Опыт герца по обнаружению электромагнитных волн. Опыт франка и герца

Герц создавал колебания зарядов в электрическом контуре-вибраторе и наблюдал, как в расположенном рядом контуре-резонаторе проскакивали искры и возникали электромагнитные колебания.

Удивительные опыты Герца затем успешно повторялись во многих странах и лабораториях мира. С раздумий над опытами Герца начались, как мы знаем, замечательные исследования Александра Степановича Попова, которые привели затем к изобретению радиосвязи.

Герц назвал зарегистрированные им колебания лучами электрической силы .

Портрет Генриха Герца

Он обнаружил, что электрические лучи интерферируют и преломляются в призме, сделанной из асфальта, точно так же, как световые лучи преломляются в стеклянной или кварцевой призме или линзе. Отличаются эти лучи лишь частотой колебаний или длиной волны: для лучей Герца длина волны составляла от 60 сантиметров до нескольких метров, в то время как длина волны световых лучей - от 0,4 до 0,75 микрона.

Генрих Герц писал: «…представляется весьма вероятным, что описанные опыты доказывают идентичность света, тепловых лучей и электромагнитного волнового движения».

Опыты Герца заставили ученых все чаще вспоминать о смелой теории Максвелла, объединившей все световые и электрические явления в единое целое.

Расчеты показали, что скорость электромагнитных волн Герца равна скорости света!

Научных фактов в пользу теории Максвелла накапливалось все больше.

Подтвердилось соотношение, выведенное Максвеллом, по которому показатель преломления любого вещества равен корню квадратному из произведения его диэлектрической и магнитной проницаемости. Тем самым между электрическими и оптическими свойствами вещества устанавливалась четкая и очевидная связь…

Фотография небольшой установки, позволившей ему обнаружить, что один колебательный контур радиосхемы может улавливать электромагнитные волны, посылаемые другим контуром.

Находили свое простое объяснение открытия Бартолина и Малюса: в световом луче, содержащем поперечные электромагнитные волны самых различных ориентаций, при отражении от диэлектриков или прохождении через анизотропные кристаллы остаются волны, колебания которых лежат в строго определенной плоскости,- поляризованные волны.

В 1879 году английский физик Джон Керр обнаружил, что можно в любом однородном веществе, например в жидкости или газе, наблюдать явление двойного лучепреломления под действием сильного электрического и магнитного поля.

Еще одно подтверждение тесной связи оптических и электрических свойств вещества и одновременно свидетельство того, что газ или жидкость при определенных условиях становятся похожими на анизотропные кристаллы!

