Меню

Дискретная природа электрического тока

3. Дискретная природа электричества. Электроны и протоны

3. Дискретная природа электричества. Электроны и протоны

Из только что сказанного видно, что в физике, как и в химии, гипотеза, согласно которой все тела состоят из молекул, представляющих собой в свою очередь комбинации различных атомов, оказалась чрезвычайно плодотворной и получила блестящие экспериментальные подтверждения. Перед учеными встала новая задача – узнать, из чего состоят сами атомы, и понять, чем атомы различных элементов отличаются друг от друга. Эту трудную проблему помогло разрешить дальнейшее развитие наших знаний о природе электричества.

На заре изучения электрических явлений казалось вполне естественным представлять электричество в виде некоторой особой жидкости и рассматривать, например, электрический ток, протекающий по металлической проволоке, как поток электрической жидкости, текущей вдоль этой проволоки. Однако, как было известно с давних пор, существует два вида электричества: положительное и отрицательное. Следовательно, необходимо было предположить существование двух различных видов электрической жидкости: положительной и отрицательной. Можно было предположить две кардинально отличные модели этих жидкостей: либо представить ее в виде некоей непрерывной субстанции, заполняющей электрически заряженные тела, либо, наоборот, считать, что она состоит из множества мельчайших электрических частиц, каждая из которых представляет собой элементарную частицу электричества. Результат эксперимента был в пользу второй модели. Около сорока лет назад было экспериментально показано, что отрицательное электричество образовано из мельчайших одинаковых частиц, обладающих чрезвычайно малыми значениями массы и заряда. Эти частицы отрицательного электричества получили название электронов. Как известно, впервые электроны были обнаружены в свободном состоянии, вне заряженных тел, в виде так называемых катодных лучей, возникающих в разрядной трубке. Затем их удалось обнаружить в явлениях фотоэффекта и термоэмиссии сильно разогретых тел. Открытие радиоактивности позволило получить новый источник электронов, поскольку большинство радиоактивных веществ спонтанно излучают бета-лучи, представляющие собой не что иное, как электроны, движущиеся с очень большими скоростями. Как следует из многочисленных экспериментов, все электроны, какого бы происхождения они ни были, несут всегда один и тот же чрезвычайно малый отрицательный электрический заряд. Изучая характер движения электрона в пустоте, можно установить, что он движется точно так же, как должна была бы двигаться, согласно законам механики, маленькая заряженная частица. Исследование характера движения электрона в электрическом и магнитном полях позволило измерить величину его заряда и массы, которые очень малы.

Труднее было получить доказательства корпускулярной структуры положительного электричества. Однако позже физики убедились в том, что положительное электричество в конечном счете тоже должно рассматриваться как состоящее из отдельных совершенно одинаковых частиц – протонов. Масса протона еще тоже очень мала, хотя она почти в две тысячи раз больше массы электрона. Это устанавливает любопытную асимметрию между положительным и отрицательным электричеством. Напротив, заряд протона по абсолютной величине равен заряду электрона, но, разумеется, противоположен ему по знаку. До самого последнего времени протон рассматривался как частица, представляющая собой элементарную единицу положительного электричества. Однако открытие положительного электрона несколько усложнило вопрос. Действительно, существует частица положительного электричества, имеющая массу, равную массе электрона, и заряд, равный по величине и противоположный по знаку заряду электрона, – положительный электрон, или позитрон. Какая же из этих двух частиц является на самом деле элементарной частицей положительного электричества – протон или позитрон? Или имеются две существенно различные элементарные частицы положительного электричества? Открытие нейтрона, предшествовавшее открытию положительного электрона, позволяло думать, что протоны – сложные образования, состоящие из нейтрона и положительного электрона. В настоящее время полагают, что протоны и нейтроны скорее два различных состояния одной и той же частицы. Но до самого последнего времени физики считали протон единицей положительного электричества. Этой точки зрения мы пока здесь и будем придерживаться.

Электроны и протоны имеют очень малую, но отнюдь не нулевую массу, так что полная масса большого числа протонов и электронов может стать вполне ощутимой. Поэтому казалось заманчивым предположить, что все материальные тела, обладающие весом и инерцией, т е. массой, состоят в конечном счете из огромного числа протонов и электронов. С этой точки зрения атомы различных элементов, являющиеся первичным материалом, из которого образованы все материальные тела, сами должны состоять из протонов и электронов, и 92 вида атомов различных элементов должны представлять собой 92 различные комбинации из протонов и электронов.

