فيزياء السادس العلمي- الفصل الرابع - الموجات الكهرومغناطيسية

131 الموجات الكهرومغناطيسية 4 الرابع الفصل Waves Electromagnetic 1-4 مقدمة 2-4 ماك�سويل و�لنظرية �لكهرومغناطي�سية 3-4 توليد �لموجات �لكهرومغناطي�سية من �ل�سحنات �لمعجلة 4-4 مباد� الر�سال و�لت�سلم للموجات �لكهرومغناطي�سية 5-4 كيفية عمل د�ئرة �الر�سال و�لت�سلم 6-4 �لك�سف عن �لموجات �لكهرومغناطي�سية ذ�ت �لتردد �لر�ديوي 1-6-4 �لك�سف عن �لموجات �لكهرومغناطي�سية بو�ساطة مجالها �لكهربائي 2-6-4 �لك�سف عن �لموجات �لكهرومغناطي�سية بو�ساطة مجالها �لمغناطي�سي 7-4 �لت�سمين 1-7-4 �لت�سمين �ل�سعوي 2-7-4 �لت�سمين �لترددي 3-7-4 �لت�سمين �لطوري 8-4 مدى �لموجات �لر�ديوية 9-4 �نت�سار �لموجات �لكهرومغناطي�سية 1-9-4 �لموجات �الر�سية 2-9-4 �لموجات �ل�سماوية 3-9-4 �لموجات �لف�سائية 10-4 بع�س تطبيقات �لموجات �لكهرومغناطي�سية135 ومن أهم خصائص الموجات الكهرومغناطيسية: 1-1تنت�شر في الفراغ بخطوط م�ستقيمة وتنعك�س وتنك�سر وتتداخل وت�ستقطب وتحيد عن م�سارها الحظ ال�شكل)4(. -2تتألف من مجالين كهربائي ومغناطي�سي متالزمين ومتغيرين مع الزمن وبم�ستويين متعامدين مع بع�ضهما وعموديين على خط انت�شار الموجة ويتذبذبان بالطورنف�سهالحظ ال�شكل)5(. -3هي موجات م�ستعر�ضة الن المجالين الكهربائي والمغناطي�سي يتذبذبان عمودياً على خط انت�شار الموجة الكهرومغناطي�سية،الحظ ال�شكل)5(. -4تنت�شر في الفراغ ب�سرعة ال�ضوءوعند انتقالها في و�سط مادي تقل�سرعتها تبعاً للخ�صائ�ص الفيزيائية لذلكالو�سط. وتتولد نتيجة تذبذب ال�شحنات الكهربائية ،ويمكنتوليد بع�ضاًمنها بو�ساطةمولد الذبذبات )oscillator). -5 تتوزعطاقةالموجةالكهرومغناطي�سيةبالت�ساويبينالمجالينالكهربائيوالمغناطي�سيعندانت�شارهافيالفراغ. �شكل)4( حيود اال�شعة الكهرومغناطي�سية �شكل)5(يمثلتوزيعالمجالالكهربائي والمغناطي�سي في الموجة الكهرمغناطي�سية ومنالجديربالذكر أن تيارالإزاحةيرافقالموجةالكهرومغناطي�سيةالمنت�شرةفيالف�ضاءبخالفتيارالتو�صيل الذي ينتقل خاللالمو�صلفقط. 3-4 توليد الموجات الكهرومغناطيسية من الشحنات المعجلة أولمنتمكنمنتوليدالموجات الكهرومغناطي�سية العالمالألماني هنرى هرتز Hertz في عام 1887 وذلكبإحداث �شرارهكهربائية بينقطبي الملف الثانوي لجهاز ملف الحث الحظ ال�شكل )6( عند توافر انحدار جهد كاف بينهما وقدنجحفي ا�ستقبالهذهالموجاتفي فجوةبيننهايتي حلقةمعدنية اذ الحظ تولد �شرارة بينهما عند و�ضع معين من غير وجود أ�سالك تو�صيل بينالمر�سلوالم�ستقبلوقدالحظ هرتز أن ال�شرارةاليتم ا�ستقبالها إال إذا كانت الحلقة ذات قطر محدد ومو�ضوعة في و�ضع يكون فيه الخط الفا�صل بين طرفي فتحتها يوازى الخط الوا�صلبينالقطبينالذي يولد ال�شرارة. �شكل)6(يمثلاجهزةهيرتزلتوليد الموجات الكهرومغناطي�سية كما علمت من درا�ستك ال�سابقة أن ال�شحنة النقطية ال�ساكنة تولد حولها137 ومن هذا التتابع في التغيرات التي تطرأ على المجالين الكهربائي والمغناطي�سي تتكون حلقات مغلقة لخطوط القوى الكهربائية والمغناطي�سية في م�ستويات متعامدة تنت�شر بعيدا عن ثنائي القطب الكهربائي تمثل جبهات لموجات كهرومغناطي�سية الحظ ال�شكل )11(. يتم ذلك بو�ساطة نقل المعلومات من