3cm Elektro-Magnetische Golven

Met 3 cm golven zijn een groot aantal experimenten te doen: terugkaatsing, het beginsel van Huygens, interferentie aan een dubbelspleet, Bragg reflectie, Interferometer van Michelson...

NB: zelf heb ik nog moeite met deze materie, dus wellicht haal ik niet alle opties uit deze opstelling.

Afbuiging van licht door een spleet

Wanneer je licht op een smalle spleet laat vallen, ontstaat er een buigingspatroon. De spleet moet daarvoor een breedte hebben van een aantal maal de golflengte. De spleet die je dan nodig hebt is dan van de orde van 10 µm, wat dus zeer klein is. Zo’n spleet is natuurlijk niet eenvoudig te maken.

Om toch buiging- en interferentieproefjes gemakkelijk te doen, kan men gebruik maken van dezelfde elektromagnetische straling als licht, maar met een grotere golflengte, van circa 3 cm, waardoor de spleet zo’n 10.000 maal groter kan worden. Deze 3 cm golven worden o.a. gebruikt door radarstations en hebben een frequentie van ca. 10 GHz.

Interessante onderzoeksvragen:

Met 3 cm golven zijn een groot aantal experimenten te doen: terugkaatsing, het beginsel van Huygens, interferentie aan een dubbelspleet, Bragg reflectie, Interferometer van Michelson, etc.

Inhoud Set 3cm Elektro-Magnetisch golven

• Transmitter (zender)
• Reciever (ontvanger)
• Holle plastic lens
• Tralie
• Houten prisma (2x)
• Holle plastic lens (ontbreekt!)

Opstelling:

• Op de witte aansluitingen van de zender dient een voeding te staan van 12 a 14 V, AC of DC.
• In de ontvanger dient een (volle) batterij te zitten. Verwijder de batterij na afloop om oxidering van de contacten tegen te gaan.
• Zet de draaiknop buiten bedrijf op 0

Modulatie is het combineren van een informatiesignaal met een draaggolf met een hogere frequentie, zodat een signaal ontstaat met een frequentieband rondom de frequentie van de draaggolf.

De zender kent een aantal instellingen:

• 0
• CW - carrier wave only
• 100Hz - carrier wave + modulated output at 100Hz
  (draaggolf met daarop een signaal van 100Hz... d.m.v. versterker om te zetten tot hoorbaar geluid)
• 1kHz - carrier wave + modulated output at 1kHz
  (draaggolf met daarop een signaal van 1kHz... d.m.v. versterker om te zetten tot hoorbaar geluid)
• EXT MOD - externe modulatie, aan te sluiten op de zwarte en rode ingangen

Het onderdeel in de zender dat de draaggolf produceert, bestaat uit een zogenaamde Gunn-diode. Deze Gunn-diode zit in de hoorn. Hoewel wordt gesproken over 3cm golf, is de golflengte in werkelijkheid 2,8 cm en heeft een frequentie van 10.587 GHz.

In de ontvanger zit een versterker ingebouwd om zwakke signalen zo goed mogelijk te kunnen detecteren. Je kunt de sterkte van de ontvangst meten via een amperemeter en je de ontvangst hoorbaar maken via een versterker (toongenerator) en een speaker.

Een extern signaal (output van radio bijvoorbeeld) is aan te sluiten op de rode en zwarte stekkers van de transmitter. Daarbij moet de modulatieswitch op EXT.MOD staan.

Demontratie 1: Receiver kantelen

De transmitter verzendt een verticaal lineair gepolariseerd signaal uit. De ontvanger kan alleen een verticaal lineair gepolariseerd signaal ontvangen. Dus als je de zender en ontvanger een kwart slag ten opzichte van elkaar kantelt, komt het signaal niet meer over en wordt het stil.

Demonstratie 2

1. Plaats een transparante kunststoffen plaat tussen zender en ontvanger.
   Resultaat: geen effect.
   
   
2. Plaats nu een metalen plaat tussen zender en ontvanger.
   Resultaat: signaal wordt onderbroken.
   
   
3. Plaats een smalle metalen strook tussen zender en ontvanger
   Resultaat: verzwakt signaal
   
   
4. 4. Plaats het traliewerk met de tralies horizontaal tussen zender en ontvanger
   Resultaat: geen effect.
   
   
5. Plaats het traliewerk met de tralies verticaal tussen zender en ontvanger
   Resultaat: signaal wordt onderbroken.
   
   
6. Plaats 2 platen met een spleet van ±2cm tussen zender en ontvanger
   Resultaat: enigszins verzwakt signaal

Demonstratie 4:

Plaats zender en ontvanger onder een hoek van ±90 graden.

• Plaats de transparante plaat voor zender/ontvanger.
  Resultaat: signaal reflecteert via de plaat en wordt dus toch ontvangen, zij het sterk verzwakt.
  
  
• Plaats de metalen plaat voor zender/ontvanger.
  Resultaat: signaal reflecteert via de plaat en wordt dus toch ontvangen, zij het sterk verzwakt. De metalen plaats zal iets beter reflecteren dan de kunststoffen plaat.

Demonstratie 5:

Plaats zender en ontvanger onder een hoek van ±120 graden.

• Plaats de houten prisma tussen zender en ontvanger.
  Resultaat: signaal buigt via het prisma af en wordt alsnog ontvangen, zij het sterk verzwakt.

Demonstratie 6: breking (reFRACtie)

Demonstratie 7: breking met een lens

Demonstratie 8: Interferentie en meting van golflengte

Visualisatie van polarisatie

Benodigdheden:

• Roterend touw
• Spleet

3 cm elektromagnetische golf als draaggolf voor radio

Door de luidsprekeruitgang van een radio aan te sluiten en door te kiezen voor EXT. MOD, kun je in plaats van een pieptoon radiogeluid als signaal bovenop een draaggolf overbrengen. Een radio is natuurlijk leuker en laat beter zien dat je elke frequentie bovenop een draaggolf kunt zetten, maar je kunt ook een toongenerator gebruiken i.p.v. de radio.