Задача теперь заключалась в том, чтобы понять, что представляют собой эти комбинации из протонов и электронов, т е. в том, чтобы построить модель атома. Были выдвинуты различные гипотезы. Некоторый успех имела, например, модель, предложенная Томсоном, знаменитым физиком, работы которого во многом способствовали углублению наших знаний о природе материи. По его модели атом представлял собой равномерно заряженное положительным электричеством шарообразное облако, в котором в равновесии находятся отрицательные электроны. Однако признание получила другая модель, известная ныне как модель Резерфорда – Бора, в которой атом представлялся, подобно миниатюрной солнечной системе, состоящим из центрального положительно заряженного ядра, вокруг которого движутся электроны. Выдвинутая вначале Перреном, эта модель атома нашла подтверждение в опытах по отклонению «альфа» – частиц, рассеиваемых на мишени. Эти эксперименты, проделанные Резерфордом и его сотрудниками, показали, что в соответствии с планетарной моделью положительный заряд атома сконцентрирован в чрезвычайно малой области пространства в центре атома. Таким образом, центральное ядро атома несет положительный заряд и окружено электронами, играющими роль планет и движущимися вокруг него под действием кулоновых сил. Каждый атом, находящийся в нормальном состоянии, характеризуется числом N электронов-планет. Поскольку атом в нормальном состоянии электрически нейтрален, то ядро этого атома должно иметь заряд, равный и противоположный по знаку суммарному заряду всех электронов. В атоме с одним единственным электроном-планетой ядро должно иметь заряд, равный и противоположный по знаку заряду электрона. Все другие ядра должны нести кратный ему положительный заряд. Таким образом, ядро атома, обладающего одним электроном (атома водорода), может рассматриваться как единица положительного электричества – тот самый протон, о котором мы уже говорили. Итак, атом каждого вида характеризуется целым числом N, которое получило название атомного номера и, следовательно, все 92 элемента можно расположить в один ряд с атомными номерами, возрастающими от 1 до 92. Вполне возможно, что полученная таким образом классификация совпадает с классификацией по атомному весу. Некоторые явления позволяют с уверенностью судить об атомном номере различных элементов. Например, смещение частотного спектра рентгеновских лучей различных элементов, которое, согласно экспериментально установленному Мозли закону (1913 г.), пропорционально квадрату атомного номера элемента.

Если не считать некоторых отклонений, то, действительно, расположение элементов по возрастающему атомному номеру хорошо соответствует расположению по возрастающему атомному весу. Следовательно, планетарная модель атома подтвердилась экспериментально. В 1913 г. Бор в своей знаменитой работе придал ей математическую форму, позволившую предсказать оптические и рентгеновские спектры различных элементов. Но, чтобы получить эти замечательные результаты. Бору пришлось дополнить планетарную модель основными положениями квантовой теории, поскольку использование классической механики и электродинамики не позволяло получить сколько-нибудь удовлетворительные результаты. Теория Бора могла быть развита только на базе квантовых представлений.

Читайте также

4. Фотоэлектрический эффект и дискретная природа света

4. Фотоэлектрический эффект и дискретная природа света Открытие явления фотоэффекта и его дальнейшее изучение принесло физикам много неожиданного. Сущность фотоэффекта состоит в испускании веществом быстрых электронов под воздействием достаточно коротковолнового

ЭЛЕКТРОНЫ — КВАНТОВЫЙ ГАЗ

ЭЛЕКТРОНЫ — КВАНТОВЫЙ ГАЗ В истории изучения кристаллов в начале нашего века был период, когда среди прочих проблема «электроны в металле» была весьма загадочной, интригующей, казалось — тупиковой. Посудите сами. Экспериментаторы, изучающие электрические свойства

ЭЛЕКТРОНЫ ДВИЖУТСЯ В МЕТАЛЛЕ

ЭЛЕКТРОНЫ ДВИЖУТСЯ В МЕТАЛЛЕ В школьные годы я не испытывал благоговения перед законом Ома. Напротив, мне казалось, что совершенно нет оснований почти самоочевидное утверждение превращать в памятник ученому. Ток пропорционален напряжению! А чему бы ему еще быть

Элементарные кванты вещества и электричества

Элементарные кванты вещества и электричества В картине строения вещества, нарисованной кинетической теорией, все элементы построены из молекул. Возьмем простейший пример наиболее легкого химического элемента — водорода. Мы видели, как изучение броуновского движения

