जब यह आता हैएंटेना, जिस प्रश्न को लेकर लोग सबसे अधिक चिंतित हैं वह है "विकिरण वास्तव में कैसे प्राप्त होता है?"सिग्नल स्रोत द्वारा उत्पन्न विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र ट्रांसमिशन लाइन के माध्यम से और एंटीना के अंदर कैसे फैलता है, और अंत में एंटीना से "अलग" होकर एक मुक्त अंतरिक्ष तरंग बनाता है।
1. एकल तार विकिरण
आइए मान लें कि चार्ज घनत्व, जिसे qv (कूलम्ब/m3) के रूप में व्यक्त किया गया है, एक गोलाकार तार में a के क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र और V के आयतन के साथ समान रूप से वितरित किया जाता है, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है।
आकृति 1
आयतन V में कुल आवेश Q एक समान गति Vz (m/s) से z दिशा में चलता है।यह सिद्ध किया जा सकता है कि तार के क्रॉस सेक्शन पर वर्तमान घनत्व Jz है:
जेजेड = क्यूवी वीजेड (1)
यदि तार एक आदर्श चालक से बना है, तो तार की सतह पर धारा घनत्व Js है:
जेएस = क्यूएस वीजेड (2)
जहाँ qs सतह आवेश घनत्व है।यदि तार बहुत पतला है (आदर्श रूप से, त्रिज्या 0 है), तो तार में धारा को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:
Iz = ql vz (3)
जहाँ ql (कूलम्ब/मीटर) प्रति इकाई लंबाई का आवेश है।
हम मुख्य रूप से पतले तारों से चिंतित हैं, और निष्कर्ष उपरोक्त तीन मामलों पर लागू होते हैं।यदि धारा समय-परिवर्तनशील है, तो समय के संबंध में सूत्र (3) का व्युत्पन्न इस प्रकार है:
(4)
az आवेश त्वरण है।यदि तार की लंबाई l है, तो (4) को इस प्रकार लिखा जा सकता है:
(5)
समीकरण (5) धारा और आवेश के बीच का मूल संबंध है, और विद्युत चुम्बकीय विकिरण का भी मूल संबंध है।सीधे शब्दों में कहें तो, विकिरण उत्पन्न करने के लिए, समय-परिवर्तनशील धारा या आवेश का त्वरण (या मंदी) होना चाहिए।हम आम तौर पर समय-हार्मोनिक अनुप्रयोगों में वर्तमान का उल्लेख करते हैं, और क्षणिक अनुप्रयोगों में चार्ज का अक्सर उल्लेख किया जाता है।चार्ज त्वरण (या मंदी) उत्पन्न करने के लिए, तार को मोड़ना, मोड़ना और बंद करना होगा।जब चार्ज समय-हार्मोनिक गति में दोलन करता है, तो यह आवधिक चार्ज त्वरण (या मंदी) या समय-परिवर्तनशील धारा भी उत्पन्न करेगा।इसलिए:
1) यदि आवेश गति नहीं करता है, तो कोई धारा नहीं होगी और कोई विकिरण नहीं होगा।
2) यदि आवेश स्थिर गति से चलता है:
एक।यदि तार सीधा और लंबाई में अनंत है, तो कोई विकिरण नहीं होता है।
बी।यदि तार मुड़ा हुआ, मुड़ा हुआ या असंतुलित है, जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है, तो विकिरण होता है।
3) यदि चार्ज समय के साथ दोलन करता है, तो तार सीधा होने पर भी चार्ज विकीर्ण होगा।
चित्र 2
