Знакомьтесь - радиоволны!

Паспорт проекта

Введение.

Актуальность.Необходимость передавать информацию на большие расстояния возникла у человечества еще на заре первобытной цивилизации. Поначалу для этого использовали дым костра или отраженный солнечный свет, сигнальные огни или голубиную почту. Этими способами люди обходились на протяжении тысячелетий, вплоть до изобретения флажковой сигнализации (в конце XVIII века) и телеграфа (в 1832 году). Однако со временем передаваемая информация становилась все более сложной, что привело к созданию новых систем. Слово «радио» в переводе с латинского radiare означает «излучать, испускать лучи». Радиосвязь – передача и прием информации с помощью радиоволн, распространяющихся в пространстве без проводов.

Цель проекта: сборка опытного образца радиоприёмника в домашних условиях и демонстрация его работы.

Задачи:

1.Изучить литературу по данной теме и систематизировать отобранный материал;

2.Рассмотреть историю создания и основные принципы действия радио;

3.Изучить физические законы, связанные с принципами радиосвязи;

4. собрать действующую модель радиоприемника;

5. Подготовить презентацию.

Объект: законы и закономерности физики.

Предмет: модель радиоприемника

Гипотеза: имея определенные теоретические знания и навыки конструирования можно самостоятельно изготовить модель радиоприемника в домашних условиях.

В процессе работы я использовала следующие методы исследования:

1.теоретический (поиск информации, анализ);

2. эмпирический (проведение опытов, испытание модели);

3. математический (построение схемы).

Процесс создания технического устройства содержал следующие этапы:

1.прогнозирование,

2.аналитическое проектирование,

3.техническое конструирование,

4.испытание.

Вывод: имея определенные теоретические знания и навыки конструирования можно самостоятельно изготовить модель радиоприемника.

Практическое назначение данного проекта заключается в возможности использования действующей модели на уроках физики при изучении тем в 11 классе «Электромагнитные волны» и в 9 классе «Изобретение радио А.С. Поповым».

Теоретическая часть.

Необходимость передавать информацию на большие расстояния возникла у человечества еще на заре первобытной цивилизации. Поначалу для этого использовали дым костра или отраженный солнечный свет, сигнальные огни или голубиную почту. Этими способами люди обходились на протяжении тысячелетий, вплоть до изобретения флажковой сигнализации (в конце XVIII века) и телеграфа (в 1832 году). Однако со временем передаваемая информация становилась все более сложной, что привело к созданию новых систем. Слово «радио» в переводе с латинского radiare означает «излучать, испускать лучи». Радиосвязь – передача и прием информации с помощью радиоволн,распространяющихся в пространстве без проводов.Появление радиосвязи, которая позже легла в основу изобретения радиовещания, телевидения и мобильных телефонов, было вызвано значительными достижениями физики в XIX веке. Основой радио являются электромагнитные волны. Человечество догадалось об их существовании лишь в конце XVII века – и то смутно. Потребовалось еще два столетия, чтобы английский ученый Майкл Фарадей в конце 1830-х годов, наконец, уверенно заявил об обнаружении электромагнитных волн.Радиоволны – основа функционирования многих моделей оборудования, включённого в системы безопасности. Некоторые свойства радиоволн рассмотрим далее.

Радиоволны представляют собой электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве со скоростью света.Главные свойства радиоволн заключаются в том, что они способны переносить через пространство энергию, излучаемую генератором электромагнитных колебаний.Колебания же возникают при изменении электрического поля. Свойства радиоволн позволяют им свободно проходить сквозь воздух или вакуум. Но если на пути волны встречается металлический провод, антенна или любое другое проводящее тело, то они отдают ему свою энергию, вызывая тем самым в этом проводнике переменный электрический ток.Но не вся энергия волны поглощается проводником, часть ее отражается от поверхности. На этом свойстве основано применение электромагнитных волн в радиолокации. Свойства радиоволн огибать тела на своём пути реализуются в случае, когда размеры данного тела имеют меньший показатель, чем длина радиоволны, или сравнимы с ней.Если тело больше, чем длина волны, оно может отразить ее. Скорость распространения в свободном пространстве одинакова для всех типов электромагнитных волн от гамма-лучей до волн низкочастотного диапазона.