40. Одна из особенностей электричества

40. Одна из особенностей электричества При помощи легко выполнимого самодельного прибора вы можете удостовериться в одной интересной и очень важной особенности электричества – скопляться только на поверхности предметов и притом лишь на выпуклых, выдающихся его

Читайте также:  Режимы торможения переменного тока

III. Что же такое, в самом деле, электроны, если их как следует рассмотреть?

III. Что же такое, в самом деле, электроны, если их как следует рассмотреть? Все странности квантовой механики были бы невинными шалостями, если бы относились только к свету. Свет — особая статья: у него вообще нет массы, и к тому же он постоянно движется со скоростью с. Как вы,

II. Долго ли живут протоны?

II. Долго ли живут протоны? Мы, создатели «Руководства», считаем себя психологами-любителями[144].Мы предполагаем» что люди увлекаются физикой, потому что боятся катаклизмов, черных дыр и конца света либо надеются все о них узнать. Ведь и вы, проезжая мимо автомобильных

2. Два рода электричества

2. Два рода электричества Производя различные опыты над электричеством, люди выяснили основные его свойства. Прежде всего они открыли, что существует два рода электричества. Одно получается при натирании мехом стекла, драгоценных камней и некоторых других материалов —

3. Прибор для наблюдения действия электричества — электроскоп

3. Прибор для наблюдения действия электричества — электроскоп Чтобы узнать, заряжен ли какой-нибудь предмет электричеством, пользуются простым прибором, который называется электроскопом. Электроскоп основан на том свойстве электричества, о котором только что

7. Получение электричества через влияние

7. Получение электричества через влияние Теперь, когда мы знаем, что атомы каждого тела состоят из частиц, содержащих как положительное, так и отрицательное электричество, мы можем объяснить важное явление — получение электричества через влияние. Это поможет нам понять,

Глава третья. Электроны и рентгеновские лучи

Глава третья. Электроны и рентгеновские лучи В конце XVIII века знаменитый американец Бенджамин Франклин, прославившийся не только своим участием в борьбе британских колоний в Америке за независимость, но и своими- электрическими опытами и в особенности изобретением

ПЕРВЫЕ ИСКРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

ПЕРВЫЕ ИСКРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА Впервые у Фарадея появилась возможность изучить, что такое электричество. Такая же цель была и у физика, жившего в Дании, Ханса Кристиана Эрстеда (1777–1851).В 1820 году Эрстед открыл, что под действием электрического тока стрелка компаса немного

III. Что же такое, в самом деле, электроны, если их как следует рассмотреть?

III. Что же такое, в самом деле, электроны, если их как следует рассмотреть? Все странности квантовой механики были бы невинными шалостями, если бы относились только к свету. Свет – особая статья: у него вообще нет массы, и к тому же он постоянно движется со скоростью с. Как

II. Долго ли живут протоны?

II. Долго ли живут протоны? Мы, создатели «Руководства», считаем себя психологами-любителями[145]. Мы предполагаем, что люди увлекаются физикой, потому что боятся катаклизмов, черных дыр и конца света либо надеются все о них узнать. Ведь и вы, проезжая мимо автомобильных

Источник

Дожили! Учёные открыто говорят, что наука не может объяснить, что такое электричество!

Вот тому наглядный и живой пример:

Игорь Петрович Копылов, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедры электромеханики Московского энергетического института: «Сейчас физика переживает глубокий кризис. Мы можем строить различные машины, аппараты, но сказать, что такое электричество в двух абзацах или в двух словах мы не можем. Электричество обычно определяется как движение зарядов. А что такое заряд, это очень широкое понятие, ибо заряд может быть электрона, заряд может быть молекулы, может быть заряд частиц, даже звёздного вещества, в этом смысле эти фундаментальные понятия трудно поддаются чёткому определению. Мы, например, не можем сказать, как в турбогенераторе разделяются заряды. Поэтому определить чётко, что такое электричество, мы не можем. Итак, если сделать вывод, то сегодня чёткое определение (понятие) электричества мы дать не можем!».

Когда физики говорят, что их фундаментальная наука «переживает глубокий кризис», это надо понимать так, что они все дружно зашли в тупик, свято веруя в те постулаты и концептуальные установки, которые составляют парадигму современной физики, принятую в начале ХХ века.

Можно сказать и по другому: современная физика начала строиться на фундаменте, в котором среди разных фундаментальных истин оказалась и одна мнимая истина. Будучи мнимой истиной, она то и привела учёных к глубокому кризису.

