmitov, nastáva rezonancia.


Tlmenie kmitov je úmerné odporu vinutia cievky. Ak je tlmenie väčšie, maximum rezonančnej krivky je nižšie. Rezonancia sa využíva napríklad pri ladení rozhlasových staníc. Otočným kondenzátorom meníme vlastnú frekvenciu ladiaceho oscilačného obvodu v rádiu. Ak je táto frekvencia odlišná od frekvencie signálu, ktorý prichádza z antény, signál je obvodom skratovaný. V momente, keď je vlastná frekvencia zhodná s frekvenciou prijímaného signálu, dôjde k rezonancii, oscilačný obvod sa rozkmitá a signál je ďalej spracovaný v zosilňovači.

Elektrodynamika, ktorá sa zaoberá elektrickými a magnetickými javmi sa podobala mechanike. Zákony popisujúce elektrické a magnetické pole boli podobné ako u gravitačného poľa. Zdrojom boli elektrické náboje a permanentné magnety. Prvým náznakom, že zdrojom elektrického poľa môže byť aj niečo iné ako elektrický náboj, bol objav elektromagnetickej indukcie. Faraday v r. 1831 zistil, že elektrické pole v uzavretom vodivom závite môže byť vytvorené zmenou magnetického poľa. Škótsky fyzik Maxwell vyslovil predpoklad, že existuje aj opačný jav: meniace sa elektrické pole vytvára magnetické pole.

 
Z Maxwellových rovníc vyplýva, že elektrické a magnetické pole môže existovať vo vákuu a v látkovom prostredí aj v prípade, že nie je vytvorené elektrickými nábojmi. Obe polia vytvárajú spoločné elektromagnetické pole, ktoré nie je statické, ale šíri sa priestorom ako elektromagnetické vlnenie.

 
Elektromagnetická vlna má dve navzájom neoddeliteľné zložky: elektrickú, ktorá je popísaná vektorom intenzity a magnetickú, ktorej odpovedá vektor indukcie. Oba vektory sú na seba kolmé a súčasne sú kolmé na smer šírenia vlny. Elektromagnetické vlnenie je postupné priečne vlnenie. Rovinnú vlnu v smere osi x je možné popísať harmonickými funkciami:

E=E_{m}.sin2\pi (\frac{t}{T} - \frac{x}{\lambda}); B=B_{m}.sin2\pi (\frac{t}{T} - \frac{x}{\lambda})


Dôsledky Maxwellovej teórie boli také revolučné, že Nemecká akadémia vied vypísala v roku 1879 cenu za jej experimentálne overenie. Zvíťazil nemecký fyzik Hertz. Vynašiel zdroj a prijímač elektromagnetických vĺn a v roku 1887 sa mu podarilo experimentálne dokázať elektromagnetickú vlnu. Ako vysielač použil dipól. Dipól je anténa v tvare tyče – môže byť vysielačom aj prijímačom elektromagnetických vĺn.


Priebeh napätia a prúdu pozdĺž dipólu je harmonický a vytvára stojatú vlnu. Kmitne napätia sú na koncoch, a kmitňa prúdu je v strede. Vlnová dĺžka vlastných kmitov dipólu je λ=2d, kde d je dĺžka dipólu, preto sa nazýva polvlnový dipól.

Na prenos signálov a komunikačné účely sa využívajú elektromagnetické vlny s frekvenciami
 
3.104 Hz - 3.1011 Hz, rádiové vlny. Signál je jav nesúci v sebe informáciu, ktorá je odoslaná odosielateľom a má byť odovzdaná príjemcovi.

Na prenos signálov sa používa prenosová sústava. Elektrický signál je možné prenášať elektrickým vedením, alebo bezdrôtovým prenosom.

V prípade bezdrôtového prenosu signálov, prenosovú sústavu tvorí vysielač s  vysielacou anténou, priestorom, kde sa vlnenie šíri a prijímacou anténou a prijímačom. Vo vysielači sa kmity z vysokofrekvenčného zdroja prenášajú k anténe. Z antény je signál vysielaný pomocou dvojvodičového vedenia. Vlnenie postupuje rýchlosťou c a vo vedení vzniká postupná vlna, ktorú môžeme popísať rovnicou:


 
Pri prenose signálu dvojvodičovým vedením vzniká medzi vodičmi a v ich blízkom okolí elektromagnetické pole.


Aby sa vlnenie neodrážalo od konca vedenia, musí byť jeho energia pohltená impedanciou Z, potom bude mať prúd a napätie vo vedení rovnakú fázu.

Pri dopade elektromagnetických vĺn na anténu prijímača vznikajú v anténe modulované vnútené kmity. Po zosilnení a úprave sa v demodulátore oddelia vysokofrekvenčné nosné kmity od prenášaného signálu. Demodulovaný signál sa zosilní a vedie do reproduktora.


 
Úlohy:
1) Čím je tvorený najjednoduchší elektromagnetický oscilátor?
2) Kedy dochádza k rezonancii?
3) Z  čoho sa skladá elektromagnetická vlna.

 
 
Použitá literatúra a obrazová príloha:
V. Lank, M. Vondra – Fyzika v kocke pre stredné školy
P. Tarábek a kol.: Zmaturuj z fyziky