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
  1. společné: Rotary Motion na stojánku pro otáčení, gumičkou snímá pohyb osy; na ose svorkou připevněno vodorovné rameno ze dvou až tří tyček
  2. zářič s jedním otvorem zaslepeným -(10cm)- dvouštěrbina jako překážka nad osou otáčení - ráhno o dvou tyčkách, anténa na konci ráhna (v ose!)
  3. zářič, oba otvory volné, konec vlnovodů (začátek rozevírání Hornů) nad osou otáčení - ráhno o dvou tyčkách, anténa na konci ráhna (v ose!)
  4. 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:
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.
[Graf]
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.
[Graf 1]
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 2]
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.

Ondřej Bojar, Vít Jakubský
13. 5. 1999