Как это близко к научным чудесам XX века по превращению одних веществ в другие…

Теория электрических и магнитных явлений, созданная трудами лучших математиков первой половины настоящего столетия и до недавнего времени принимавшаяся почти всеми учеными, допускала в основе своей существование особых невесомых электрических и магнитных жидкостей, обладающих свойством действия на расстоянии. Принцип Ньютонова учения о всемирном тяготении - "actio in distans" - оставался руководящим и в учении электричества и магнетизма. Но уже в 30-х годах гениальный Фарадей, оставляя без рассмотрения вопрос о сущности электричества и магнетизма, в отношении внешних действий их высказал совсем иные мысли. Притяжение и отталкивание наэлектризованных тел, электризация через влияние, взаимодействие магнитов и токов и, наконец, явления индукции по Фарадею не представляют собой проявления непосредственно на расстоянии свойств, присущих электрическим и магнитным жидкостям, а составляют только следствия особых изменений в состоянии той среды, в которой находятся эти, по-видимому, прямо влияющие друг на друга электрические заряды, магниты или проводники с токами. Так как все подобные действия одинаково наблюдаются и в пустоте, как и в пространстве, заполненном воздухом или иным веществом, то в изменениях, производимых процессами электризации и намагничивания в эфире, Фарадей видел причину этих явлений. Таким образом, как при посредстве возникновения особых колебаний эфира и передачи этих колебаний от частицы к частице световой источник освещает удаленный от него какой-либо предмет, так и в данном случае только при посредстве особых возмущений в среде того же эфира и передачи этих возмущений от слоя к слою распространяются в пространстве все электрические, магнитные и электромагнитные действия. Подобная идея была руководящей во всех исследованиях Фарадея; она-то главнейшим образом и привела его ко всем его знаменитым открытиям. Но нескоро и нелегко учение Фарадея укрепилось в науке. Целые десятки лет, в течение которых открытые им явления успели подвергнуться самому тщательному и детальному исследованию, основные идеи Фарадея либо игнорировались, либо прямо считались мало убедительными и недоказанными. Только во второй половине шестидесятых годов явился талантливый последователь Фарадея, так рано умерший, Клерк Максвелл, который истолковал и развил теорию Фарадея, придав ей строго математический характер. Максвелл доказал необходимость существования конечной скорости, с какой совершается при посредстве промежуточной среды передача действий электрического тока или магнита. Эта скорость, по Максвеллу, должна равняться той, с какой в рассматриваемой среде происходит распространение света. Среда, принимающая участие в передаче электрических и магнитных действий, не может быть иная, как тот же эфир, который допускается в теории света и лучистой теплоты. Процесс распространения электрических и магнитных действий в пространстве качественно должен быть одинаков с процессом распространения лучей света. Все законы, относящиеся к световым лучам, вполне применимы к лучам электрическим. По Максвеллу, само явление света - явление электрическое. Луч света - это ряд последовательно возбуждающихся в эфире среды электрических возмущений, весьма малых электрических токов. В чем состоит изменение среды под влиянием электризации какого-нибудь тела, намагничивания железа или образования тока в какой-либо катушке - до сих пор не известно. Теория Максвелла пока не дает возможности представить ясно самый характер предполагаемых ею деформаций. Несомненно лишь, что всякое изменение деформации среды, произведенной в ней под влиянием электризации тел, сопровождается возникновением в этой среде явлений магнитных и, обратно, всякое изменение в среде деформаций, получившихся в ней под влиянием какого-либо магнитного процесса, сопровождается возбуждением электрических действий. Если в какой-либо точке среды, деформированной электризацией какого-нибудь тела, наблюдается электрическая сила по известному направлению, т. е. по этому направлению придет в движение помещенный в данном месте очень маленький наэлектризованный шарик, то при всяком увеличении или уменьшении деформации среды вместе с увеличением или уменьшением электрической силы в данной точке явится в ней по направлению, перпендикулярному к электрической силе, сила магнитная - помещенный здесь магнитный полюс получит толчок по направлению, перпендикулярному к электрической силе. Таково следствие, которое вытекает из теории электричества Максвелла. Несмотря на громадный интерес учения Фарадея-Максвелла, оно многими было встречено с сомнением. Слишком уже смелые обобщения вытекали из этой теории! Опыты Г. (Генрих Hertz), произведенные в 1888 г., окончательно подтвердили правильность теории Максвелла. Г. удалось, так сказать, реализировать математические формулы Максвелла, удалось на самом деле доказать возможность существования лучей электрических, или, правильно, электромагнитных. Как уже было замечено, по теории Максвелла - распространение светового луча представляет собой в сущности распространение последовательно образующихся в эфире электрических возмущений, быстро меняющих свое направление. Направление, в котором возбуждаются подобные возмущения, подобные деформации, по Максвеллу, перпендикулярно к самому световому лучу. Отсюда очевидно, что непосредственное возбуждение в каком-либо теле весьма быстро меняющихся по направлению электрических течений, т. е. возбуждение в проводнике электрических токов переменного направления и весьма малой продолжительности должно в окружающем этот проводник эфире вызвать соответствующие, быстро меняющиеся в своем направлении электрические возмущения, т. е. должно вызвать явление качественно вполне подобное тому, какое представляет из себя луч света. Но уже было давно известно, что при разряде какого-нибудь наэлектризованного тела или лейденской банки в проводнике, через который происходит разряд, образуется целый ряд электрических течений попеременно то в ту, то в другую сторону. Разряжающееся тело не теряет сразу своего электричества, оно, напротив, во время разряда несколько раз перезаряжается то одним, то другим по знаку электричеством. Появляющиеся на теле последовательные заряды уменьшаются лишь мало-помалу по своей величине. Такие разряды носят название колебательных. Продолжительность существования в проводнике двух следующих друг за другом течений электричества при таком разряде, т. е. продолжительность электрических колебаний, или иначе - промежуток времени между двумя моментами, в которые разряжающееся тело получает наибольшие последовательно друг за другом являющиеся на нем заряды, может быть вычислена по форме и размерам разряжающегося тела и проводника, через который происходит такой разряд. По теории эта продолжительность электрических колебаний (Т) выражается формулой:

T = 2π√(LC).

Здесь С обозначает электроемкость разряжающегося тела и L - коэффициент самоиндукции проводника, через который происходить разряд (см.). Обе величины выражены соответственно одной и той же системе абсолютных единиц. При употреблении обыкновенной лейденской банки, разряжающейся через проволоку, соединяющую две ее обкладки, продолжительность электрических колебаний, т. е. Т, определяется в 100 и даже в 10-тысячных долях секунды. Г. в первых своих опытах электризовал разноименно два металлических шара (30 см в диам.) и предоставлял им разряжаться через недлинный и довольно толстый медный стержень, разрезанный посередине, где и образовалась электрическая искра между двумя шариками, которые были укреплены на обращенных друг к другу концах двух половин стержня. Фиг. 1 изображает схему опытов Г. (диам. стержня 0,5 см, диам. шариков b и b" 3 см, промежуток между этими шариками около 0,75 см и расстояние между центрами шаров S в S" равно 1 м).

Впоследствии, вместо шаров, Г. употреблял металлические квадратные листы (40 см в каждой стороне), которые помещал в одной плоскости. Заряжение таких шаров или листов производилось при посредстве действующей Румкорфовой катушки. Шары или листы много раз в секунду заряжались от катушки и вслед за тем разряжались через находящийся между ними медный стержень с образованием электрической искры в промежутке между двумя шариками b и b". Продолжительность электрических колебаний, возбуждавшихся при этом в медном стержне, превосходила немногим одну 100-тысячную долю секунды. В дальнейших своих опытах, употребляя, вместо листов с прикрепленными к ним половинами медного стержня, короткие толстые цилиндры с шаровидными концами, между которыми и проскакивала искра, Г. получал электрические колебания, продолжительность которых была всего около тысячемиллионной доли секунды. Такая пара шаров, листов или цилиндров, такой вибратор, как называет это Г., с точки зрения Максвеллевой теории, является центром, распространяющим в пространстве электромагнитные лучи, т. е. возбуждающим в эфире электромагнитные волны совершенно подобно всякому световому источнику, возбуждающему вокруг себя волны световые. Но подобные электромагнитные лучи или электромагнитные волны не в состоянии оказывать действие на глаз человека. Только в том случае, когда продолжительность каждого электрич. колебания достигла бы всего одной 392-биллионной доли секунды, глаз наблюдателя получил бы впечатление от этих колебаний и наблюдатель увидал бы электромагнитный луч. Но для достижения подобной быстроты электрических колебаний необходим вибратор, по размерам соответствующий физическим частицам. Итак, для обнаружения электромагнитных лучей нужны особые средства, нужен, по меткому выражению В. Томсона (ныне лорда Кельвина), особый "электрический глаз". Такой "электрический глаз" самым простым образом устроил Г. Представим себе, что в некотором расстоянии от вибратора находится другой проводник. Возмущения в эфире, возбуждаемые вибратором, должны отразиться на состоянии этого проводника. Этот проводник будет подвержен последовательному ряду импульсов, стремящихся возбудить в нем подобное тому, что послужило причиной таких возмущений в эфире, т. е. стремящихся образовать в нем электрические течения, меняющиеся по направлению соответственно скорости электрических колебаний в самом вибраторе. Но импульсы, последовательно чередующиеся, только тогда в состоянии способствовать друг другу, когда они будут вполне ритмичны с вызываемыми ими в действительности электрическими движениями в таком проводнике. Ведь только в унисон настроенная струна в состоянии прийти в заметное дрожание от звука, издаваемого другой струной, и, таким образом, в состоянии явиться самостоятельным звуковым источником. Итак, проводник должен так сказать, электрически резонировать вибратору. Как струна данной длины и натянутости способна приходить от удара в известные по быстроте колебания, так и в каждом проводнике от электрического импульса могут образоваться электрические колебания только вполне определенных периодов. Согнув соответствующих размеров медную проволоку в виде круга или прямоугольника, оставив лишь маленький просвет между концами проволоки с украденными на них маленькими шариками (фиг. 2), из которых один при посредстве винта мог приближаться или удаляться от другого, Г. и получил, как он назвал, резонатор своему вибратору (в большей части своих опытов, когда вибратором служили упомянутые выше шары или листы, Г. употреблял как резонатор медную проволоку 0,2 см диам., согнутую в виде круга, диаметр которого 35 см).