Как же выбираться из него?

Очевидно, чтобы выйти из тупика, или кризиса по-научному, надо вернуться назад, к тем постулатам и концептуальным установкам, которые были (случайно или злонамеренно) отвергнуты более века назад, когда формировалась парадигма нынешней современной физики.

Помните вот это заявление А.Эйншейна: «введение светоносного эфира в науку. является излишним»?! (Собр. науч. тр. М.: Наука. 1965. Т.1. С. 7–8. Zur Elektrodynamik der bewegter Korper. Ann. Phys., 1905, 17, 891-921). Автор «Теории Относительности» сделал такое заявление в 1905 году. А ведь именно под влиянием этого заявления Эйнштейна как раз и была сформирована безэфирная парадигма всей так называемой современной физики, толкающая современных российских учёных делать заявления о том, что наука о природе сегодня находится в глубоком кризисе!

Итак, если возвращаться назад, в прошлое, в поисках утраченных истин, нам надо прежде всего вспомнить определение электричества, которое дал миру гениальный Бенджамин Франклин, (тот самый, чей портрет изображён на банкноте США достоинством 100$).

С 1745 по 1750 годы испытателями природы разных стран и народов был предложен ряд теорий электричества, объединяемых одной общей чертой: наличием некоторого характерного флюида (от лат. fluidus — текучий), которому учёные приписывали самые необыкновенные свойства и качества, стараясь объяснить все электрические явления механическими процессами.

Теория, которую предложил Франклин в 1747 году, если оценивать её с позиции сегодняшнего дня, была самой правильной. Но тогда многие физики не считали её таковой! Исходила теория Франклина из следующего явления: если человек стоит на изолирующей скамеечке и натирает голой сухой рукой стеклянную трубку, то другой человек, стоящий на полу, может извлечь электрическую искру, приблизив свой палец либо к стеклянной трубке, либо к человеку, натиравшему трубку. Это явление можно варьировать, и оно прекрасно объясняется, если, согласно Франклину, принять, что существует лишь один-единственный электрический флюид, содержащийся во всех телах.

Франклин утверждал, что каждый процесс электризации состоит в извлечении из одного тела некоторой части находящегося в нём электрического флюида и его переходе в другое тело. Получающийся при этом недостаток или избыток электрического флюида в теле проявляется в характерных электрических явлениях.

Таким образом, тело наэлектризовано либо потому, что у него имеется избыток электрического флюида по сравнению с нормальным состоянием, либо потому, что у него оказывается меньше электрического флюида, нежели в нормальном состоянии.

В первом случае Франклин называл тело положительно (плюс) электризованным, во втором — отрицательно (минус) электризованным. Эта терминология сохранилась до наших дней.

Для объяснения электрических явлений Франклин приписывал электрическому флюиду три основных свойства: чрезвычайную тонкость, взаимное отталкивание его частей и сильное притяжение электрической материи к обычной (атомарной) материи.

Чрезвычайная тонкость у электрического флюида, согласно Франклину, имеется оттого, что его образует «особая форма материи», значительно более тонкая, чем обычная материя (атомы вещества).

Если тело заряжено положительно, то избыток электрического флюида размещается на его поверхности и образует «электрическую атмосферу» (сейчас это называется «электрическим полем»).

Это выражение «электрическая атмосфера» применялось в физике почти до середины XIX века подчас в строго физическом смысле. Часто говорили о «толщине» электрической атмосферы в геометрическом смысле. Через такое словоупотребление уже в XVIII веке пробило себе дорогу понятие плотности электрического флюида (с некоторых пор это называют «напряжённостью электрического поля»).

Сейчас я хочу объяснить, почему я считаю Бенджамина Франклина гением, к мыслям которого следует отнестись очень внимательно.

Им было дано совершенно правильное объяснение происхождения разных электрических зарядов, положительных и отрицательных, и в то время надо было быть своего рода ясновидящим, чтобы вот так смело заявить о том, что нет в природе двух видов электричества, а есть только одно электричество!

Я не знаю, почему мировое учёное сообщество после этого продолжило считать верной ранее возникшую теорию о существовании двух разных электрических флюидов, положительного и отрицательного, но факт остаётся фактом, эта теория о двух видах электричества господствовала в физике и в 18, и в 19 веках. И вот тому два свидетельства:

Когда в 1820 году голландский химик Ганс Эрстед открыл влияние электрического тока на магнитную стрелку (а фактически он открыл взаимодействие электрического тока с так называемым магнитным полем), то при описании этого открытия вместо определения «электрический ток» он использовал определение «электрический конфликт». По Эрстеду, «электрический конфликт» возникает всякий раз в том случае, когда положительный полюс химической батареи замыкается металлической проволокой с отрицательным полюсом этой же батареи, при этом разные по свойствам электрические флюиды с этих полюсов устремляются навстречу друг другу.

