Prezentace - Mikrovlny

Proceedings

Autoři:

Ondřej Bojar

Vít Jakubský

Bohumír Šlajs

Plánovaný a realizovaný průběh prezentace

Úvodní slovo

Vít Jakubský představí prezentátory a mikrovlny, stručně popíše zářič a anténu.

Splněno.

Demonstrace 1: Určení vlnové délky mikrovln

Ondřej Bojar během 3 min. popíše a demonstruje programem pro Famulus princip vzniku stojatého vlnění mezi zářičem a odraznou plochou.

Příslušný model pro Famulus najdete zde. Ukazuje, jak se postupná vlna šíří od zdroje směrem vpravo, odráží se od odrazné plochy na pravé straně. Odražená a prímá vlna se pak skládají ve vznikající stojaté vlnění. Jak je vidět a lze i snadno odvodit ze součtových vzorců pro goniometrické funkce, má vznikající stojaté vlnění stejnou vlnovou délku jako původní vlna.

Stojaté vlnění poslouží k určení vlnové délky

Sestavit experiment: vzduchová dráha, Rotary Motion senzor na konci dráhy, nad dráhou: zářič (jeden otvor zaslepen) - anténa na vozíčku - odrazná plocha (celkem cca 30 cm)

Čas na experiment: 2 min

Průběh experimentu: vozíčkem s anténou se pojede od odrazné desky k zářiči, zaznamená se amplituda pole v závislosti na poloze

Splněno, problém provedla pouze obsluha počítače (Ondřej Bojar) neschopná odečíst z grafu dvojnásobek prostorové periody amplitudy.

Nakonec bylo dosaženo obvyklé přesnosti experimentu: naměřená vlnová délka 2,9 cm, výrobcem deklarovaná 3,2 cm.

Demonstrace 2: Interference

Ondřej Bojar během 3 min popíše princip Youngova pokusu s interferencí na dvojštěrbině a odvození závislosti úhlové polohy dvou sousedních interferenčních maxim na vlnové délce a šířce dvojštěrbiny.

Splněno důkladně, přednášející se po 18 vyplýtvaných minutách probral z tranzu a ve dvou větách vzdal další snahy na odvození vzorce.

Příprava na tři experimenty: možná se 1. nebo i 2. vynechají

0. společné: Rotary Motion na stojánku pro otáčení, gumičkou snímá pohyb osy; na ose svorkou připevněno vodorovné rameno ze dvou až tří tyček
1. zářič s jedním otvorem zaslepeným -(10cm)- dvouštěrbina jako překážka nad osou otáčení - ráhno o dvou tyčkách, anténa na konci ráhna (v ose!)
2. zářič, oba otvory volné, konec vlnovodů (začátek rozevírání Hornů) nad osou otáčení - ráhno o dvou tyčkách, anténa na konci ráhna (v ose!)
3. stejně jako 2; ráhno o třech tyčkách, anténa na konci ráhna (v ose!)

Průběh experimentů: pokaždé se kýve anténou zleva doprava, opakovaně, snímá se amplituda pole v závislosti na úhlu vychýlení antény. Třeba hlídat:

• Drát od antény nesmí brzdit kolečko snímače!
• Ráhno nesmí narážet na tyčku se snímačem ani na nic jiného
• Anténa nesmí zůstat volně viset na ráhnu o třech tyčkách, třeba podepřít

Splněno. Byly předvedeny experimenty 1 a 3. Psychologický efekt s naprosto otřesným výsledek z prvního experimentu a naprosto jasným interferenčním obrazcem při druhém experimentu se zdařil. Dokonce i měření dosáhlo přesnosti v laboratorních podmínkách nepoznané, odchýlení na třetím desetinném místě.

Při délce ramene 72 cm, vzdálenosti 17 cm mezi koherentními zářiči o vlnové délce 3 cm byla úhlová vzdálenost nultého a prvního maxima 0,174 rad. Podle vzorce má vyjít 0,177 rad.

Následující graf ukazuje výsledky laboratorních měření. Je v něm vynesena závislost intenzity elektrického pole na úhlu vychýlení od osy dvojštěrbiny. Vzdálenost mezi nultým a prvním maximem lze snadno přečíst.

Demonstrace 3: Prokázání Dopplerova jevu

Základem experimentu byl zdroj mikrovln s detekční anténou. Jako pohybující se odrazná plocha posloužil vozíček pohybující se na vzduchové dráze. Fakt, že se pohyboval s proměnným směrem rychlosti (v dusledku pružného nárazu na konci dráhy) nemá vliv na změnu frekvence odraženého zárění, protože obě situace jsou symetrické.

K změření rychlosti nám posloužila optická brána, která byla spolu s výstupem antény (detektoru) připojena na počitač.

Výsledkem byl graf závislosti napětí amplitudy obalové křivky na rychlosti.

Dva body na horním grafu ukazují velikost rychlosti vozíčku při průchodu optickou bránou tam a po odrazu zpět. Spodní graf je pak měřená obalová křivka amplitudy elektromagnetického pole.

Údaje o rychlosti byly pouze bodové (měřeno jen při průchodu vozíčku bránou), proto se vlnová délka amplitudy musela měřit v okolí tohoto okamžiku.

Graf je přiblížením záznamu prvního průchodu vozíčku optickou branou. Měří se vlnová délka stojatého vlnění mezi vozíčkem a zářičem, průběh jehož amplitudy je vynesen v dolním grafu.

Naměřené hodnoty se lišily od vypočítaných o cca 3 procenta.