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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Ondas curtas em fios. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Radioamador iniciante Ondas de corrente permanente As ondas curtas se propagam ao longo do fio de uma forma diferente da que estamos acostumados a imaginar a propagação da corrente. Normalmente assumimos que a corrente em qualquer lugar do fio tem a mesma intensidade. Com uma corrente oscilatória, isso acaba sendo incorreto; as chamadas "ondas estacionárias" de corrente e tensão são formadas nos fios, causadas pela reflexão da eletricidade da ponta do fio. A rigor, tais ondas se formam com qualquer corrente alternada, mas não podemos observá-las, pois geralmente são necessários fios muito longos para isso: é necessário que o comprimento do fio ou par de fios exceda pelo menos 1/4 do comprimento de onda . Para ondas curtas isso é muito fácil de fazer. Vamos primeiro analisar o que acontece em um único fio. Seja um fio suficientemente longo, que tenha um gerador de ondas curtas em uma extremidade E e a outra extremidade A seja isolada (Fig. 1).
Como já apontamos, a corrente em tal fio não será a mesma ao longo de seu comprimento. No final, a corrente é 0, e conforme você se afasta da ponta, ela aparece e vai aumentando gradativamente, até que no ponto B, a 1/4 de onda da ponta, atinge seu valor máximo. Isso significa que, se ligarmos o amperímetro em diferentes pontos do fio entre os pontos A e B, ele mostrará cada vez mais corrente à medida que nos aproximamos do ponto B, e a corrente mudará ao longo da curva ABC. 1º. Além do ponto B, a corrente cai gradualmente até o ponto C, onde para completamente. A distância de C a A é igual a metade do comprimento de onda do gerador de ondas curtas. Além disso, além do ponto C, a corrente aumenta novamente, atingindo seu valor máximo em D, e novamente cai para zero, após o que tudo se repete novamente. A distância AD é igual a 3/4 de uma onda, a distância AE é todo o comprimento de onda do gerador. Nos pontos máximos (B e D), o amperímetro mostrará a mesma intensidade de corrente, mas a corrente em cada momento dado nesses pontos flui em direções opostas (como, por exemplo, indicado pelas setas). Para ver isso no desenho, colocamos a curva de distribuição de corrente CdE abaixo da linha EA, enquanto a primeira parte dela, AbC, está localizada acima de EA. A curva AbCdE tem a forma de uma chamada curva senoidal. Quando temos uma distribuição de corrente tão desigual ao longo do fio, dizemos que uma onda de corrente estacionária foi estabelecida no fio. Os locais de maior intensidade de corrente (pontos B D) são chamados de antinós de corrente, e os locais onde é igual a zero (pontos A, C, E) são chamados de nós de corrente. Vemos que ambos os nós e antinós vizinhos estão a uma distância de meia onda um do outro. Consideramos o fio longo o suficiente, mas se ele fosse mais curto, por exemplo, apenas 1/4 de onda (ou seja, já haveria um gerador no ponto B), a distribuição de corrente ainda seria desigual. Ao mesmo tempo, como a corrente na ponta do fio é sempre 0, então na ponta do fio (A) haverá um nó, e no gerador (B) haverá um antinó de corrente. Agora é importante observar que, se tivermos um único fio no qual as ondas de corrente estacionárias são estabelecidas, ele irradia ondas de rádio para o espaço. Isso significa que ele consome energia. O consumo de energia para radiação em ondas curtas é muito significativo e aumenta com o encurtamento do comprimento de onda. Se precisarmos que o fio irradie, isso será um gasto útil de energia, mas às vezes isso simplesmente não é necessário e, então, esse gasto será um desperdício de energia. Temos esse caso, por exemplo, se o fio EA não for uma antena em si, mas servir apenas para fornecer energia à antena. Nesse caso, a energia perdida nela por radiação não só será desperdiçada para nós, como pode até ser prejudicial, interferindo na radiação de uma antena real. Sistema de Lecher Para fornecer corrente sem perda de energia por radiação, é usada uma linha de dois fios ou o chamado sistema Lecherov (Fig. 2). Consiste em dois fios que correm a uma distância relativamente curta um do outro. Caramba. 2 mostra um sistema Lecher isolado em uma extremidade e conectado na outra extremidade a um gerador. Neste sistema, também vemos a formação de ondas de corrente estacionária. Mas, olhando atentamente para o desenho, você pode ver que no mesmo lugar (por exemplo, corte aa), a corrente em cada fio flui em direções opostas. É muito importante. Devido a esta circunstância, ambos os fios impedem um ao outro de irradiar energia e o sistema Lecherov não apresenta perdas por radiação.
