УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН

Полезная модель относится к средствам обучения, и касается конструкции устройства для изучения электромагнитных волн, которое может быть использовано в общеобразовательных и средних специальных учебных учреждениях при изучении физики для демонстрации явлений, связанных с распространением электромагнитных волн.
Известно устройство, предназначенное для изучения распространения электромагнитных волн, содержащее передающую и приемную антенны, СВЧ-генератор, соединенный посредством гибкого волновода с передающей антенной, и измеритель, связанный через другой гибкий волновод с приемной антенной. В устройстве предусмотрена возможность установки определенных углов наклона передающей и приемной антенн. Приемная антенна устанавливается на каретке, перемещением которой изменяют расстояние от приемной антенны до передающей антенны (см. SU 1167641).
Известен учебный прибор по физике для демонстрации свойств электромагнитных волн, содержащий генератор и приемник (регистратор) СВЧ-колебаний, волновод прямоугольного сечения, подключенный к выходу генератора, и отражающие элементы, установленные в волноводе. В качестве генератора и приемника применен свип-генератор. Внутри волновода через узкую щель в середине его широкой стенки закреплены отражающий элементы, которые могут перемещаться вдоль щели (см. SU 1644205).
Известен учебный прибор по физике для изучения свойств электромагнитных волн, содержащий генератор СВЧ-колебаний с рупорной антенной, набор преобразователей (например, призмы, зеркала, поляризационные решетки и т.п.), изменяющих параметры излучения генератора и приемник, регистрирующий преобразованное излучение. Прибор имеет установленный в волноводе и рупорной антенне подвижный стержень с металлической вставкой, изменением положения которого меняют параметры излучения генератора (см. SU 1300539).
Особенностью приведенных в качестве аналогов учебных приборов, предназначенных для изучения электромагнитных волн, является то, что в этих приборах в качестве источника электромагнитных волн использован генератор СВЧ-колебаний. Диапазон электромагнитных колебаний, излучаемых этим источником (3-30 ГГц), оказывает крайне негативное влияние на здоровье человека вплоть до развития нарушения кратковременной памяти. Приборы, работа которых основана на использовании СВЧ-генераторов, подвержены влиянию внешних воздействующих факторов, что отрицательно сказывается на их надежности в процессе эксплуатации. Применение СВЧ-генератора влечет за собой необходимость использования дополнительных сопровождающих средств, в том числе специальных антенн, преобразователей частоты, значительно усложняющих конструктивное воплощение прибора и увеличивающих его габариты, и ограничивающих, тем самым, демонстрационные возможности прибора.
Заявляемая полезная модель направлена на решение задачи по созданию устройства, предназначенного для использования на занятиях по физике при демонстрации различных опытов по изучению электромагнитных волн.
Технический результат, который достигается при использовании заявляемой полезной модели, заключается в обеспечении безопасности при пользовании устройством, в повышении его надежности и удобства в пользовании, в расширении его демонстрационных возможностей при обеспечении простоты конструктивного выполнения устройства.
Для достижения указанного технического результата заявляется устройство для изучения электромагнитных волн, которое содержит автономный узел источника электромагнитного излучения, автономный узел приемника электромагнитного излучения и, по меньшей мере, один элемент, влияющий на распространения электромагнитной волны. Узел источника электромагнитного излучения включает инфракрасный излучатель, заключенный в замкнутый полый корпус узла источника с окном в его стенке, расположенным напротив излучателя. Узел приемника электромагнитного излучения включает ИК фотоприемник, который заключен в замкнутый полый корпус узла приемника, имеющий окно в его стенке, находящееся напротив фотоприемника.
Преимущественно корпус узла источника имеет форму цилиндра, вытянутого в направлении прохождения электромагнитной волны.
Корпус узла приемника также преимущественно имеет форму цилиндра, вытянутого в направлении прохождения электромагнитной волны.
На настоящее время науке неизвестны какие-либо негативные влияния инфракрасного излучения на организм человека, т.е. такое излучение является абсолютно безопасным. Более того, инфракрасное излучение нашло широкое распространение в медицине (хирургия, стоматология, инфракрасные бани), что говорит не только о его безвредности, но и о полезном действии на организм. В связи с этим, применение в предлагаемом устройстве в качестве генератора электромагнитных волн инфракрасного излучателя и соответствующего приемника, обеспечивает полную безопасность для учащихся при проведении ими демонстрационных опытов по изучению электромагнитных волн в условиях учебных учреждений. Кроме того, поскольку использование такого вида излучателя не требует применения громоздких и дорогих дополнительных средств, обеспечивающих функционирование системы, то появилась возможность создать простое, как в конструктивном плане, так и с точки зрения манипулирования в процессе эксплуатации, недорогое устройство, заключив каждую из составляющих его частей (излучатель и приемник) в свой компактный автономный корпус. Благодаря отсутствию радиопомех, уменьшению габаритов и возможности использования упрощенной электрической схемы повышается срок службы и надежность работы устройства. Устройство может быть использовано для демонстрации принципа действия охранных и других устройств на инфракрасных лучах - таким образом расширяются демонстрационные возможности устройства.