Читайте также:  Шмт 20х3 допустимый ток

Вот фрагмент его объяснения:

«…Электрический конфликт действует только на магнитные частицы вещества. Все немаг­нитные тела проницаемы для электрического конфликта. Од­нако магнитные тела или, лучше сказать, магнитные частицы этих тел, сопротивляются прохождению этого конфликта, так что они оказываются увлечёнными столкновением проти­воположных действий. Согласно изложенным фактам, элек­трический конфликт, по-видимому, не ограничен проводящей проволокой, но имеет довольно обширную сферу активности во­круг этой проволоки. Кроме того, из сделанных наблюдений можно заключить, что этот конфликт образует вихрь вокруг проволоки. Иначе было бы непонятно, как один и тот же уча­сток проволоки, будучи помещён под магнитным полюсом [стрелки] относит его к востоку, а, находясь над полюсом увле­кает его к западу. Именно вихрям свойственно действовать в противоположных направлениях на двух концах одного диа­метра. Вращательное движение вокруг оси, сочетающееся с по­ступательным движением вдоль этой оси, обязательно даёт винтовое движение…» (Книга Г. М. Голина и С. Р. Филонович «Классики физической науки», Москва, издательство «Высшая школа», 1989, с. 308).

Мне одному кажется, что в этом описании Эрстеда говорится не об одном открытии, а сразу о двух?! Ведь описанный учёным вихрь вокруг проволоки с током, это хорошо известное нам так называемое магнитное поле, вихревую природу которого современная физика в рамках своей парадигмы не способна объяснить!

А это уже слова Николы Теслы, сказанные им во время лекции «Эксперименты с переменными токами очень высокой частоты и их применение к методам искусственного освещения», проходившей в колледже Колумбия, в Нью-Йорке, 20 мая 1891 года (это уже конец 19 века!):

«Я должен признаться, что не могу поверить в два электричества. И ещё меньше я верю в существование «двойного» эфира. Загадочность поведения эфира, когда он ведёт себя как твёрдое тело по отношению к волнам света и тепла, и как жидкость по отношению к движению тел сквозь него, конечно, наиболее понятно и удовлетворительно объясняется, по предложению сэра Уильяма Томсона, тем, что он, эфир, находится в движении. Тем не менее, невзирая на это, не существует оснований, которые позволили бы нам уверенно заключить, что хотя жидкость не может передавать поперечные вибрации в нескольких сот или тысяч раз в секунду, она не сможет передавать подобные вибрации, если они будут в диапазоне сотен миллионов колебаний в секунду. Также никто не может доказать, что существуют поперечные волны эфира, испускаемые машиной переменного тока, дающей небольшое количество изменений направления тока в секунду. Для таких медленных вибраций, эфир, если он находился в состоянии покоя, может вести себя как истинная жидкость. Возвращаясь к нашему предмету, и не забывая о том, что существование двух электричеств, по меньшей мере, крайне маловероятно, мы должны помнить о том, что у нас вообще нет никаких доказательств существования электричества, и мы не можем надеяться получить их, если в рассмотрении нет «грубой материи».

Таким образом, электричество не может быть названо эфиром в широком смысле этого понятия, однако, ничто не может воспрепятствовать тому, чтобы назвать электричество эфиром, соединённым с материей, или связанным эфиром. Говоря другими словами, так называемый статический заряд молекулы – это эфир, определённым образом соединённый с молекулой… Вращение молекул и их эфира вызывает напряжения эфира или электростатические деформации. Уравнивание напряжений эфира вызывает движения эфира или электрические токи, а орбитальные движения молекул производят действия электромагнетизма и постоянного магнетизма. ». Источник.

Справка: «Молекула — (новолат. molecula, уменьшительное от лат. moles — масса) наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами».

Повторюсь, это было сказано Николой Тесла 20 мая 1891 года. Тогда атомы вещества считались учёными неделимыми, и о сложной структуре атомов ещё не было никакого представления.