Até agora, falamos sobre ondas estacionárias de corrente, mas as mesmas ondas ocorrem para tensão. Caramba. 3 mostra a distribuição de tensão ao longo do sistema Lecher. Vemos aqui a mesma curva da corrente; nós e antinós também são observados aqui. Mas apenas antinós de tensão ocorrem exatamente onde a corrente tem nós e vice-versa. Isso é fácil de ver comparando os desenhos 2 e 3.
Muitas vezes, o sistema Lecherov com uma ponte é usado. Este é o nome de um condutor móvel que causa curto-circuito nos dois fios do sistema. Esta ponte pode ser feita de duas placas finas de cobre aparafusadas. Quando a ponte precisa ser movida, os parafusos são afrouxados e aparafusados novamente. O sistema Lecherov com ponte difere porque no local da ponte a tensão entre os fios sempre será zero, haverá um nó de tensão e, consequentemente, um antinó de corrente. Como as curvas de corrente e tensão são arranjadas neste caso é mostrado na Fig. 4.
Portanto, ao instalar uma ponte em algum lugar do sistema, determinamos o local do antinó atual. Isso é muito conveniente quando o sistema é projetado para funcionar com diferentes comprimentos de onda, pois permite alterar facilmente as configurações do sistema. O fato é que, para obter ondas estacionárias distintas, o sistema Lecherov não pode ser conectado ao gerador de alguma forma. É imprescindível que o gerador esteja localizado em um determinado local, por exemplo, no antinó da corrente. É mostrado no inferno. 2, onde o sistema é conectado à bobina do gerador de modo que um antinó de corrente passe pela bobina. Se agora mudarmos a onda do gerador, exatamente 3/4 da onda não caberá no fio. Como sempre haverá um nó de corrente no final do sistema, nosso gerador sairá do antinó e as ondas estacionárias, neste caso, serão muito fracas. Se tivermos uma ponte, sempre podemos movê-la para que o gerador caia novamente no antinó da corrente. Experimentos com o sistema de Lecher Não é difícil realizar um experimento que permita verificar visualmente o que foi dito. Para fazer isso, você precisa ter um gerador de ondas curtas, um sistema Lecherov e várias lâmpadas de uma lanterna. O gerador deve ter potência suficiente - de dois dez watts; com dois amplificadores ou micro-tubos, resultados satisfatórios só podem ser obtidos com um gerador muito bom. Faixa de onda: 30 metros e abaixo. O sistema de Lecher deve ser retirado de dois fios com diâmetro de cerca de 1 mm (o fio de bronze do telefone é muito bom) e puxar esses fios a uma distância de 5 a 10 cm um do outro, cuidando para que essa distância não mude entre os fios . Para fazer isso, espaçadores de ebonite ou vidro devem ser colocados entre eles a uma distância de 3 a 4 metros um do outro. É melhor levar o sistema o maior tempo possível, de preferência 25 a 30 metros. As pontas dos fios devem ser isoladas, principalmente as mais próximas do gerador. Aqui o fio deve ser interceptado antes de chegar ao gerador, conforme mostrado no inferno. 5, deixando a ponta livre para conectar ao gerador.
Os isoladores devem ser em forma de porca - uma corrente de 4-5 peças, necessariamente conectadas com uma corda, não arame, - ou vidro - tubular ou inteiro. Pegando uma lâmpada de uma lanterna, solde dois condutores nus duros a ela e leve-os em direções opostas. As pontas dos condutores devem ser dobradas de forma que enrolem nos fios do sistema Lecher, conforme a Fig. 6, permitindo, no entanto, mover a ponte resultante com uma lâmpada ao longo do sistema. As extremidades do sistema são conectadas ao gerador ou conforme mostrado na Fig. 2, ou acoplado indutivamente (Fig. 7). Em ambos os casos, a conexão mais vantajosa deve ser selecionada pela experiência.
