ENTLab
РУСҚазақша
← Барлық тақырып: Физика

Физика · ҰБТ-ға арналған теория

Электромагниттік толқындар және радиобайланыс

Айнымалы электр және магнит өрістерінің кеңістікте қалай таралатыны және оның радиобайланыс пен радиолокацияда қалай қолданылатыны туралы тақырып.

Осы тақырып бойынша жаттығуТолық қолжетімділік болса — осы тақырып бойынша жаттығу, болмаса — пән бойынша тегін тест.

ҰБТ бұл тақырыптан нені тексереді

Бөлім: 05 Электромагниттік толқындар

ҰТО спецификациясының тармағы: 18 Электромагниттік толқындар

Біздің бағалауымызша, бұл тақырып бойынша тапсырма әр нұсқада кездесе бермейді: 40 тапсырманың ішінде орта есеппен біреуден аз.

Осы пән бойынша ҰБТ 2026 спецификациясы: тақырыптар мен тапсырмалар

Не істей білу керек

  • Электромагниттік толқындардың қасиеттерін сипаттау және сәуле түрлерін толқын ұзындығы бойынша орналастыру
  • Қабылдағыш бапталған толқын ұзындығын, сондай-ақ оның контурының сыйымдылығын немесе индуктивтілігін есептеу
  • Радиолокация және сәулелену ағынының тығыздығы туралы есептер шығару

Ең бастысы туралы қысқаша

  • Электромагниттік толқын. Кеңістікте таралатын айнымалы электр және магнит өрістері. \vec{E} және \vec{B} векторлары бір-біріне де, таралу бағытына да перпендикуляр; толқынның таралуы үшін орта қажет емес.
  • Жылдамдық және толқын ұзындығы. Вакуумда c \approx 3\cdot 10^8 м/с, \lambda = cT = \frac{c}{\nu}; заттың ішінде жылдамдық c-дан кіші.
  • Қабылдағышты баптау. Резонанс: контур жиілігі \nu = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}} станция жиілігіне тең болады, сонда \lambda = 2\pi c\sqrt{LC}; L — генримен, C — фарадпен.
  • Радиолокация. R = \frac{ct}{2}, мұндағы R — нысанаға дейінгі қашықтық, t — импульс жіберілгеннен шағылған сигнал қайтқанға дейінгі уақыт.
  • Сәулелену ағынының тығыздығы. I = \frac{P}{4\pi r^2} (Вт/м²): қуаты P көз барлық бағытқа бірдей сәуле шығарғанда және жұтылу болмағанда; r — көзге дейінгі қашықтық.
  • Сәулелер шкаласы. Толқын ұзындығы кему ретімен: радиотолқындар, инфрақызыл сәуле, көрінетін жарық, ультракүлгін сәуле, рентген сәулесі, гамма-сәуле.

Талдауы бар тапсырмалар

ENTLab тапсырмалар қорынан, ҰТО нұсқаларынан емес. Алдымен өзің шешіп көр, содан кейін талдауын аш.

Радиоқабылдағыш 30 м толқын ұзындығында хабар тарататын станцияны қабылдауы үшін, кіріс тербелмелі контурындағы катушканың индуктивтілігі 2 мкГн болғанда, контур конденсаторының сыйымдылығы тең болуы керек (c = 3\cdot 10^8 м/с)
  • A)\approx 796 пФ
  • B)\approx 5000 пФ
  • C)\approx 127 нФ
  • D)\approx 127 пФ
Жауабы мен талдауы

Дұрыс жауап: D

Алдымен станция жиілігін табамыз: \nu = \dfrac{c}{\lambda} = \dfrac{3\cdot 10^8}{30} = 10^7 Гц. Контурдың меншікті жиілігі станция жиілігіне тең болғанда (резонанс) қабылдағыш станцияны қабылдайды: \nu = \dfrac{1}{2\pi\sqrt{LC}}, бұдан C = \dfrac{1}{4\pi^2\nu^2 L}. Индуктивтілікті аударамыз: L = 2 мкГн = 2\cdot 10^{-6} Гн. Бөлім 4\pi^2\cdot 10^{14}\cdot 2\cdot 10^{-6} \approx 7{,}90\cdot 10^9, сондықтан C \approx 1{,}27\cdot 10^{-10} Ф = 127 пФ. Жауабы D. A (\approx 796 пФ) — 2\pi көбейткіші квадратқа шығарылмаған: \dfrac{1}{2\pi\nu^2 L} \approx 7{,}96\cdot 10^{-10} Ф. B (\approx 5000 пФ) — 4\pi^2 көбейткіші жоғалған: \dfrac{1}{\nu^2 L} = 5\cdot 10^{-9} Ф. C (\approx 127 нФ) — сан дұрыс табылған, бірақ 10^{-10} Ф пикофарадқа емес, нанофарадқа аударылған, қате 1000 есе.
Электромагниттік толқындарды барлық бағытқа бірдей тарататын радиотаратқыш 10 мин ішінде 30 МДж энергия шығарады. Одан 2 км қашықтықтағы сәуле шығару ағынының тығыздығы (сәуле шығару қуаты тұрақты, жұтылу жоқ)
  • A)\approx 1{,}0 мВт/м²
  • B)\approx 4{,}0 мВт/м²
  • C)\approx 2{,}0 Вт/м²
  • D)\approx 1{,}0 кВт/м²
Жауабы мен талдауы

