Pavyzdiniai klausimai apie diskusiją apie mikrobangų krosneles
Mikrobangos yra elektromagnetinio spektro dalis, kurios bangos ilgis svyruoja nuo 1 mm iki 1 m. Šios bangos dažnai naudojamos įvairiose šiuolaikinėse technologijose, tokiose kaip belaidis ryšys, radarai, astronomija ir buitiniai prietaisai, pavyzdžiui, mikrobangų krosnelės. Atsižvelgiant į mikrobangų pritaikymo svarbą, studentams, ypač tiems, kurie studijuoja fiziką ar inžineriją, labai svarbu suprasti mikrobangų pagrindus, įskaitant tai, kaip spręsti su jomis susijusias problemas. Šiame straipsnyje bus aptarti keli pavyzdiniai uždaviniai ir aptartos mikrobangos.
1 klausimas: Bangos ilgis ir dažnis
Klausimas:
Apskaičiuokite mikrobangų krosnelės bangos ilgį, jei jos dažnis yra 10 GHz. (Naudokite šviesos greitį c = 3 x 10^8 m/s)
Diskusija:
Pirmiausia prisimename bangos ilgio (λ), dažnio (f) ir šviesos greičio (c) ryšį:
\[c = \lambda \cdot f \]
Šią formulę galime pakartoti, kad rastume bangos ilgį (λ):
[lambda = ∫frac{c}{f}]
Duotas dažnis (f) = 10 GHz = 10 x 10^9 Hz ir šviesos greitis (c) = 3 x 10^8 m/s, šias dvi vertes įvedame į formulę:
[lambda = √(3 × 10^8, m/s)}{10 × 10^9, Hz]
\[ \lambda = 0.03 \, \text{m} \]
Taigi, mikrobangų bangos ilgis yra 0,03 metro arba 3 cm.
2 klausimas: Perdavimo galia ir atstumas
Klausimas:
Mikrobangų siųstuvas skleidžia 50 W galią. Apskaičiuokite mikrobangų intensyvumą 2 metrų atstumu nuo siųstuvo šaltinio, darant prielaidą, kad sklidimas izotropinis.
Diskusija:
Intensyvumui apskaičiuoti naudojame galios ploto vienetui lygtį:
\[I = \frac{P}{A} \]
P yra galia (50 W), o A yra 2 metrų spindulio sferos paviršiaus plotas:
\[A = 4 \pi r^2 \]
Į ploto formulę įveskite reikšmę r = 2 metrai:
\[A = 4 \pi (2 \, \text{m})^2 \]
\[A = 16 \pi \, \text{m}^2 \]
Tada apskaičiuokite intensyvumą:
[I = ∫₀₀ₙ, W₁₀ₙ(16 pi), m₂₀]
Skaitinių reikšmių skaičiavimas:
\[ I \apytiksliai \frac{50}{50.265} \]
\[ I \apytiksliai 0.995 \, \text{W/m}^2 \]
Taigi, mikrobangų intensyvumas 2 metrų atstumu nuo siųstuvo šaltinio yra apie 0.995 W/m².
3 klausimas: Doplerio efektas mikrobangose
Klausimas:
108 km/h (30 m/s) greičiu judanti transporto priemonė artėja prie radaro, skleidžiančio 5 GHz dažnio mikrobangas. Apskaičiuokite radaro priimamą dažnį, jei mikrobangų greitis yra lygus šviesos greičiui.
Diskusija:
Gautam dažniui (f') naudokite Doplerio efektą:
[f' = f (c + v c)]
Kur:
– f' = priimamas dažnis
– f = šaltinio dažnis = 5 GHz = 5 x 10^9 Hz
– c = šviesos greitis = 3 x 10^8 m/s
– v = transporto priemonės greitis = 30 m/s
Pakeiskite reikšmes į formulę:
\[f' = 5 × 10^9 \left(\frac{3 × 10^8 + 30}{3 × 10^8}\right) \]
\[f' \apytiksl. 5 × 10^9 \left(1 + \frac{30}{3 × 10^8}\right) \]
\[f' \apytiksl. 5 × 10^9 \left(1 + 1 × 10^{-7}\right) \]
\[f' \apytiksliai 5 \x 10^9 \x 1.0000001 \]
\[f' \apytiksliai 5.0000005 \reiz 10^9 \]
[f' maždaug 5.0000005, \text{GHz}]
Taigi, radaro gaunamas dažnis yra apie 5.0000005 GHz.
4 klausimas: Medžiagų sugerta galia
Klausimas:
Tam tikra medžiaga sugeria 2 W mikrobangų galios, kai krintančios bangos intensyvumas yra 10 W/m². Apskaičiuokite medžiagos paviršiaus plotą.
Diskusija:
Naudokite sugerties galios, paviršiaus ploto ir intensyvumo santykį:
\[P = I \cdot A \]
Pakeiskite žinomas vertes:
\[2 \, \text{W} = 10 \, \text{W/m}^2 \cdot A \]
A sprendimas:
\[A = \frac{2 \, \text{W}}{10 \, \text{W/m}^2} \]
\[A = 0.2 \, \text{m}^2 \]
Taigi, medžiagos paviršiaus plotas yra 0,2 m².
5 klausimas: Atspindžių ir interferencijos modeliai
Klausimas:
Dvi mikrobangų antenos skleidžia 6 cm bangos ilgio bangas ta pačia kryptimi. Jei atstumas tarp antenų yra 12 cm, kuriame taške pirmiausia atsiranda konstruktyvioji interferencija?
Diskusija:
Konstruktyvioji interferencija atsiranda, kai dviejų šaltinių signalo kelio skirtumas yra k = ±nλ (n yra nenulinis sveikasis skaičius, įskaitant 0). Pirmą kartą konstruktyvioji interferencija (n=1):
d = n, lambda/2
Kadangi antenos atstumas yra 12 cm, o bangos ilgis – 6 cm, pirmosios konstruktyviosios interferencijos sklidimo kelių skirtumas atsiranda ties:
d = n (\lambda/2)
Taigi:
\[12 = 1 \kartą (6/2) \]
Taigi, atstumas, kurį reikia nustatyti, yra:
\[12 = 1 × 3 \]
Kadangi ši lygtis yra susijusi su interferencinių modelių formavimusi bendru pagrindu, remiantis prielaida, kad projektuojame atstumą nuo šaltinio arba kelio centrinėje linijoje, remdamiesi ne taku, t. y. pastovia poliarine pėdsako linijos padėtimi, kuri nėra susijusi su tariamu fiksuotos padėties modeliu.
-
Čia pateikiami keli mikrobangų problemų pavyzdžiai ir kaip jas išspręsti. Tikimasi, kad suprasdami ir įpratę spręsti tokias problemas, jums bus lengviau suvokti ir pritaikyti mikrobangų sąvokas įvairiose mokslo ir technologijų srityse.
