Микротолкундуу меште талкуулоо үчүн суроолордун мисалдары
Микротолкундар толкун узундуктары 1 ммден 1 мге чейинки электромагниттик спектрдин бир бөлүгү болуп саналат. Бул толкундар зымсыз байланыш, радар, астрономия жана микротолкундуу мештер сыяктуу тиричилик техникалары сыяктуу ар кандай заманбап технологияларда көп колдонулат. Микротолкундуу колдонмолордун маанисин эске алуу менен, студенттер, айрыкча физика же инженерия адистиги боюнча билим алып жаткандар үчүн микротолкундардын негиздерин, анын ичинде аларга байланыштуу маселелерди кантип чечүүнү түшүнүү өтө маанилүү. Бул макалада бир нече мисал маселелер талкууланып, микротолкундар талкууланат.
1-суроо: Толкун узундугу жана жыштыгы
Суроо:
Микротолкундуу мештин жыштыгы 10 ГГц болгондуктан, анын толкун узундугун эсептегиле. (Жарыктын ылдамдыгын c = 3 x 10^8 м/с колдонуңуз)
Талкуу:
Биринчиден, биз толкун узундугунун (λ), жыштыктын (f) жана жарыктын ылдамдыгынын (c) ортосундагы байланышты эстейбиз:
\[ c = \lambda \cdot f \]
Толкун узундугун (λ) табуу үчүн бул формуланы кайталай алабыз же кайталай алабыз:
\[ \lambda = \frac{c}{f} \]
Жыштык (f) = 10 ГГц = 10 x 10^9 Гц жана жарыктын ылдамдыгы (c) = 3 x 10^8 м/с берилгендиктен, бул эки маанини формулага киргизебиз:
\[ \lambda = \frac{3 \times 10^8 \, \text{m/s}}{10 \times 10^9 \, \text{Hz}} \]
\[ \lambda = 0.03 \, \text{m} \]
Ошентип, микротолкундун толкун узундугу 0,03 метр же 3 см.
2-суроо: Өткөрүү күчү жана аралык
Суроо:
Микротолкундуу өткөргүч 50 Вт кубаттуулукту чыгарат. Изотроптук таралууну эске алып, өткөргүч булактан 2 метр аралыктагы микротолкундуу нурлануунун интенсивдүүлүгүн эсептегиле.
Талкуу:
Интенсивдүүлүктү эсептөө үчүн бирдик аянтка туура келген кубаттуулук теңдемесин колдонобуз:
\[ I = \frac{P}{A} \]
P - кубаттуулук (50 Вт) жана A - радиусу 2 метр болгон шардын бетинин аянты:
\[ A = 4 \pi r^2 \]
Аянт формуласына r = 2 метр маанисин киргизиңиз:
\[ A = 4 \pi (2 \, \text{m})^2 \]
\[ A = 16 \pi \, \text{m}^2 \]
Андан кийин интенсивдүүлүктү эсептеңиз:
\[ I = \frac{50 \, \text{W}}{16 \pi \, \text{m}^2} \]
Сандык маанилерди эсептөө:
\[ I \апрокс \frac{50}{50.265} \]
\[ I \болжол менен 0.995 \, \text{W/m}^2 \]
Ошентип, өткөргүч булактан 2 метр аралыкта микротолкундун интенсивдүүлүгү болжол менен 0.995 Вт/м² түзөт.
3-суроо: Микротолкундуу мештердеги Допплер эффектиси
Суроо:
108 км/саат (30 м/с) ылдамдыкта бара жаткан унаа 5 ГГц жыштыктагы микротолкундарды таратып жаткан радарга жакындайт. Эгерде микротолкундун ылдамдыгы жарыктын ылдамдыгына барабар болсо, радар кабыл алган жыштыкты эсептегиле.
Талкуу:
Алынган жыштык (f') үчүн Доплер эффектин колдонуңуз:
\[ f' = f \left(\frac{c + v}{c}\right) \]
Кайда:
– f' = кабыл алынган жыштык
– f = булак жыштыгы = 5 ГГц = 5 x 10^9 Гц
– c = жарыктын ылдамдыгы = 3 x 10^8 м/с
– v = унаанын ылдамдыгы = 30 м/с
Формулага маанилерди алмаштырыңыз:
\[ f' = 5 \times 10^9 \left(\frac{3 \times 10^8 + 30}{3 \times 10^8}\right) \]
\[ f' \approx 5 \times 10^9 \left(1 + \frac{30}{3 \times 10^8}\right) \]
\[ f' \approx 5 \times 10^9 \left(1 + 1 \times 10^{-7}\right) \]
\[ f' \болжол менен 5 \убакыт 10^9 \убакыт 1.0000001 \]
\[ f' \болжол менен 5.0000005 \убакыт 10^9 \]
\[ f' \approx 5.0000005 \, \text{GHz} \]
Ошентип, радар тарабынан кабыл алынган жыштык болжол менен 5.0000005 ГГц түзөт.
4-суроо: Материалдардын энергияны сиңирүүсү
Суроо:
Тушуучу толкундун интенсивдүүлүгү 10 Вт/м² болгондо, белгилүү бир материал 2 Вт микротолкундуу кубаттуулукту сиңирип алат. Материалдын беттик аянтын эсептегиле.
Талкуу:
Жутуу күчү менен беттик аянттын жана интенсивдүүлүктүн ортосундагы байланышты колдонуңуз:
\[ P = I \cdot A \]
Белгилүү маанилерди алмаштырыңыз:
\[ 2 \, \text{W} = 10 \, \text{W/m}^2 \cdot A \]
А маселесин чечүү:
\[ A = \frac{2 \, \text{W}}{10 \, \text{W/m}^2} \]
\[ A = 0.2 \, \text{m}^2 \]
Ошентип, материалдын беттик аянты 0,2 м².
5-суроо: Рефлексия жана интерференциялык схемалар
Суроо:
Эки микротолкундуу антенна бир багытта 6 см толкун узундугундагы толкундарды чыгарат. Эгерде антенналардын ортосундагы аралык 12 см болсо, анда кайсы учурда биринчи конструктивдүү интерференция пайда болот?
Талкуу:
Конструктивдүү тоскоолдук эки булактын ортосундагы жол айырмасы k = ±nλ болгондо пайда болот (n 0 санын камтыган нөлдөн башка бүтүн сан). Биринчи жолу конструктивдүү тоскоолдук (n=1):
\[ d = n \lambda/2 \]
Антеннанын аралыгы 12 см жана толкун узундугу 6 см болгондуктан, биринчи конструктивдүү интерференция үчүн жол айырмасы төмөнкүдө пайда болот:
\[ d = n (\lambda/2) \]
Ошентип:
\[12 = 1 \убакыт (6/2) \]
Ошентип, жайгашкан аралык төмөнкүдөй:
\[12 = 1 \3 жолу \]
Бул теңдеме жалпысынан интерференциялык үлгүлөрдүн пайда болушуна байланыштуу болгондуктан, анда биз булактан же жолдон аралыктын борбордук сызыгында жол эмес, тактап айтканда, болжолдонгон туруктуу абал үлгүсүнө тиешеси жок из сызыгынын туруктуу полярдык абалына негизделип долбоорлойбуз.
-
Булар микротолкундуу көйгөйлөрдүн жана аларды кантип чечүүнүн бир нече мисалдары. Ушул сыяктуу маселелерди түшүнүү жана чечүүгө көнүү менен, сизге илимдин жана техниканын ар кандай тармактарында микротолкундуу түшүнүктөрдү түшүнүү жана колдонуу оңой болот деп үмүттөнөбүз.