Depois de ajustar o gerador para alguma onda, por exemplo, 20 metros, eles movem a ponte, afastando-se do gerador. A lâmpada da ponte, que inicialmente brilha, apaga-se gradualmente; mas se você se afastar cerca de meia onda, ela acende novamente e, quando brilhar mais, o sistema de Lecher será ajustado. Então, uma meia onda estacionária com antinós de corrente na lâmpada e no gerador se encaixará no sistema. Se você mover a lâmpada ainda mais, ela se apagará e acenderá novamente quando duas meias-ondas se ajustarem do gerador à ponte, etc.
Quando o sistema Lecher é configurado, também podemos detectar nós no antinodo de tensão. Os nós de tensão podem ser encontrados tocando o fio com algum condutor na mão. Normalmente, com esse toque, a configuração do sistema é perturbada e a luz da ponte se apaga. Mas se tocarmos o fio no nó de tensão, não violaremos as configurações e tudo permanecerá inalterado. Isso acontece porque o fio não tem tensão no nó e, portanto, ao conectar o nó ao terra, não conseguimos desviar a corrente para o solo. Os nós de tensão estão localizados no mesmo local que o antinó de corrente. Para encontrar os antinós, você precisa pendurar uma lâmpada de uma lanterna em um dos fios, conforme mostrado na Fig. 7. A chapa A pode ser de qualquer metal (exceto ferro) de 10x10 cm ou maior. A lâmpada brilhará mais fortemente no antinó da tensão, porque aqui a corrente fluirá mais fortemente do fio através da lâmpada e da capacitância da folha de metal. Se o gerador tiver uma potência significativa, pendurando uma lâmpada elétrica comum (sem folha) no antinó da tensão, poderemos observar o brilho azulado do ar rarefeito contido nela. Se você deixar o antinó de tensão, os fenômenos descritos desaparecem. Sobre a medição do comprimento de onda O leitor do que foi dito, aliás, pode concluir que é conveniente aplicar o sistema de Lecher para determinar o comprimento de onda do gerador. De fato, medindo a distância entre dois antinós de corrente adjacentes, teremos exatamente a metade do comprimento de onda. No entanto, deve-se observar que a medição da onda usando a configuração descrita não fornecerá resultados totalmente precisos. A lâmpada localizada na ponte absorve energia e, como resultado, a onda medida será um pouco mais curta que a real. O erro de medição atinge 1-2%. Para evitar esse erro, nas instalações de laboratório, em vez de uma lâmpada, são utilizados dispositivos sensíveis, que, aliás, não estão incluídos na ponte, mas são conectados a ela indutivamente. O método em si permanece o mesmo e é usado para calibrar medidores de onda de ondas curtas. Vamos agora nos familiarizar com mais algumas propriedades do sistema Lecher, que, aliás, nos permitirão descrever mais adiante outra forma mais precisa de medir o comprimento de onda. O sistema de Lecher como uma resistência sem watts A auto-indução e a capacitância encontradas no caminho da corrente alternada representam para ela a chamada resistência sem watts - indutiva ou capacitiva. O sistema Lecher também pode ser usado como tal resistência, além disso, às vezes tem vantagens sobre bobinas e capacitores de auto-indução convencionais. Para entender por que isso ocorre, vamos à Figura 8. Aqui estão as curvas de corrente e tensão ao longo do sistema Lecher terminando em A. Sabemos que a distribuição ondulante de corrente e tensão se deve à reflexão da extremidade do condutor. Mas você pode ver as coisas de maneira um pouco diferente. Vamos pegar duas seções a e b no sistema e observar que a corrente em a é maior que em b e a tensão é vice-versa. Nesse caso, podemos dizer que a resistência do sistema Lecher em a é menor que em b. Por resistência entendemos a resistência de uma seção do sistema com um comprimento da extremidade até a e da extremidade até c.