الموجة ال�سمعية )المحمولة( إلى الموجة الراديوية )الحاملة( )كما �سنأتي على ذكر ذلك الحقا( وبعدها تبث هذه الموجات عن طريق محطة الإر�سال وا�ستقبالها عن طريق جهاز اال�ستقبال )المذياع(. إن عملية الإر�سال والت�سلم تعتمد على جهازين أ�سا�سيين هما: -1 دائرة االهتزاز الكهرومغناطي�سي -2 الهوائي )ResonanceFrequency( f r ً ويمكن لهذه الدائرة ً أن تولد ترددا رنينيا من خالل عملية التوليف على وفق العالقة الآتية: -1 الدائرة المهتزة )دائرة الرنين(: تتألف الدائرة المهتزة من ملف )L( )مهمل المقاومة االومية( يت�صل مع مت�سعة متغيرة ال�سعة )C )كما مو�ضح بال�شكل )12(. f LC 1 2 = π -2 الهوائي: يتكون الهوائي من �سلكين معدنيين منف�صلين يربطان إلى م�صدر فولطية متناوبة ي�شحن ال�سلكان ب�شحنتين مت�ساويتين بالمقدار ومختلفتين بالنوع, الحظ ال�شكل )13( وتتبدد الطاقة المنبعثة من هوائي الإر�سال في الف�ضاء ب�شكل موجات كهرومغناطي�سية وتعتمد قدرة الهوائي في الإر�سال أو الت�سلم إلى: �شكل )12( يو�ضح مخطط الدائرة المهتزة �شكل )13( يو�ضح كيفية توزيع الفولطية والتيار على طول �سلكي الهوائي )1( مقدار الفولطية المجهزة للهوائي. )2( تردد اإلشارة المرسلة أو المستلمة. وقد وجد عمليا أن طول الهوائي عندما ي�ساوي ن�صف طول الموجة المر�سلة أو الم�ستلمة يحقق ً إر�ساال ً أو ا�ستقباال اكبر طاقة للإ�شارة. وللتو�ضيح �شكل )11( يو�ضح انبعاث الموجات الكهرومغناطي�سية من هوائي االر�سال بعد ان تنغلق خطوط المجال الكهربائي والمغناطي�سي المرافق له 4-4 مبادئ اإلرسال و التسلم للموجات الكهرومغناطيسية هل ت�ساءلت يوما وأنت ت�سمع �صوت المذياع كيف يمكن لهذا ال�صوت أن ي�صل إليك عبر الف�ضاء ومن م�سافات بعيدة جدا ؟ r هوائي ن�صف طول الموجة الدايبول خط التغذية القيمة العظمى للتيار القيمة العظمى للفولطية مت�سعة متغيرة Indactence L Varible Capacitor - C ملف139 تعلم هل ح�ساب طول �لهو�ئي للتردد )kHz20) �أن هو�ئي �ال�ستقبال لمحطات نح�سب �أوال �لطول �ألموجي )λ )من خالل ��ستعمال �لعالقة �الآتية: ت�سلم �لقنو�ت �لتلفازية �لف�سائية موجود �سمن وعاء معدني، )LNB ) ويكون ب�سكل �سلك معدني �سغير موؤر�س بهذ� �لوعاء. 2 ( ي�ساوي: طول هو�ئي  ن�سف �لموجة )λ = 7.5 km 2 λ 8 3 5 3 10 20 10 3 10 m 15km 20 × λ = × λ= × = ومن �لجدير بالذكر �أن طول هذ� �لهو�ئي ال يمكن ��ستعماله من �لناحية �لعملية ولغر�س �إر�سال مثل هذ� �لتردد نقوم بتحميله على موجة حاملة عالية �لتردد بعملية ت�سمى �لت�سمين )�سياأتي �سرحها الحقا(. ح�ساب طول �لهو�ئي للتردد MHz200 نح�سب �أوال �لطول �لموجي 8 6 c f 3 10 3 1.5m 200 10 2 λ = × λ= = = × 75cm 2 طول �لهو�ئي �لم�ستعمل لن�سف طول موجة يكون منا�سباً من �لناحية �لعملية = λ وعند تاأري�س هذ� �لهو�ئي ي�سبح هو�ئياً بطول ربع طول �لموجة وعندئذ يح�سب طوله كاالتي: يكون هذ� �لطول منا�سبا �أكثر لال�ستعماالت �لعملية. 150 37.5cm 4 4 λ = = ير�د ��ستعمال هو�ئي ن�سف موجة الإر�سال �إ�سار�ت ال�سلكية للتردد�ت �الآتية: )MHz200 ،KHz20).� ح�سب طول �لهو�ئي لكل من هذين �لترددين وبين �أي من هذه �لهو�ئيات منا�سب لال�ستعمال �لعملي. مثال )2( الحل c = f λ  =  =  = = 150 cm