Приложение 4 (обязательное). нормы плотности теплового потока через поверхность изоляции оборудования и трубопроводов с положительными температурами

Измерение плотности потока энергии и напряженности электромагнитного поля, метод повышения точности

Схемы >> Методы >> Измерение плотности потока энергии и напряженности электромагнитного поля, метод повышения точности

Измерение плотности потока энергии и напряженности электромагнитного поля, метод повышения точности

О.
Капраль

Основой измерения
плотности потока энергии и
напряженности электромагнитного поля
есть приборы М3-90,
обеспечивающие измерения мощности
СВЧ — энергии в диапазоне частот 0.02…17.85
ГГц,
М3-91

в диапазоне
17.44…25.86
ГГц, М3-92
— в диапазоне 25.86…
37.5
ГГц. В приборах
используется термоэлектрический метод
измерения, обоснован на преобразовании
поглощённой мощности в термо э.д.с.
Измеряемые параметры находятся в
пределах 0.1……10
·10
мкВт .

Измерение
плотности потока энергии производится
согласно формуле :

где W –
плотность потока энергии, Вт/м;
Р
– показания прибора, Вт;
S
– эффективная
площадь
измерительной антенны, м;
N–
коэффициент полезного действия (к.п.д.)
фидерного тракта, зависящий от материала
изготовления, геометрических размеров,
передачи (проводимости) СВЧ — энергии,

Z
– затухание
в фидерном устройстве, определяется как
произведение погонного коэффициента
затухания Z(f)
на его длину ; 
КСВ
коэффициент стоячих волн в фидере, или
волноводе, если фидерное устройство отсутствует,
то
Z
= 0, а N
= 1. КСВ
может
определяться при помощи коэффициента
отражения Гн
,
или отношения импеданса антенны к
приемнику. Эффективная площадь антенны
определяется по формуле:

где

площадь
антенны, определяемая
её геометрическими
размерами, м; —
коэффициент использования площади,
зависит от типа использованных
антенн, синфазности электромагнитного
поля. Например, для пирамидальных
рупоров
0.49,
для параболических антенн
0.55.
Коэффициент
направленого действия (КНД)
антенн D
определяется по формуле:

– длина волны, в свою очередь, определяется
по формуле:

где C
=
2.998 · 10
м/сек.- скорость света в окружающей
среде, или скорость распространения
элекромагнитных волн
;
f
– частота при которой
производятся измерения,
Гц.
Подставляя формулы (3)
и (5) в
формулу (4) будем иметь:

,
а
отсюда:

Подставим теперь формулу (6)
в (1),
получим формулу
для определения
плотности потока энергии:

Для
приборов М3-90,
М3-91,
М3-92
основная погрешность измерения
мощности становит ±
4…6 %

Предельно допустимые уровни для
плотности потока энергии приняты начиная с
частоты 300
МГц.
С формул
(4), (6) мы
видим, что использование разных
антенн не влияет на точность
измерений, влияет лишь точность
определения их коэффициентов
усиления, поэтому с учётом погрешности формула
(7) перепишется:

где
– истинное
значение плотности потока энергии, – абсолютная погрешность
при измерении плотности потока энергии.
В
приведенном виде формулу
(8) можно
записать:

При проведении измерений
нужно учитывать согласованность
и коэффициент затухания в
антенно — фидерных устройствах,
согласно формуле (2). В
описано, что
когда КСВ = 1.2, погрешность от
несогласования равна ±
3…5 %.
В диапазонах
частот 0.03…300
МГц необходимо
измерять напряжённость электромагнитного
поля. Прибор М3-90
обеспечивает измерение мощности начиная
с 0.02
ГГц,
поэтому показания прибора необходимо
пересчитывать в напряжённость
электромагнитного поля. Связь
напряжённости электромагнитного поля с его
плотностью определяется по формуле:

где
E
— напряжённость
электромагнитного поля,
В/м,
– волновое
сопротивление свободного пространства,
определяется по формуле :

Список литературы:
1.
Белоцерковский Г. Б. Антенны.
Государственное издательство
оборонной промышленности,
М., 1956.
2. Белоцерковский
Г. Б. Основы радиотехники
и антенны.
ч.
II. Антенны.
“Советское радио”,
М., 1969.
3. Бова
М. Т., Лайхман
І. Б. Вимірювання параметрів
і пристроїв
НВЧ.
“Вища
школа”,
К., 1973.
4. Жук
М. С., Молочуов
Ю. Г. Проектирование
антенно — фидерных устройств.
“Энергия”, М., 1966.
5. Загальна
гігієна. Під
редакцією доктора
медичних наук
Доценка І. І. “Світ”,
Л., 1992.
6. Изделия
промышленности средств
связи. Каталог ’90/91,
радиоизмерительные
приборы.
7. Методы
измерения характеристик
антенн СВЧ.
Под ред.
Цейтлина Н. М. “Радио
и связь”, М.,
1985.
8. Никольский
В. В. Электродинамика
и распространение
радиоволн. “Наука”, М., 1973.
9. Шандала
М. Г., Думанский Ю. Д.,
Иванов Д. С.
Санитарный надзор
за источниками електромагнитных
излучений в
окружаючей среде.
“Здоров’я”,
К., 1990.