Для вибратора из коротких толстых цилиндров резонатором служил подобный же круг из проволоки, толщиной в 0,1 см, имеющий в диаметре 7,5 см. Для того же вибратора в позднейших своих опытах Г. устроил несколько иной формы резонатор. Две прямые проволоки, 0,5 см диам. и 50 см длины, располагаются одна на продолжении другой с расстоянием между их концами в 5 см; от обоих обращенных друг к другу концов этих проволок перпендикулярно к направлению проволок проводятся две другие параллельные проволочки в 0,1 см диам. и 15 см длины, которые и присоединяются к шарикам искромера. Как ни слабы сами по себе отдельные импульсы от возмущений, происходящих в эфире под влиянием вибратора, они, тем не менее, способствуя в действии друг другу, в состоянии в резонаторе возбудить уже заметные электрические течения, проявляющиеся в образовании искорки между шариками резонатора. Эти искорки очень малы (они доходили до 0,001 см), но вполне достаточны, чтобы быть критерием возбуждения в резонаторе электрических колебаний и своей величиной служить указателем степени электрического возмущения как резонатора, так и окружающего его эфира.

При посредстве наблюдения искорок, являющихся в подобном резонаторе, Герц и обследовал на разных расстояниях и в различных направлениях пространство около вибратора. Оставляя в стороне эти опыты Г. и те результаты, какие были получены им, перейдем к исследованиям, подтвердившим существование конечной скорости распространения электрических действий. К одной из стен той залы, в которой производились опыты, был приставлен больших размеров экран, сделанный из цинковых листов. Этот экран соединялся с землей. В расстоянии 13 метров от экрана был помещен вибратор из пластин так, что плоскости его пластин были параллельны плоскости экрана и середина между шариками вибратора приходилась против середины экрана. Если вибратор во время своего действия возбуждает периодически электрические возмущения в окружающем эфире и если эти возмущения распространяются в среде не моментально, а с некоторой скоростью, то, достигнув экрана и отразившись назад от последнего, подобно звуковым и световым возмущениям, эти возмущения вместе с теми, которые посылаются к экрану вибратором, образуют в эфире, в пространстве между экраном и вибратором состояние, аналогичное тому, какое происходит при подобных же условиях вследствие интерференции встречных волн, т. е. в этом пространстве возмущения примут характер "стоячих волн" (см. Волны). Состояние эфира в местах, соответствующих "узлам" и "пучностям" таких волн, очевидно, должно значительно различаться. Помещая свой резонатор, плоскостью параллельно экрану и так, что его центр приходился на линии, проведенной из середины между шариками вибратора нормально к плоскости экрана, Г. наблюдал при разных расстояниях резонатора от экрана весьма различные по длине искорки в нем. Вблизи самого экрана почти совсем не наблюдается в резонаторе появления искорок, тоже в расстояниях, равных 4,1 и 8,5 м. Напротив, искорки получаются наибольшими, когда резонатор помещается в расстояниях от экрана, равных 1,72 м, 6,3 м и 10,8 м. Г. из своих опытов вывел, что в среднем 4,5 м отделяют друг от друга те положения резонатора, в которых наблюдаемые в нем явления, т. е. искорки, оказываются близко одинаковыми. Совершенно подобное же получил Г. и при другом положении плоскости резонатора, когда эта плоскость была перпендикулярна к экрану и проходила через нормальную линию, проведенную к экрану из середины между шариками вибратора и когда ось симметрии резонатора (т. е. его