Когда английский физик Джозеф Джон Томсон в ходе изучения так называемых катодных лучей нашёл доказательство, что все образующие их частицы тождественны друг другу и входят в состав вещества, об этом было рассказано им группе учёных на вечернем заседании Королевского общества 29 апреля 1897 года, тогда стало ясно, что высказанная американцем Бенджамином Франклиным ещё в 1747 году (за 150 лет до этого!) гипотеза об одном виде электричества получила убедительное экспериментальное подтверждение.

У меня сейчас в этой связи созрел вопрос: сколько ещё лет учёные будут говорить о кризисе современной науки, чтобы потом признать, что:

1) Г.Х.Эрстед был прав относительно наблюдения: «электрический ток образует вихрь вокруг проволоки» (вихрь, а не какое-то абстрактное «поле», вызывающее магнитные эффекты);

2) Н.Тесла был прав в своём предположении: «ничто не может воспрепятствовать тому, чтобы назвать электричество эфиром, соединённым с материей, или связанным эфиром».

Ах, да. Для того, чтобы такое признание стало возможным, необходимо сначала огласить вердикт, что Альберт Эйнштейн сильно погорячился в 1905 году, когда заявил, что «введение светоносного эфира в науку. является излишним»!

И да, ещё надо признать, что эксперименты по поиску так называемого «эфирного ветра» у поверхности нашей планеты, которые проводились в Альбертом Майкельсоном в 1880 году и позже, были если не мошенническими, то глубоко ошибочными!

Почему эта затея с измерением «эфирного ветра» была бесперспективной и, скорее всего, мошеннической, я рассказал в отдельной статье: «Верхи категорически против правды, а низы уже не хотят жить во лжи!» — это про современную физику. »

В заключение выскажу ещё одну мысль, что Игорь Петрович Копылов, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедры электромеханики Московского энергетического института, не просто так сказал на камеру о том, что современная наука с её теперешней парадигмой не может объяснить природу электричества. Похоже, что тем самым он подаёт всему нашему обществу сигнал SOS, мол, нашу науку надо спасать, выводить из концептуального тупика! А сами учёные без поддержки народа этого не могут сделать.

Наверное, потому они не могут, что всё находится под контролем. Под чужим контролем! Недаром же ещё в 1928 году личный биограф банкирской семьи Ротшильдов Марк Эли Раваж заявил: «Мы положили стоп-кран на ваш прогресс!». Так вот, видимо, пришло время снять этот стоп-кран с науки о природе, которая к тому же ответственна за то, чтобы формировать у людей правильное мировоззрение!

Чтобы это произошло, надо об этом открыто заговорить. Прежде всего в СМИ. Если проблема есть, её надо решить, а не замалчивать!

11 августа 2020 г. Мурманск. Антон Благин

Источник

13. Помехи, типы помех, методы борьбы с помехами

koralexand.ru > 13. Помехи, типы помех, методы борьбы с помехами

Помеха – это любое воздействие, накладывающееся на полезный сигнал и затрудняющее его прием. Помехи весьма разнообразны как по своему происхождению, так и по физическим свойствам.

В проводных каналах связи основным видом помех являются импульсные шумы и прерывная связь. Появление импульсных помех часто связано с автоматической коммутацией и с перекрестными наводками. Прерывание связи есть явление, при котором сигнал в линии резко затухает или совсем исчезает.

Практически в любом диапазоне частот имеют место внутренние шумы аппаратуры, обусловленные хаотическим движением носителей заряда в усилительных приборах, сопротивлениях и других элементах аппаратуры. Этот вид помех особенно сказывается в диапазоне ультракоротких волн. В этом диапазоне имеют значение и космические помехи, связанные с электромагнитными процессами, происходящими на Солнце, звездах и других внеземных объектах.

Классификацию помех можно провести по следующим признакам:

— по происхождению (месту возникновения);

— по физическим свойствам;

— по характеру воздействия на сигнал.

К помехам по происхождению в первую очередь относятся внутренние шумы аппаратуры (тепловые шумы)обусловленные хаотическим движением носителей заряда в усилительных приборах, сопротивлениях и других элементах аппаратуры. Случайное тепловое движение носителей заряда в любом проводнике вызывает случайную разность потенциалов на его концах. Среднее значение напряжения равно нулю, а переменная составляющая проявляется как шум. Квадрат эффективного напряжения теплового шума определяется известной формулой Найквиста

Читайте также:  Расчет питающего кабеля по току

где Т- абсолютная температура, которую имеет сопротивление R;

F— полоса частот; k=1,37*10 (-23) Вт.сек/град- постоянная Больцмана.

