В последние годы основные достижения в различных областях науки и техники неразрывно связаны с процессом совершенствования ПЭВМ. Сфера эксплуатации ПЭВМ — бурно развивающаяся отрасль человеческой практики, стимулирующая развитие новых теоретических и прикладных направлений. Ресурсы современной информационно-вычислительной техники дают возможность ставить и решать математические задачи такой сложности, которые в недавнем прошлом казались нереализуемыми, например, создание прикладных вычислительных программ.
Нынешняя материальная база высших военных заведений (вузов) весьма объёмна и широка, но не во всех регионах нашей необъятной Родины. Новейшая аппаратура очень дорогая, простыми словами — на настоящий момент УМБ не в полном объеме соответствует требованиям по причине дороговизны отдельных элементов, в частности комплекс оборудования по электродинамики. При этом проведена оценка возможности моделирования и разработки комплекса виртуальных приборов в среде LabVIEW для проведения экспериментов с полнотой и наглядностью.
Целью статьи является описание электронной лабораторной работы, используемой для изучения процессов распространения плоской электромагнитной волны и её характеристик.
Для описания электромагнитного поля, необходимо характеризовать его в каждой точке пространства, в каждый момент времени, как по величине, так и по направлению. Наиболее наглядно электромагнитное поле проявляет себя посредством силового воздействия на заряженные частицы вещества и характеризуется силами, действующими на помещенные в поле заряды. Поскольку силы являются векторными величинами, описание электромагнитного поля и построения его математической модели необходимо производить с помощью векторных величин. С целью облегчения анализа электромагнитного поля, а в качестве величин, характеризующих их силовое взаимодействие с движущимися зарядом в свободном пространстве (вакууме) применяют вектор напряженности электрического поля Е и вектор магнитной индукции В.
Вектор напряженности электрического поля Е характеризует силовое взаимодействие электрического поля на электрические заряды.
Для наглядности восприятия и анализа силовое поле изображают с помощью силовых линий напряженности электрического поля.
Вектор магнитной индукции В характеризует силовое воздействие магнитного поля на движущиеся электрические заряды.
При исследовании электромагнитных явлений в свободном пространства распределение векторов напряженности электрического поля Е и магнитной индукции В, в любой точке пространства полностью характеризует электромагнитное поле.
При воздействии магнитного поля на движущийся заряд величина вектора В также зависит от свойств среды. Эта зависимость объясняется намагничиванием вещества, в результате которого на внешнее магнитное поле накладывается дополнительное поле вещества. При этом в зависимости от свойств вещества возможно, как ослабление первичного магнитного поля в диамагнитных средах, так и усиление в парамагнитных, особенно в ферро магнитных средах.
Внешний вид лицевой панели виртуальной лабораторной установки приведён на рисунке 1. В верхней её части расположен заголовок «Электронная имитация лабораторной работы» и кнопка остановки STOP.
Рис. 1. Внешний вид лицевой панели виртуальной лабораторной установки
На лицевой панели расположены регуляторы, которыми можно задать [1]:
- Относительную диэлектрическую и магнитную проницаемости;
- Частоту;
- Амплитуду;
- Тангенс угла диэлектрических потерь;
- Множитель Е;
- Множитель Н.
Ниже, под регуляторами расположены цифровые индикаторы, которые отображают изменение тех или иных характеристик.
Диэлектрическая и магнитная проницаемость совместно с удельной проводимостью дают полную характеристику электрических свойств среды.
По завершению выполнения работы на виртуальной лабораторной установке получаем возможность отразить зависимость напряженности электрического, магнитного полей и плотности потока мощности от расстояния между передающей и приемной антеннами различных диапазонов.
Рис. 2. Визуализация полученных зависимостей
Включение прибора осуществляется нажатием на двунаправленную стрелку в строке кнопок окна LabVIEW, расположенная правее заголовка кнопка STOP выключает виртуальную лабораторную установку.
Данная виртуальная лабораторная установка позволяет провести виртуальный эксперимент с полнотой и наглядностью, не достижимой даже в самой современной и оснащенной новейшим оборудованием лаборатории. Для достижения проведения виртуального эксперимента необходим ряд условий [2, 3]:
- Прикладная электронно-вычислительная машина (PC — PersonalComputer).
- OC — Windows XP SP3, Windows 98, UNIX, Linux, Mac OS.
- Исполнительный файл — Виртуальная лабораторная установка «Исследование процессов отражения и преломления плоской электромагнитной волны».
Аналогичность работы макета и модели позволяет провести лабораторное занятие в следующем порядке: по результатам контроля готовности обучаемых к занятию, наиболее подготовленный расчет выполняет работу на макете, а остальные на ПЭВМ. Такой подход позволяет повысить мотивацию курсантов к обучению и обосновать достоверность изучаемого материала; а так же решить задачу обеспечения занятия учебно-тренировочными средствами. Результаты проведения занятия с виртуальной лабораторной работой показывают, что количество курсантов, защитивших лабораторные отчеты в ходе занятия, повысилось на 15–20 процентов.
Литература:
- Джеффри Тревис LabVIEW для всех: пер. с анг. Клушин Н. А. — М.: ДМК Пресс; ПрибороКомплект, 2005.
2. Евдокимов Ю. К., Линдваль В. Р., Щербаков Г. И. LabVIEW 8 для радиоинженера. От виртуальной модели до реального прибора + CD.
- Евдокимов Ю. К.: LabVIEW для радиоинженера: от виртуальной модели до реального прибора. — М.: ДМК Пресс, 2007.