Плотность — поток — жидкость

Плотность потока жидкости в плоском сечении факела определялась улавливанием жидкости в ванночки размером 100 х X 100×10 мм, установленные вплотную друг к другу вдоль радиуса факела.

Следовательно, плотность потока жидкости по мере подъема от нагнетателя до следующего уменьшается, скорость газа увеличивается.

Для расчета плотности потока жидкости, проходящей через пористое тело, вводится понятие дифференциальной кривой поверхностной пористости тела.

По ординате отложена плотность потока жидкости. А по оси абсцисс отложено время движения жидкой фазы от первого снизу нагнетателя до устья скважины.

Вектор jv pv называется плотностью потока жидкости; 6) риЧ / 2 равен кинетической энергии, переносимой за единицу времени через единичную площадку, ориентированную перпендикулярно направлению скорости. Вектор / Е py2t / 2 называется плотностью потока кинетической энергии.

Современные устройства для автоматического измерения плотности малых потоков жидкостей состоят из поплавка и автоматических весов. Они мало пригодны для работы во взрывоопасных условиях, а также при наличии агрессивных паров у контролируемых жидкостей.

Схема конусной струи капель.

Здесь / — средняя по сечению f плотность потока жидкости. Плотность потока жидкости зависит от параметров распыливания, свойств жидкости и координат.

Выясним теперь характер изменения вдоль линии тока плотности потока жидкости / ри.

С увеличением интенсивности парообразования у греющей поверхности градиент и возрастает, и плотность потока жидкости, преодолевающей сопротивление термодиффузии, также увеличивается. Во второй период сушки преобладает термодиффузия, поэтому результирующий поток жидкости направлен из контактного слоя во внутренние слои материала.

Последний член в равенстве ( 6 — 56) есть количество тепла, расходуемое на испарение жидкости, так как д ж — плотность потока жидкости, подводимого к зоне испарения поверхности тела.

Сравнение величин / ж, определенных по ( 4 — 6 — 8) и ( 4 — 7 — 2), показывает, а эксперимент подтверждает, что плотность потока жидкости в контактном слое намного меньше, чем в остальных слоях, при одинаковых условиях опыта.

Условие срхранения массы жидкости по длине струи ( без учета фазовых переходов) выражается соотношением / fconst или df / f — dj / j; в последнем равенстве / — средняя по сечению струи плотность потока жидкости.

Найти массу жидкости, вытекающей за единицу времени из объема V, ограниченного замкнутой поверхностью S, если известны: а) зависимость плотности жидкости fb ( r, t) от координат и времени в объеме V; б) плотность потока жидкости j ( r, /) р ( Л t) v ( r, t) в точках поверхности.

Схема конусной струи капель.

Энергия электромагнитной волны

С электромагнитной волной связан перенос энергии. Плотность потока энергии можно найти с помощью формулы , как произведение плотности энергии на скорость волны (см. , гл.1 §1.4).

В обычной изотропной среде с проницаемостями
и плотность энергии электромагнитного поля равна сумме плотностей энергии электрического и магнитного полей:

(20)
(21)

Умножив на , получим плотность потока энергии:

(22)

Векторы
и
взаимно ортогональны и образуют с направлением распространения волны правовинтовую систему. Значит, направление вектора
совпадает с направлением переноса энергии, а модуль этого вектора равен . Поэтому вектор плотности потока электромагнитной энергии
можно представить как

(23)

вектором Пойнтинга

В случае бегущей гармонической электромагнитной волны () плотность энергии, согласно (), равна

(24)

Интенсивность такой волны равна, по определению, среднему значению плотности потока энергии:

Принимая во внимание, что при усреднении () среднее значение квадрата косинуса равно
, получим

(25)
Пример 3.

В вакууме распространяется плоская гармоничская линейно поляризованная электромагнитная волна частоты
. Интенсивность волны равна . Найдем амплитудное значение плотности тока смещения в этой волне.
По определению, плотность тока смещения
, где
. Пусть
, тогда амплитудное значение плотности тока смещения
. Остается найти . Это делается с помощью формулы ():

и мы получим из предыдущих двух формул, что

где
.

В стоячей электромагнитной волне энергия переходит из чисто электрической, имеющей максимумы в пучностях
, в магнитную с максимумами в пучностях вектора
, т. е. смещенным в пространстве на . Это аналогично поведению гармонического осциллятора, например математического маятника, где энергия переходит из чисто потенциальной (в крайнем положении) в кинетическую (в положении равновесия), и наоборот.

Отметим, что если волна представляет собой наложение двух бегущих волн со взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации (направлением колебаний вектора
), то ее интенсивность независимо от особенностей этих волн будет равна сумме интенсивностей складываемых волн. Действительно,
, а интенсивность
. Поскольку
, скалярное произведение
, и мы имеем .