विकिरण तंत्र की गुणात्मक समझ एक खुले तार से जुड़े एक स्पंदित स्रोत को देखकर प्राप्त की जा सकती है जिसे इसके खुले सिरे पर लोड के माध्यम से ग्राउंड किया जा सकता है, जैसा कि चित्र 2 (डी) में दिखाया गया है।जब तार प्रारंभ में सक्रिय होता है, तो तार में आवेश (मुक्त इलेक्ट्रॉन) स्रोत द्वारा उत्पन्न विद्युत क्षेत्र रेखाओं द्वारा गति में सेट हो जाते हैं।चूँकि तार के स्रोत सिरे पर आवेश त्वरित हो जाते हैं और इसके सिरे पर परावर्तित होने पर मंद (मूल गति के सापेक्ष नकारात्मक त्वरण) हो जाता है, इसलिए इसके सिरे पर और तार के बाकी हिस्सों पर एक विकिरण क्षेत्र उत्पन्न होता है।आवेशों का त्वरण बल के एक बाहरी स्रोत द्वारा पूरा किया जाता है जो आवेशों को गति प्रदान करता है और संबंधित विकिरण क्षेत्र उत्पन्न करता है।तार के सिरों पर आवेशों का मंदन प्रेरित क्षेत्र से जुड़े आंतरिक बलों द्वारा पूरा किया जाता है, जो तार के सिरों पर संकेंद्रित आवेशों के संचय के कारण होता है।जैसे ही तार के सिरों पर इसका वेग शून्य हो जाता है, आंतरिक बल आवेश के संचय से ऊर्जा प्राप्त करते हैं।इसलिए, विद्युत क्षेत्र उत्तेजना के कारण आवेशों का त्वरण और तार प्रतिबाधा के असंततता या चिकने वक्र के कारण आवेशों का धीमा होना विद्युत चुम्बकीय विकिरण उत्पन्न करने के तंत्र हैं।हालाँकि मैक्सवेल के समीकरणों में वर्तमान घनत्व (जेसी) और चार्ज घनत्व (क्यूवी) दोनों स्रोत शब्द हैं, चार्ज को अधिक मौलिक मात्रा माना जाता है, खासकर क्षणिक क्षेत्रों के लिए।यद्यपि विकिरण की यह व्याख्या मुख्य रूप से क्षणिक अवस्थाओं के लिए उपयोग की जाती है, इसका उपयोग स्थिर-अवस्था विकिरण को समझाने के लिए भी किया जा सकता है।
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2. दो-तार विकिरण
वोल्टेज स्रोत को एंटीना से जुड़ी दो-कंडक्टर ट्रांसमिशन लाइन से कनेक्ट करें, जैसा चित्र 3(ए) में दिखाया गया है।दो-तार लाइन पर वोल्टेज लगाने से कंडक्टरों के बीच एक विद्युत क्षेत्र उत्पन्न होता है।विद्युत क्षेत्र रेखाएं प्रत्येक चालक से जुड़े मुक्त इलेक्ट्रॉनों (आसानी से परमाणुओं से अलग हो जाते हैं) पर कार्य करती हैं और उन्हें चलने के लिए मजबूर करती हैं।आवेशों की गति से करंट उत्पन्न होता है, जो बदले में एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है।
चित्र तीन
हमने यह स्वीकार कर लिया है कि विद्युत क्षेत्र रेखाएँ धनात्मक आवेश से शुरू होती हैं और ऋणात्मक आवेश पर समाप्त होती हैं।निःसंदेह, वे धनात्मक आवेशों से भी शुरू हो सकते हैं और अनंत पर समाप्त हो सकते हैं;या अनंत से प्रारंभ होकर ऋणात्मक आवेश पर समाप्त होता है;या बंद लूप बनाते हैं जो न तो किसी चार्ज के साथ शुरू होते हैं और न ही समाप्त होते हैं।चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं हमेशा धारा प्रवाहित करने वाले चालकों के चारों ओर बंद लूप बनाती हैं क्योंकि भौतिकी में कोई चुंबकीय आवेश नहीं होता है।कुछ गणितीय सूत्रों में, शक्ति और चुंबकीय स्रोतों से जुड़े समाधानों के बीच द्वंद्व दिखाने के लिए समतुल्य चुंबकीय आवेश और चुंबकीय धाराएं पेश की जाती हैं।