диаметр, проходящий через середину между его шариками) была параллельна этой нормали. Только при таком положении плоскости резонатора maxima искр в нем получались там, где в прежнем положении резонатора наблюдались minima, и обратно. Итак, 4,5 м соответствуют длине "стоячих электромагнитных волн", возникших между экраном и вибратором в пространстве, наполненном воздухом (противоположные явления, наблюдаемые в резонаторе в двух его положениях, т. е. maxima искр в одном положении и minima в другом, вполне объясняется тем, что в одном положении резонатора электрические колебания возбуждаются в нем электрическими силами, т. н. электрическими деформациями в эфире, в другом же положении они вызываются как следствия возникновения сил магнитных, т. е. возбуждаются деформациями магнитными).

По длине "стоячей волны" (l) и по времени (T), соответствующему одному полному электрическому колебанию в вибраторе, на основании теории образования периодических (волнообразных) возмущений, легко определить скорость (v), с какой передаются в воздухе подобные возмущения. Эта скорость

v = (2l)/T.

В опытах Г. : l = 4,5 м, Т = 0,000000028 ". Отсюда v = 320000 (приблизительно) км в секунду, т. е. весьма близко равна скорости распространения в воздухе света. Г. исследовал распространение электрических колебаний и в проводниках, т. е. в проволоках. С этой целью параллельно одной пластине вибратора помещалась изолированная такая же медная пластина, от которой шла длинная, натянутая горизонтально, проволока (фиг. 3).

В этой проволоке, вследствие отражения электрических колебаний от изолированного конца ее, образовывались также "стоячие волны", распределение "узлов" и "пучностей" которых вдоль проволоки Г. находил при помощи резонатора. Г. вывел из этих наблюдений для скорости распространения электрических колебаний в проволоке величину, равную 200000 км в секунду. Но это определение не верно. По теории Максвелла и в данном случае скорость должна быть та же, что и для воздуха, т. е. должна равняться скорости света в возд. (300000 км в секунду). Опыты, произведенные после Г. другими наблюдателями, подтвердили положение теории Максвелла.

Имея источник электромагнитных волн, вибратор, и средства обнаруживания таких волн, резонатор, Г. доказал, что подобные волны, как и волны световые, подвергаются отражениям и преломлениям и что электрические возмущения в этих волнах перпендикулярны направлению распространения их, т. е. обнаружил поляризацию в электрических лучах. С этою целью он поместил вибратор, дающий весьма быстрые электрические колебания (вибратор из двух коротких цилиндров), в фокальной линии параболического цилиндрического зеркала, приготовленного из цинка, в фокальной линии другого такого же зеркала поместил резонатор, как было описано выше, из двух прямых проволок. Направляя электромагнитные волны от первого зеркала на какой-либо плоский металлический экран, Г. с помощью другого зеркала был в состоянии определить законы отражения электрических волн, а заставляя проходить эти волны через большую призму, приготовленную из асфальта, определил и преломление их. Законы отражения и преломления получились те же, что и для волн световых. При посредстве этих же зеркал Г. доказал, что электрические лучи поляризованы, когда оси двух зеркал, поставленных друг против друга, были параллельны при действии вибратора наблюдались искры в резонаторе. Когда же одно из зеркал было повернуто около направления лучей на 90°, т. е. оси зеркал составляли между собой прямой угол, всякий след искорок в резонаторе исчезал.