Raciocinando desta forma, podemos definir a resistência para um sistema Lecher de qualquer comprimento. Acontece que, dependendo do comprimento, pode ser indutivo (equivalente à resistência da bobina de auto-indução) ou capacitivo. Caramba. A Figura 9 mostra as curvas dessa resistência para o sistema Lecher em ponte. As curvas referem-se a um sistema de fios de 1 mm de diâmetro separados por 8 cm, mas serão aproximadamente iguais para todos os sistemas de tamanhos semelhantes. No desenho, a resistência indutiva em Ohms é plotada para cima a partir do eixo horizontal, a resistência capacitiva para baixo. O comprimento do sistema Lecher é plotado ao longo do eixo horizontal em frações de uma onda. Suponha que queremos ter um sistema cuja resistência seja indutiva e igual a 1000 ohms. É fácil determinar pelas curvas que, para isso, o sistema deve ter um comprimento igual a 0,16 comprimentos de onda.
As curvas de resistência sem watts do sistema Lecher permitem, entre outras coisas, entender em que realmente consiste o processo de ajuste do sistema. Para obter a maior corrente e, conseqüentemente, as ondas estacionárias mais perceptíveis, é necessário que o sistema conectado ao gerador Lecherov não tenha muita resistência; menos ainda, essa resistência será justa quando o comprimento do sistema for igual a uma meia onda ou a um múltiplo dela; neste caso, o gerador estará no antinodo da corrente. Faz sentido usar o sistema Lecher em vez de bobinas de auto-indução e capacitores para ondas muito curtas, especialmente para ondas da ordem de vários metros. As vantagens aqui são que o sistema Lecherov tem perdas muito baixas, que em bobinas e capacitores aumentam muito com o encurtamento de onda. É mais conveniente usar o sistema Lecher em vez de bobinas ou capacitores de bloqueio, é mais difícil usá-lo em circuitos oscilatórios *. Claro, deve ser lembrado que o sistema Lecherov apresenta uma certa resistência sem watt apenas para uma determinada onda; assim que mudamos a onda, a resistência muda. Também deve ser notado que para capacitores (se eles não devem passar corrente contínua), um sistema sem ponte deve ser adotado. As curvas de capacitância para tal sistema são dadas na Fig. 10. Neste caso, as pontas dos fios devem estar bem isoladas.
Mais sobre medição de ondas Tendo nos familiarizado com a resistência do sistema Lecher, podemos descrever outro método para medir o comprimento de onda, que, no entanto, requer um gerador potente, se possível. Para isso, é necessário ter um circuito oscilatório simétrico conectado indutivamente com o gerador (Fig. 11).
Os capacitores devem ter capacidade de aproximadamente 8 a 100 cm, bobinas de 4 a 10 voltas com diâmetro de cerca de 8 cm.No circuito, uma lâmpada de lanterna é incluída como indicador. A conexão deve ser possivelmente fraca, e é por isso que um gerador mais potente é desejável. O circuito oscilatório é interrompido nos pontos a e b, onde o sistema Lecherov com uma ponte está conectado. A ponte é primeiro instalada não muito longe do circuito (cerca de 1/8 de onda) e o circuito é sintonizado para ressonância: ao mesmo tempo, a lâmpada pisca. Então. sem tocar no circuito, afaste a ponte até que a lâmpada acenda novamente com o máximo de brilho. A distância entre a primeira posição e a última será de apenas meia onda. Este método baseia-se no fato de que os mesmos valores de resistência do sistema são repetidos ao longo do comprimento do sistema estritamente a cada meia onda, a menos que o sistema tenha grandes perdas de energia. Em conclusão, destacamos que o sistema Lecher é de particular importância para fornecer energia a antenas e, em particular, a antenas direcionais complexas. Não vamos nos deter nessa questão, que requer um ensaio especial. Como o leitor pode ver, na técnica de ondas curtas o sistema de Lecherov tem sido amplamente utilizado; tem todos os motivos para ocupar seu lugar de direito na prática de nossos rádios amadores de ondas curtas. * É útil lembrar que a reatância indutiva da bobina autoindutiva L é 6,28 fL ohms, a reatância capacitiva do capacitor C é 1/(6,28fC) ohms, onde f é a frequência de oscilação = 3 * 108/Lambda, onde Lambda é o comprimento de onda em metros. L e C devem ser expressos em henries e farads. De acordo com essas fórmulas, é possível determinar qual bobina e qual capacitor são equivalentes ao sistema Lecherov de um ou outro comprimento. Autor: A.Pistolkors
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