दो चालकों के बीच खींची गई विद्युत क्षेत्र रेखाएँ आवेश के वितरण को दर्शाने में मदद करती हैं।यदि हम मानते हैं कि वोल्टेज स्रोत साइनसॉइडल है, तो हम उम्मीद करते हैं कि कंडक्टरों के बीच विद्युत क्षेत्र भी स्रोत के बराबर अवधि के साथ साइनसॉइडल होगा।विद्युत क्षेत्र की ताकत का सापेक्ष परिमाण विद्युत क्षेत्र रेखाओं के घनत्व द्वारा दर्शाया जाता है, और तीर सापेक्ष दिशा (सकारात्मक या नकारात्मक) का संकेत देते हैं।कंडक्टरों के बीच समय-भिन्न विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों की उत्पत्ति एक विद्युत चुम्बकीय तरंग बनाती है जो ट्रांसमिशन लाइन के साथ फैलती है, जैसा कि चित्र 3 (ए) में दिखाया गया है।विद्युत चुम्बकीय तरंग चार्ज और संबंधित धारा के साथ एंटीना में प्रवेश करती है।यदि हम एंटीना संरचना का हिस्सा हटाते हैं, जैसा कि चित्र 3 (बी) में दिखाया गया है, तो विद्युत क्षेत्र रेखाओं के खुले सिरों को "जोड़कर" (बिंदीदार रेखाओं द्वारा दिखाया गया) एक मुक्त-स्थान तरंग बनाई जा सकती है।मुक्त-अंतरिक्ष तरंग भी आवधिक है, लेकिन स्थिर-चरण बिंदु P0 प्रकाश की गति से बाहर की ओर बढ़ता है और आधे समय में λ/2 (P1 तक) की दूरी तय करता है।ऐन्टेना के पास, स्थिर-चरण बिंदु P0 प्रकाश की गति से तेज़ चलता है और ऐन्टेना से दूर बिंदुओं पर प्रकाश की गति तक पहुँच जाता है।चित्र 4 t = 0, t/8, t/4, और 3T/8 पर λ∕2 एंटीना के मुक्त-स्थान विद्युत क्षेत्र वितरण को दर्शाता है।
चित्र 4 t = 0, t/8, t/4 और 3T/8 पर λ∕2 एंटीना का मुक्त स्थान विद्युत क्षेत्र वितरण
यह ज्ञात नहीं है कि निर्देशित तरंगें एंटीना से कैसे अलग होती हैं और अंततः मुक्त स्थान में फैलने के लिए कैसे बनती हैं।हम निर्देशित और मुक्त अंतरिक्ष तरंगों की तुलना पानी की तरंगों से कर सकते हैं, जो शांत पानी में गिराए गए पत्थर या अन्य तरीकों से उत्पन्न हो सकती हैं।एक बार जब पानी में अशांति शुरू हो जाती है, तो पानी की तरंगें उत्पन्न होती हैं और बाहर की ओर फैलने लगती हैं।यदि विक्षोभ रुक भी जाए तो लहरें रुकती नहीं बल्कि आगे बढ़ती रहती हैं।यदि विक्षोभ बना रहता है, तो लगातार नई तरंगें उत्पन्न होती रहती हैं और इन तरंगों का प्रसार अन्य तरंगों से पीछे रह जाता है।