Таким-то образом опытами Г. доказана правильность положения Максвелла. Вибратор Г., подобно световому источнику, излучает в окружающее пространство энергию, при посредстве электромагнитных лучей передающуюся всему тому, что в состоянии поглотить ее, преобразовывая эту энергию в иную форму, доступную для наших органов чувств. Электромагнитные лучи по качеству вполне подобны лучам тепла или света. Их отличие от последних заключается лишь в длинах соответствующих волн. Длина световых волн измеряется в десятитысячных долях миллиметра, длина же электромагнитных волн, возбуждаемых вибраторами, выражается метрами. Найденные Г. явления служили потом предметом исследований многих физиков. В общем, заключения Г. вполне подтверждаются этими исследованиями. Ныне мы знаем, кроме того, что скорость распространения электромагнитных волн, как это и следует по теории Максвелла, изменяется вместе с изменениями среды, в которой подобные волны распространяются. Эта скорость обратно пропорциональна √K, где К так называемая диэлектрическая постоянная данной среды. Мы знаем, что при распространении электромагнитных волн вдоль проводников происходит "затухание" электрических колебаний, что при отражении электрических лучей их "напряжение" следует законам, данным Френелем для лучей света и т. д.

Статьи Г., касающиеся рассматриваемого явления, собранные вместе, ныне изданы под заглавием: H. Hertz, "Untersuchungen über die Ausbreitung der elektrischen Kraft" (Лпц., 1892).

И . Боргман.

• - закладываются научно-исследовательскими учреждениями на производстве...

  Сельскохозяйственный словарь-справочник

• - опыты с растениями в полевых условиях в вегетационных сосудах без дна, врытых в почву...

  Словарь ботанических терминов

• - излучатель радиоволн, предложенный нем. физиком Г. Герцем, доказавшим существование эл.-магн. волн. Герц применял медные стержни с металлич...

  Физическая энциклопедия

• - принцип наименьшей кривизны, один из вариац...

  Физическая энциклопедия

• - опыты, проводимые по единой схеме и методике одновременно в большом числе пунктов в целях установления количественных показателей действия определенного вида, дозы, способа и времени внесения удобрения или...

  Словарь ботанических терминов

• - простейшая антенна в виде стержня с металлич. шарами на концах и разрывом посередине для подключения источника электрич. колебаний, напр, катушки Румкорфа или нагрузки...
• - один из вариац...

  Естествознание. Энциклопедический словарь

• - военный писатель, р. 24 марта 1870, Ген. шт. полковн...
• - проф. Никол...

  Большая биографическая энциклопедия

• - "О́ПЫТЫ" – осн. соч. Монтеня...

  Философская энциклопедия

• - город в Глыбокском районе Черновицкой обл. УССР, на р. Герцовке, в 35 км к Ю.-В. от г. Черновцы и в 8 км от ж.-д. станции Новоселица. Швейно-галантерейная фабрика...
• - диполь Герца, простейшая антенна, которой пользовался Генрих Герц в опытах, подтвердивших существование электромагнитных волн. Это был медный стержень с металлическими шарами на концах, в разрыв которого...

  Большая Советская энциклопедия

• - принцип наименьшей кривизны, один из вариационных принципов механики, устанавливающий, что при отсутствии активных сил из всех кинематически возможных, т. е. допускаемых связями траекторий,...