К помехам по происхождению, во вторую очередь, относятся помехи от посторонних источников, находящихся вне каналов связи:

— атмосферные помехи (громовые разряды, полярное сияние, и др.), обусловленные электрическими процессами в атмосфере;

— индустриальные помехи, возникающие в электрических цепях электроустановок (электротранспорт, электрические двигатели, системы зажигания двигателей, медицинские установки и другие.);

— помехи от посторонних станций и каналов, возникающих от различных нарушений режима их работы и свойств каналов;

— космические помехи, связанные с электромагнитными процессами, происходящими на Солнце, звездах, галактиках и других внеземных объектах.

По физическим свойствам помех различают:

Флуктуационные помехи. Среди аддитивных помех особое место занимает флуктационная помеха, которая является случайным процессом с нормальным распределением (гауссов процесс). Этот вид помех практически имеет место во всех реальных каналах.

Электрическую структуру флуктуационной помехи можно представить себе как последовательность бесконечно коротких импульсов, имеющих случайную амплитуду и следующих друг за другом через случайные промежутки времени. При этом импульсы появляются один за другим настолько часто, что переходные явления в приемнике от отдельных импульсов накладываются, образуя случайный непрерывный процесс.

Так, источником шума в электрических цепях могут быть флуктуации тока, обусловленные дискретной природой носителей заряда (электронов, ионов). Дискретная природа электрического тока проявляется в электронных лампах и полупроводниковых приборах в виде дробового эффекта.

Наиболее распространенной причиной шума являются флуктуации, обусловленные тепловым движением.

Длительность импульсов, составляющих флуктуационную помеху, очень мала, поэтому спектральная плотность помехи постоянна вплоть до очень высоких частот.

К сосредоточенным по времени (импульсным) помехам относят помехи в виде одиночных импульсов, следующих один за другим через такие большие промежутки времени, что переходные явления в радиоприемнике от одного импульса успевают практически затухнуть к моменту прихода следующего импульса.

Сосредоточенные по спектру помехи. К этому виду помех принято относить сигналы посторонних радиостанций, излучения генераторов высокой частоты различного назначения и т. п. В отличие от флуктационных и импульсных помех, спектр которых заполняет полосу частот приёмника, ширина спектра сосредоточенной помехи в большинстве случаев меньше полосы пропускания приёмника. В диапазоне коротких волн этот вид помех является основным, определяющим помехоустойчивость связи.

По характеру воздействияна сигнал различают:

Аддитивной называется помеха, мгновенные значения которой складываются с мгновенными значениями сигнала. Мешающее воздействие аддитивной помехи определяется суммированием с полезным сигналом. Аддитивные помехи воздействует на приемное устройство независимо от сигнала и имеют место даже тогда, когда на входе приемника отсутствует сигнал.

Мультипликативнойназывается помеха, мгновенные значения которой перемножаются с мгновенными значениями сигнала. Мешающее действие мультипликативных помех проявляется в виде изменения параметров полезного сигнала, в основном амплитуды. В реальных каналах электросвязи обычно имеют место не одна, а совокупность помех.

Под искажениямипонимают такие изменения форм сигнала, которые обусловлены известными свойствами цепей и устройств, по которым проходит сигнал. Главная причина искажений сигнала – переходные процессы в линии связи, цепях передатчика и приемника. При этом различают искажения: линейные и нелинейныевозникающие в соответствующих линейных и нелинейных цепях. В общем случае искажения отрицательно сказываются на качестве воспроизведения сообщений и не должны превышать установленных значений (норм).

При известных характеристиках канала связи форму сигнала на его выходе всегда можно рассчитать по методике, изложенной в теории линейных и нелинейных цепей. Дальнейшие изменения формы сигнала можно скомпенсировать корректирующими цепями или просто учесть при последующей обработке в приемнике. Это уже дело техники.

ДРУГОЕ ДЕЛО ПОМЕХИ — ОНИ заранее не известны и поэтому не могут быть устранены полностью.

Борьба с помехами — основная задача теории и техники связи. Любые теоретические и технические решения, о выполнении кодера или декодера, передатчика и приемника системы связи должны приниматься с учетом того, что в линии связи имеются помехи. При всем многообразии методов борьбы с помехами их можно свести к трем направлениям:

— подавление помех в месте их возникновения. Это достаточно эффективное и широко применяемое мероприятие, но не всегда приемлемо. Ведь существуют источники помех, на которые воздействовать нельзя (грозовые разряды, шумы Солнца и др.);

— уменьшение помех на путях проникновения в приемник;

— ослабление влияния помех на принимаемое сообщение в приемнике, демодуляторе, декодере. Именно это направление для нас является предметом изучения.