विद्युत गड़बड़ी से उत्पन्न विद्युत चुम्बकीय तरंगों के लिए भी यही सच है।यदि स्रोत से प्रारंभिक विद्युत गड़बड़ी छोटी अवधि की है, तो उत्पन्न विद्युत चुम्बकीय तरंगें ट्रांसमिशन लाइन के अंदर फैलती हैं, फिर एंटीना में प्रवेश करती हैं, और अंत में मुक्त अंतरिक्ष तरंगों के रूप में विकीर्ण होती हैं, भले ही उत्तेजना अब मौजूद नहीं है (पानी की तरंगों की तरह) और उनके द्वारा पैदा की गई अशांति)।यदि विद्युत गड़बड़ी निरंतर है, तो विद्युत चुम्बकीय तरंगें निरंतर मौजूद रहती हैं और प्रसार के दौरान उनके पीछे-पीछे चलती हैं, जैसा कि चित्र 5 में दिखाए गए द्विध्रुवीय एंटीना में दिखाया गया है। जब विद्युत चुम्बकीय तरंगें ट्रांसमिशन लाइनों और एंटेना के अंदर होती हैं, तो उनका अस्तित्व विद्युत के अस्तित्व से संबंधित होता है। कंडक्टर के अंदर चार्ज.हालाँकि, जब तरंगें विकिरणित होती हैं, तो वे एक बंद लूप बनाती हैं और उनके अस्तित्व को बनाए रखने के लिए कोई शुल्क नहीं होता है।इससे हम इस निष्कर्ष पर पहुंचते हैं कि:
क्षेत्र के उत्तेजना के लिए आवेश के त्वरण और मंदी की आवश्यकता होती है, लेकिन क्षेत्र के रखरखाव के लिए आवेश के त्वरण और मंदी की आवश्यकता नहीं होती है।
चित्र 5
3. द्विध्रुवीय विकिरण
हम उस तंत्र को समझाने का प्रयास करते हैं जिसके द्वारा विद्युत क्षेत्र रेखाएं एंटीना से अलग हो जाती हैं और मुक्त-अंतरिक्ष तरंगें बनाती हैं, और एक उदाहरण के रूप में द्विध्रुवीय एंटीना लेते हैं।यद्यपि यह एक सरल व्याख्या है, यह लोगों को मुक्त-अंतरिक्ष तरंगों की पीढ़ी को सहज रूप से देखने में भी सक्षम बनाता है।चित्र 6(ए) द्विध्रुव की दोनों भुजाओं के बीच उत्पन्न विद्युत क्षेत्र रेखाओं को दर्शाता है जब चक्र की पहली तिमाही में विद्युत क्षेत्र रेखाएं λ∕4 द्वारा बाहर की ओर बढ़ती हैं।इस उदाहरण के लिए, मान लें कि बनने वाली विद्युत क्षेत्र रेखाओं की संख्या 3 है। चक्र की अगली तिमाही में, मूल तीन विद्युत क्षेत्र रेखाएँ एक और λ∕4 (शुरुआती बिंदु से कुल λ∕2) चलाती हैं, और चालक पर आवेश घनत्व कम होने लगता है।इसे विपरीत आवेशों की शुरूआत से गठित माना जा सकता है, जो चक्र के पहले भाग के अंत में कंडक्टर पर आवेशों को रद्द कर देता है।विपरीत आवेशों द्वारा उत्पन्न विद्युत क्षेत्र रेखाएँ 3 हैं और λ∕4 की दूरी तय करती हैं, जिसे चित्र 6(बी) में बिंदीदार रेखाओं द्वारा दर्शाया गया है।
अंतिम परिणाम यह है कि पहली λ∕4 दूरी में तीन नीचे की ओर विद्युत क्षेत्र रेखाएँ हैं और दूसरी λ∕4 दूरी में उतनी ही संख्या में ऊपर की ओर विद्युत क्षेत्र रेखाएँ हैं।चूंकि एंटीना पर कोई शुद्ध चार्ज नहीं है, इसलिए विद्युत क्षेत्र रेखाओं को कंडक्टर से अलग होने और एक बंद लूप बनाने के लिए एक साथ संयोजित होने के लिए मजबूर किया जाना चाहिए।यह चित्र 6(सी) में दिखाया गया है।दूसरे भाग में भी वही शारीरिक प्रक्रिया अपनाई जाती है, लेकिन ध्यान दें कि दिशा विपरीत है।उसके बाद, प्रक्रिया दोहराई जाती है और अनिश्चित काल तक जारी रहती है, जिससे चित्र 4 के समान एक विद्युत क्षेत्र वितरण बनता है।
चित्र 6
एंटेना के बारे में अधिक जानने के लिए कृपया यहां जाएं:
पोस्ट करने का समय: जून-20-2024