Далее рассмотрим основные постоянные свойства радиоволн – частота и длина. Частота электромагнитного излучения показывает, сколько раз в секунду изменяется в излучателе направление электрического тока и, следовательно, сколько раз в секунду изменяется в каждой точке пространства величина электрического и магнитного полей.

Длина радиоволны – это расстояние между двумя соседними максимально высокими или максимально низкими точками, расстояние, которое проходит волна за один период – за время одного колебания.

Виды радиоволн:

1) Сверхдлинные волны — v = 3—30 кГц (λ = 10—100 км).

Имеют свойство проникать вглубь толщи воды до 20 м и в связи с этим применяются для связи с подводными лодками, причем, лодке не обязательно всплывать на эту глубину, достаточно выкинуть радиобуй до этого уровня.Эти волны могут огибать Землю, расстояние между земной поверхностью и ионосферой, представляет для них «волновод», по которому они беспрепятственно распространяются.

2)Длинные волны(ДВ) v = 150—450 кГц (λ = 2000—670 м).

Этот тип радиоволны обладает свойством огибать препятствия, используется для связи на большие расстояния. Также обладает слабой проникающей способностью, так что если у вас нет выносной антенны, вам вряд ли удастся поймать какую-либо радиостанцию.

3)Средние волны (СВ) v = 500—1600 кГц (λ = 600—190 м).

Эти радиоволны хорошо отражаются от ионосферы, находящейся на расстоянии 100-450 км над поверхностью Земли.Особенность этих волн в том, что в дневное время они поглощаются ионосферой и эффекта отражения не происходит. Этот эффект используется практически, для связи, обычно на несколько сотен километров в ночное время.

4)Короткие волны (КВ) v= 3—30 МГц (λ = 100—10 м).

Подобно средним волнам, хорошо отражаются от ионосферы, но в отличии от них, не зависимо от времени суток. Могут распространяться на большие расстояния(несколько тысяч км) за счет пере отражений от ионосферы и поверхности земли, такое распространение называют скачковым. Передатчиков большой мощности для этого не требуется.

5)Ультракороткие Волны(УКВ) v = 30 МГц — 300 МГц (λ = 10—1 м).

Эти волны могут огибать препятствия размером в несколько метров, а также имеют хорошую проникающую способность. За счет таких свойств, этот диапазон широко используется для радио трансляций. Недостатком является их сравнительно быстрое затухание при встрече с препятствиями. Существует формула, которая позволяет рассчитать дальность связи в УКВ диапазоне. Так, к примеру, при радиотрансляции с останкинской телебашни высотой 500 м на приемную антенну высотой 10 м, дальность связи при условии прямой видимости составит около 100 км.

6)Высокие частоты (ВЧ-сантиметровый диапазон) v = 300 МГц — 3 ГГц (λ = 1—0,1 м).

Не огибают препятствия и имеют хорошую проникающую способность. Используются в сетях сотовой связи и wi-fi сетях. Еще одной интересной особенностью волн этого диапазона, является то, что молекулы воды, способны максимально поглощать их энергию и преобразовывать ее в тепловую. Этот эффект используется в микроволновых печах. Как видите, wi-fi оборудование и микроволновые печи работают в одном диапазоне и могут воздействовать на воду, поэтому, спать в обнимку с wi-fi роутером, длительное время не стоит.

7)Крайне высокие частоты (КВЧ-миллиметровый диапазон) v = 3 ГГц — 30 ГГц (λ = 0,1—0,01 м).Отражаются практически всеми препятствиями, свободно проникают через ионосферу. За счет своих свойств используются в космической связи.

В конце XIX века мир облетела новость – немецкий ученый Генрих Герц сумел на практике доказать существование «лучей электрической силы» (электромагнитных волн). Многие пытались найти применение этим чудесным лучам, но первому удалось это сделать русскому физику А.С. Попову.Он же создал и первый радиопередатчик. РодилсяА.С. Попов 16 марта 1859 года в поселке Турьинские Рудники. Уже в детстве любил мастерить. Он окончил Петербургский университет. В студенческие годы, после обязательных лекций, вечерами спешил в физическую лабораторию, где увлеченно, не замечая времени, проводил опыты с электричеством. Полученные знания пригодились, когда Попов устроился на работу в товарищество «Электротехник».