Далее:Импульс электромагнитной Вверх:Энергия, Импульс, Назад:Энергия, Импульс,

Отдел образовательных информационных технологий ЯГПУ
08.02.2014

Плотность энергии идеального газа

Плотность энергии идеального газа может быть вычислена через давление, либо через молекулярную/молярную плотность и температуру:

W=1γ−1p=1γ−1nkT=1γ−1νRT=1γ−1ρMRT{\displaystyle W={\frac {1}{\gamma -1}}p={\frac {1}{\gamma -1}}nkT={\frac {1}{\gamma -1}}\nu RT={\frac {1}{\gamma -1}}{\frac {\rho }{M}}RT}

где:

γ{\displaystyle \gamma } — показатель адиабаты;
n{\displaystyle n} — число молекул в единице объёма;
k{\displaystyle k} — постоянная Больцмана;
T{\displaystyle T} — абсолютная температура;
ν{\displaystyle \nu } — молярная плотность;
R{\displaystyle R} — газовая постоянная;
ρ{\displaystyle \rho } — плотность;
M{\displaystyle M} — молярная масса.

Плотность энергии упругого тела

При линейной деформации плотность энергии, запасаемая упругим телом, равна:

W=12τijεij=12cijklεijεkl{\displaystyle W={\frac {1}{2}}\tau _{ij}\varepsilon _{ij}={\frac {1}{2}}c_{ijkl}\varepsilon _{ij}\varepsilon _{kl}}

где εij{\displaystyle \varepsilon _{ij}} — тензор деформации, τij{\displaystyle \tau _{ij}} — тензор напряжений, cijkl{\displaystyle c_{ijkl}} — тензор упругости.

В простейшем случае (сжатие-растяжение) плотность упругой энергии равна

W=Eε22{\displaystyle W={\frac {E\varepsilon ^{2}}{2}}}

где ε{\displaystyle \varepsilon } — относительная деформация, E{\displaystyle E} — модуль Юнга.

Плотность — поток — мощность

Для многих случаев применения плоское электромагнитное поле удобно характеризовать плотностью потока мощности. Известно, что это вектор, называемый обычно вектором Умова-Пойнтнинга, равный векторному произведению вектора напряженности электрического поля на вектор напряженности магнитного поля. Он направлен по ходу распространения волны и характеризует количество энергии, проходящей за единицу времени через единицу площади поверхности, перпендикулярной к направлению распространения волны. Иначе говоря, это мощность, проходящая через единицу площади указанной поверхности.

Таким образом, усредненные по высокочастотным колебаниям вектор Пойнтиига а плотность потока мощности произвольной составляющей поля совладают с точностью до постоянного множителя только при одинаковой линейной поляризации всех источников.

G определяет плотность потока мощности излучения в заданном направлении по плотности потока мощности изотропного излучателя.

Из формулы (22.7) видно, что напряженность поля Ет и плотность потока мощности излучения So вибратора в разных направлениях имеют разное значение.

Таким образом, плоская волна оказывает на проводящую плоскость давление, пропорциональное плотности потока мощности, и на основе этого явления могут быть построены измерители мощности.

Воздействие плоской электромаг.

Таким образом, плоская волна оказывает на проводящую поверхность давление, пропорциональное плотности потока мощности. На основе этого явления могут быть построены измерители проходящей мощности.

Диаграмма, иллюстрирующая зависимость напряженности поля сферической волны от расстояния.

Если волны распространяются в свободном пространстве, то потерь энергии нет и плотность потока мощности уменьшается только за счет распределения ее на большей площади фронта.

При рассмотрении акустических волн ( упругое тело или идеальная сжимаемая жидкость) вектор плотности потока мощности можно ввести по определению мощности как произведение силы на скорость в точке ее приложения.

Согласно результатам исследований воздействия электромагнитных полей на человека установлена количественная связь взаимодействия напряженности или плотности потока мощности с длительностью облучения.

Интенсивность электрического поля, а следовательно, и интенсивность сигнала ( плотности мощности или плотности потока мощности) уменьшаются с расстоянием.

В большинстве приведенных ограничений обращается внимание на то обстоятельство, что излучаемая мощность или плотность потока мощности не должна превышать указанных величин в любой полосе, равной 4 кгц. Аудирующем напряжении), необходимо применять специальные схемы, обеспечивающие рассеяние ( дисперсию) мощности несущей частоты по спектру

Очевидно, что если в системе связи с частотной модуляцией отсутствуют специальные меры, обеспечивающие дисперсию мощности несущей, то для выполнения приведенного выше требования при всех возможных случаях модуляции ( в том числе и при ее отсутствии) потребуется резкое снижение излучаемой мощности.

Зиял — плотность потока мощности, созданная излучателем вблизи отражающей поверхности; 5отр — плотность потока мощности, переизлученная отражающей поверхностью и наблюдаемая вблизи антенны радиолокатора.

Чтобы найти совместное распределение нормали и интенсивности отраженного поля, достаточно определить распределение вектора плотности потока мощности S отраженного поля. Метод, с помощью которого будет получено решение задачи, в принципе не отличается от метода, использованного в классических работах Рэлея и Раиса. Сначала случайный вектор S выражается через вспомогательный вектор А, распределенный нормально.

Ссылка на основную публикацию