Полезная модель поясняется чертежами, где:
На фиг 1 изображен общий вид предлагаемого устройства;
На фиг.2 - схема, иллюстрирующая пример использования предлагаемого устройства..
Устройство для изучения электромагнитных волн содержит узел 1 источника электромагнитного излучения и узел 2 приемника электромагнитного излучения. Каждый из узлов расположен в своем автономном корпусе. В комплект устройства включен также набор элементов, влияющих на распространения электромагнитной волны, которые используются при проведении учебных опытов (фиг.1).
Узел 1 включает замкнутый полый корпус 3, внутри которого расположены инфракрасный (ИК) излучатель 4, используемый в качестве источника электромагнитного излучения, и плата 5 с электронной схемой, которая управляет работой ИК излучателя 4. Расположенный на корпусе индикатор 6 сигнализирует о готовности узла 1 к работе. В стенке 7 корпуса 3 выполнено окно 8, противолежащее излучателю 4.
Узел 2 включает замкнутый полый корпус 9, внутри которого расположены инфракрасный (ИК) фотоприемник 10, используемый в качестве приемника электромагнитного излучения, и плата 11 с электронной схемой, управляющей работой фотоприемника 10 и регистрирующей моменты его включения. На корпусе 9 предусмотрены два индикатора: индикатор 12, указывающий на приведение узла 2 в рабочее состояние, и индикатор 13, фиксирующий попадание луча от излучателя 4 в фотоприемник 10. В стенке 14 корпуса 9 выполнено окно 15, противолежащее фотоприемнику 10.
Корпус 3 узла 1 и корпус 9 узла 2 преимущественно имеют одинаковую конфигурация. С точки зрения удобства пользования устройством предпочтительно придать корпусам 3 и 9 форму цилиндра, вытянутого в направления прохождения электромагнитной волны. Вытянутые конструкции корпусов 3 и 9 должны способствовать определению направления распространения электромагнитной волны. Приемлемым также следует считать и придание корпусам 3 и 9 конфигурации, имеющей в поперечном сечении форму прямоугольника и другие подходящие формы.
Кроме того, при разработке узла 1 необходимо принять во внимание, что установленный в корпусе 3 этого узла ИК излучатель 4 должен обеспечить малую апертуру электромагнитной волны (узконаправленный пучок), что обеспечивается соотношением габаритных размеров корпуса 3, определенным расстоянием ИК излучателя от выходного окна 8 и определенным размером окна 8, а также установкой внутри корпуса элементов (например, собирающих линз), формирующих узконаправленный пучок.
В набор элементов, влияющих на распространения электромагнитной волны, используемых при проведении учебных опытов, могут быть включены: плоскопараллельная пластина, полуцилиндрическая пластина, собирающая линза, треугольная призма, трапециевидная призма, металлический лист, плоское и вогнутое зеркала и т.п..
Устройство может быть использовано при изучении следующих свойств электромагнитных волн: особенности отражения и преломления электромагнитных волн, особенности поглощения электромагнитных волн различными материалами, принцип действия охранных и других устройств, работающих на инфракрасных лучах, и т.д.
Ниже показан пример работы с предлагаемым устройством при изучении одного из свойств электромагнитных волн (фиг.2).
При проведении опыта в качестве элемента, влияющего на распространение электромагнитной волны, использована треугольная призма 16.
Включают ИК излучатель 4 и фотоприемник 10. Излучатель генерирует электромагнитную волну, которая направляется на треугольную призму 16. Направляют корпус 9 узла 2 окном 15 в сторону призмы 16 и манипулируют корпусом 9 в пространстве (меняя его положение относительно призмы) до тех пор, пока не последует сигнал от фотоприемника 10, свидетельствующий о том, что электромагнитная волна, пройдя через призму 16, поступила в фотоприемник. Таким образом, фиксируют факт преломления электромагнитной волны при прохождении ее через призму 16, а по положению корпуса 9 (в тот момент, когда от фотоприемника 10 поступил сигнал) относительно корпуса 3 узла 1 определяют угол преломления электромагнитной волны при прохождении ее через треугольную призму.