Уже в 1889 году Попов, читая лекцию морским офицерам, высказал идею использовать электромагнитные волны для передачи сигналов на расстояние без проводов. А в 1894 году ученый конструирует прибор, реагирующий на электрические разряды молний, - грозоотметчик. Можно было «услышать» грозу задолго до того, как заклубятся над головой темные тучи. Тогда же Попов заметил, что если к прибору подсоединить кусок провода, то возрастает дальность и качество принимаемых сигналов. Это было рождением первой антенны.

Этот прибор представляет собой стеклянную трубку с двумя электродами. В трубке помещены мелкие металлические опилки. Принцип действия прибора основан на влиянии электрических разрядов на металлические порошки. В обычных условиях когерер обладает большим сопротивлением, так как опилки имеют плохой контакт друг с другом. Последовательно с когерером включаются электромагнитное реле и источник постоянного напряжения. Пришедшая электромагнитная волна создает в когерере переменный ток высокой частоты. Между опилками проскакивают мельчайшие искорки, в результате сопротивление когерера резко падает.

Рисунок 1.

Сила тока в катушке электромагнитного реле возрастает, и оно включает звонок. Молоточек звонка, ударяя по когереру, встряхивает его и возвращает в исходное состояние. С последним встряхиванием когерера аппарат готов к приему новой волны. Чтобы повысить чувствительность аппарата, А. С. Попов один из выводов когерера заземлил, а другой присоединил к высоко поднятому куску проволоки, создав тем самым первую в мире приемную антенну для беспроволочной связи. Заземление превращает проводящую поверхность земли в часть открытого колебательного контура, что увеличивает дальность приема.

Устройство Попова отличалось чувствительностью и надежностью. В первых опытах по радиосвязи, проведенных в физическом кабинете, а затем в саду Минного офицерского класса, приемник обнаруживал излучение радиосигналов, посылаемых передатчиком, на расстоянии до 60 м.

24 марта 1896 г. А.С. Попов на заседании того же русского физико-химического общества передал первую в мире радиограмму на расстояние в 250 м. В ней было всего два слова «Генрих Герц». Так русский ученый и изобретатель выразил свое уважение немецкому ученому.Летом следующего года дальность беспроволочной связи была увеличена до 5 км.

Радио не нуждается в проводах, число его слушателей неограниченно, и большие расстояния для радиоволн не помеха. Вот почему радио стало одним из самых массовых средств информации.7 мая 1895 года – в нашей стране считается днем рождения радио.

Практическая часть

Основные принципы действия современных радиоприемников те же, что и в приборе Попова. Современный приемник также имеет антенну, в которой приходящая волна вызывает очень слабые электромагнитные колебания. Как и в приемнике А. С. Попова, энергия этих колебаний не используется непосредственно для приема. Слабые сигналы лишь управляют источниками энергии, питающими последующие цепи. Сейчас такое управление осуществляется с помощью полупроводниковых приборов.

Имея определенные теоретические знания и навыки конструирования можно самостоятельно изготовить модель радиоприемника.

Практическое назначение данного проекта заключается в возможности использования действующей модели на уроках физики при изучении тем в 11 классе «Электромагнитные волны» и в 9 классе «Изобретение радио А.С. Поповым».

Текстолитовая пластина Батарейка АА 4.5v 1200mAh

Динамик

Итог моей работы, готовый радиоприемник, собранный в домашних условиях.

​​​​​​​

Схема радиоприемника

Источники.

https://stream-park.ru/blog/istoriya-izobreteniya-radio/

https://otherreferats.allbest.ru/radio/00949727_0.html

https://principraboty.ru/princip-raboty-radio/

https://ru.wikipedia.org/wiki/Радиоволны

https://asvagroup.com/2020/12/rasprostranenie-radiovoln-v-srede-i-peredacha-dannyh/