Оставить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Источник



Электрический заряд. Дискретность заряда. Закон сохранения электрического заряда Закон Кулона

ЭЛЕКТРОСТАТИКА

В этом разделе изучается одна из сторон единого электромагнитного поля — электростатическое поле неподвижных зарядов. В основе такого рассмотрения лежит установленный экспериментально закон Кулона, идея близкодействия и принцип суперпозиции электростатических полей.

Электростатика — раздел электродинамики, в котором изучается взаимодействие неподвижных электрических зарядов. Такое взаимодействие осуществляется посредством электростатического поля. C 17 го века исследователи проводили многочисленные опыты с наэлектризованными телами. Были построены первые электростатические машины, основанные на электризации трением. С изобретением первого конденсатора (лейденская банка 1745 г.) появилась возможность накапливать большие электрические заряды. Это позволило в 1750 г. Б. Франклину установить закон сохранения электрического заряда.

В 1785 г. был экспериментально открыт закон взаимодействия неподвижных электрических зарядов — закон Кулона. С этого времени началось количественное изучение электрических явлений с помощью изобретенных в то время приборов (электроскопов и электрометров).

В отличие от гравитационного, в электростатическое взаимодействие вступают не все тела и частицы. Тем из них, которые участвуют в таких взаимодействиях, приписывается новое свойство — электрический заряд.

Электрический заряд. Дискретность заряда. Закон сохранения электрического заряда Закон Кулона.

По современным представлениям, электрический заряд является скалярной физической величиной, которая характеризует способность тел вступать в электромагнитные взаимодействия и его величина определяет интенсивность этих взаимодействий.

Что же представляет собой электрический заряд? Для того, чтобы составить себе представление об этом понятии, можно перечислить свойства, которыми обладают электрические заряды.

1) Существует два типа зарядов — положительные или отрицательные, им соответствуют два типа взаимодействия: одноименные заряды отталкиваются друг от друга, а разноименные – притягиваются.

2) Электрический заряд величина релятивистски инвариантная, т.е. он не изменяется при движении с любыми скоростями и не зависит от выбора системы отсчета.

3) Заряд обладает свойством аддитивности, т.е. заряд любой системы равняется алгебраической сумме зарядов частиц, составляющих эту систему.

4) Электрический заряд – дискретен, т.е. заряды всех тел и частиц, вступающих в электрические взаимодействия, состоят из целого числа элементарных зарядов. В природе в свободном состоянии существуют частицы, имеющие минимальный по модулю заряд, равный . Поэтому

где N — целое число. В этом заключается дискретность электрического заряда. Заряд электрона равен , т.е. является отрицательным и численно равным элементарному заряду, а заряд протона является положительным по знаку и численно равным элементарному заряду.

5) М. Фарадеем был сформулирован закон сохранения заряда: в любой электроизолированной системе алгебраическая сумма электрических зарядов остается величиной постоянной

Замкнутая система: const. (1.2)

В 1785 году Ш Кулоном с помощью изобретенных им крутильных весов экспериментально был установлен закон взаимодействия неподвижных точечных зарядов. «Точечным» называется заряд, сосредоточенный на теле, линейные размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с расстояниями до других заряженных тел, с которыми он взаимодействует. Закон Кулона:силы, с которыми взаимодействуют два неподвижных точечных заряда в вакууме, прямо пропорциональны произведению этих зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними; силы направлены вдоль прямой, соединяющей эти заряды:

где — сила, с которой первый заряд действует на второй заряд, а — радиус – вектор, проведенный от первого заряда ко второму заряду.

Входящая в формулу (1.3) величина Ф/м называется электрической постоянной, она возникает при записи формулы закона в международной системе единиц СИ, а коэффициент k пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц в системе СИ равен

Если взаимодействующие заряды находятся в однородной и изотропной диэлектрической среде, то в знаменателе формулы (1.3) появляется безразмерная величина — диэлектрическая проницаемость среды, которая показывает во сколько раз сила взаимодействия зарядов в данной среде меньше, чем их сила взаимодействия в вакууме.

Для вакуума ε = 1, для всех сред ε>1, но с достаточной степенью точности при проведении многих расчетов можно принять для газов ( и для воздуха).

Источник