Дұрыс жауап: A

Алдымен сәуле шығару қуатын табамыз: W = 30 МДж = 3\cdot 10^7 Дж, t = 10 мин = 600 с, P = \dfrac{W}{t} = \dfrac{3\cdot 10^7}{600} = 50\,000 Вт. Энергия радиусы r сфераның бетіне бірдей таралады, оның ауданы 4\pi r^2, сондықтан I = \dfrac{P}{4\pi r^2}. Қашықтықты аударамыз: r = 2 км = 2000 м. Сфера ауданы 4\pi\cdot (2000)^2 = 4\pi\cdot 4\cdot 10^6 \approx 5{,}03\cdot 10^7 м². Онда I \approx \dfrac{50\,000}{5{,}03\cdot 10^7} \approx 9{,}95\cdot 10^{-4} Вт/м² \approx 1{,}0 мВт/м². Жауабы A. B (\approx 4{,}0 мВт/м²) — қуатты сфера ауданына 4\pi r^2 емес, дөңгелек ауданына \pi r^2 бөлген, нәтиже төрт есе үлкен. C (\approx 2{,}0 Вт/м²) — бөлімге квадратсыз 4\pi r алынған: \dfrac{50\,000}{4\pi\cdot 2000} \approx 1{,}99. D (\approx 1{,}0 кВт/м²) — қашықтық километрмен қойылған: \dfrac{50\,000}{4\pi\cdot 2^2} \approx 995, қате 10^6 есе.

Жиі кететін қателер

  • Радиолокацияда 2-ге бөлуді ұмытады: t уақыт ішінде сигнал нысанаға барып, кері қайтады: 2R = ct.
  • Бірліктерді аудармайды: МГц-ті Гц-ке, мкГн-ді Гн-ге, пФ-ты Ф-қа, минутты секундқа, километрді метрге. Сонда жауап ондаған, мыңдаған, миллиондаған есе және одан да көп қате шығады.
  • Сыйымдылыққа тәуелділікті шатастырады: контурдың толқын ұзындығы \sqrt{C}-ға пропорционал, ал жиілігі \sqrt{C}-ға кері пропорционал.
  • Сәулелену ағынының тығыздығын тапқанда қуатты сфера ауданына 4\pi r^2 емес, дөңгелек ауданына \pi r^2 бөледі.

Тақырып бойынша сұрақтар

Неліктен радиотолқындар вакуумда таралады, ал дыбыс таралмайды?
Дыбыс — зат бөлшектерінің тербелісі, сондықтан ортасыз ол таралмайды. Электромагниттік толқын — бірін-бірі туғызатын айнымалы электр және магнит өрістері: өзгеретін магнит өрісі құйынды электр өрісін, ал өзгеретін электр өрісі магнит өрісін тудырады. Бұған орта керек емес, вакуумда толқын c \approx 3\cdot 10^8 м/с жылдамдықпен таралады.
Қай электромагниттік сәуленің толқын ұзындығы ең үлкен, қайсысының ең кіші?
Толқын ұзындығы ең үлкені — радиотолқындар, одан кейін ұзындық кеміген сайын инфрақызыл сәуле, көрінетін жарық, ультракүлгін, рентген және гамма-сәуле келеді. Толқын неғұрлым қысқа болса, жиілігі соғұрлым жоғары, өйткені \nu = \frac{c}{\lambda}. Бұл сәулелердің табиғаты бір, вакуумда бәрі бірдей c жылдамдықпен таралады.
Осы тақырып бойынша жаттығу

ENTLab теорияны ҰТО спецификациясы негізінде өз сөзімен жазады. Біз ҰТО емеспіз және онымен ешқандай байланысымыз жоқ.