|
Радиотехнику, взятую во всем ее
широком современном объеме, можно назвать техникой колебательных процессов.
Действительно, радиосвязь осуществляется при помощи
электромагнитных волн, представляющих собой периодически меняющееся
электромагнитное поле; работа радиоаппаратуры основана на использовании
переменных токов, являющихся электрическими колебаниями — колебаниями электрических
зарядов; мембраны телефонов и микрофонов, диффузоры громкоговорителей, иглы
звукоснимателей совершают механические колебания; колебания интенсивности
магнитного поля в зазорах головок магнитофонов лежат в основе работы этих
аппаратов; фотоэлементы представляют собой приборы, использующие световые
колебания, а электроннолучевые трубки создают их; нагрев катодов
радиоламп—явление, связанное с механическими тепловыми колебаниями молекул и
атомов.
Этот перечень нетрудно продолжить. Например, можно было бы
вспомнить инфракрасные и ультрафиолетовые колебания, используемые некоторыми
фотоэлементами, ультразвуковые колебания пьезопластин в эхолотах и т. п.
Мир колебаний велик, его охват радиотехникой с каждым
годом расширяется. В приводимой ниже таблице показаны обследованные пока
спектры колебаний двух основных видов — механических и электрических. Под
последней рубрикой объединены собственно электрические колебания—колебания
электрических зарядов и колебания электромагнитных полей, т. е. электромагнитные
волны. Указанные в таблице границы различных зон приблизительны, так как
в большинстве случаев точной границы не существует. Как нельзя, например,
провести резкую грань между длинными и средними волнами, так и нельзя точно
определить ее. между ультрафиолетовыми и рентгеновскими лучами, между
слышимыми звуками и ультразвуками.
Начальная частота таблицы 10 герц. Механические колебания такой
частоты принято называть инфразвуко- выми. Колебаний столь низкой частоты мы
не слышим, они не воздействуют на наш слуховой аппарат. Но при большой
мощности инфразвуковые колебания производят на организм болезненно неприятное
действие. Примером может служить так называемый «голос моря»—мощные
инфразвуковые колебания, возникающие на морском берегу при определенном
сочетании частоты волн и ветра.
Электрические колебания инфразвуковых частот — переменные
токи частоты порядка 10 герц—практического применения почти не находят и
используются для экспериментов с инфразвуками.
Важным рубежом шкалы колебаний служит частота 15—16 герц.
Механические колебания такой частоты становятся слышимыми. С этой частоты
начинается мир звуков. С этой же частоты начинается и использование
электрических колебаний. Переменные токи частотой 15—16 герц применяются в
многочисленной аппаратуре как электроакустического, так и иного назначения.
Переменные токи такой частоты используются и в технике — в силовых сетях.
Далее следует отметить частоты 50—60 герц. Они обычно
составляют нижнюю границу полосы частот, воспроизводимой нашими
громкоговорителями, во всяком случае хорошими громкоговорителями. Кроме того,
они являются наиболее распространенными частотами осветительных сетей переменного
тока.
Верхний предел полосы звуковых частот находится около 16 •
103 герц. Более высоких частот человеческое ухо обычно не воспринимает. Далее
начинается область ультразвуковых частот, обладающих многими замечательными
свойствами. Область применения механических колебаний ультразвуковой частоты
быстро расширяется. Ультразвуковые эхолоты, гидролокаторы, дефектоскопы стали
обычными техническими приборами. В самых разнообразных установках
используется дробящее действие ультразвука. Применения ультразвука весьма
разнообразны: от ультразвуковых микроскопов до стирки белья ультразвуком.
Механические колебания ультразвуковой частоты создаются, как правило,
электрическими средствами, поэтому электрические колебания этой частоты
применяются чрезвычайно широко.
Трудно назвать какую-либо определенную верхнюю границу
ультразвуковых частот. Наиболее распространено использование частот примерно
до 105 герц, но уже получены и постепенно находят практическое применение и
более высокие частоты, вплоть до нескольких мегагерц.
Электрические колебания представляют собой колебания
электрических зарядов в проводниках. При частотах, начиная с самых низких
инфразвуковых и кончая десятками тысяч герц, эти колебания сопровождаются
возникновением в окружающем пространстве переменных электрических и магнитных
полей, действие которых проявляется на сравнительно небольшом расстоянии.
Этими полями пользуются, например, для трансформирования тока и напряжения.
При более высоких частотах, начиная примерно с 105 герц,
начинает сказываться интереснейшая особенность: образовавшееся в пространстве
возле проводника электромагнитное поле при определенных условиях отрывается
от него и распространяется со скоростью света, унося с собой определенную
энергию. Такое «оторвавшееся» от проводника поле мы называем радиоволнами.
Радиоволны имеют такую же частоту, как и вызвавшие их электрические
колебания. В настоящее время изучены и так или иначе используются радиоволны,
а следовательно, и электрические колебания до- частот порядка 10й герц
(миллиметровые радиоволны).
Важнейшим рубежом в таблице колебаний являются частоты
1013—1014 герц. Механические колебания до этого рубежа совершаются большими
массами вещества, действующими как одно целое. Механические колебания более
высоких частот относятся уже к разряду тепловых колебаний, которыё совершают
отдельные молекулы и атомы. Эти колебания сопровождаются излучением наиболее
длинноволновых инфракрасных (тепловых) лучей, т. е. колеблющиеся молекулы или
атомы являются, таким образом, источником электромагнитных волн.
Более короткие инфракрасные лучи возбуждаются уже в
результате внутриатомных процессов, а именно при переходе электронов с более
удаленных от ядра оболочек на оболочки, более близкие к ядру. Получение
атомом какого-то количества энергии, например в результате столкновения с
другой частицей, приводит к перескакиванию электронов с ближних к ядру
оболочек на более отдаленные (чем дальше оболочка от ядра, тем большей
энергией обладают находящиеся на ней электроны). Однако электроны не
удерживаются там долго и возвращаются обратно на «свою» оболочку, отдавая
излишек энергии в виде излучения. Электроны наружных оболочек отдают эту
излишнюю энергию в виде инфракрасного и светового излучения, электроны
оболочек, находящихся ближе к ядру, — в виде излучения ультрафиолетовых и
рентгеновских лучей.
|