  Большая Советская энциклопедия

• - опыт, явившийся экспериментальным доказательством дискретности внутренней энергии Атома. Поставлен в 1913 Дж. Франком и Г. Герцем. На рис. 1 приведена схема опыта...

  Большая Советская энциклопедия

• - город на Украине, Черновицкая обл., близ ж.-д. ст. Новоселица. 2,4 тыс. жителей. Швейно-галантерейное производственное объединение "Прут". Известен с 1408... Из книги От иммигранта к изобретателю автора Пупин Михаил

  IX. Открытие Герца Я должен признаться, что, приехав первый раз в Берлин, я привез с собой старые предубеждения против немцев, мешавшие мне до некоторой степени привыкнуть к новой обстановке. Тевтонизм в Праге, когда я учился там, оставил неизгладимые впечатления в моем

  Некоторые опасные опыты. Опыты раздвоения. Экстаз третьей и четвертой степеней.

  Из книги Йога для запада автора Кернейц С

  Некоторые опасные опыты. Опыты раздвоения. Экстаз третьей и четвертой степеней. Все нижеследующие опыты в высшей степени опасны. Учащийся не должен пытаться производить их преждевременно и особенно прежде чем он не прогонит всякий страх и даже всякое опасение в

  МЕХАНИКА ГЕРЦА

  Из книги Механика от античности до наших дней автора Григорьян Ашот Тигранович

  МЕХАНИКА ГЕРЦА В XVII в. трудами Галилея и Ньютона были заложены принципиальные основы классической механики.В XVIII и XIX вв. Эйлер, Даламбер, Лагранж, Гамильтон, Якоби, Остроградский, исходя из этих основ, построили великолепное здание аналитической механики и разработали ее

  Глава 4 АВАНТЮРА ГЕРЦА И НИШТАДТСКИЙ МИР

  Из книги Англия. Ни войны, ни мира автора Широкорад Александр Борисович

  8.6.6. Короткая жизнь Генриха Герца

  Из книги Всемирная история в лицах автора Фортунатов Владимир Валентинович

  8.6.6. Короткая жизнь Генриха Герца Немецкий физик Генрих Рудольф Герц (1857–1894) прожил всего лишь тридцать шесть лет, но эту фамилию знает каждый школьник, любой, кто хотя бы немного знаком с физикой.В Берлинском университете учителями Генриха были известные ученые Герман

  Вибратор герца

  Из книги Большая энциклопедия техники автора Коллектив авторов

  Вибратор герца Вибратор Герца – это открытый колебательный контур, который состоит из двух разделенных небольшим промежутком стержней. Стержни подключаются к источнику высокого напряжения, который создает искру в промежутке между ними.В вибраторе Герца возбуждаются

  Глава 4. 1700 г. - 1749 г. Опыты Гауксби и Грея, электрические машины, «лейденская банка» Мушенбрека, опыты Франклина

  автора Кучин Владимир

  Глава 4. 1700 г. - 1749 г. Опыты Гауксби и Грея, электрические машины, «лейденская банка» Мушенбрека, опыты Франклина 1701 г. Галлей На рубеже 18-го века англичанин Эдмунд Галлей предпринял три плавания в Атлантический океан, в ходе которых он первым стал отмечать на карте места

  Глава 8. 1830 г. - 1839 г. Опыты Фарадея, опыты Генри, телеграф Шиллинга, телеграф Морзе, элемент Даниэля

  Из книги Популярная история - от электричества до телевидения автора Кучин Владимир

  Глава 8. 1830 г. - 1839 г. Опыты Фарадея, опыты Генри, телеграф Шиллинга, телеграф Морзе, элемент Даниэля 1831 г. Фарадей, Генри В 1831 году физик Майкл Фарадей завершил ряд удачных экспериментов, он обнаружил связь между током и магнетизмом и создал первый макет

  Из книги Баллистическая теория Ритца и картина мироздания автора Семиков Сергей Александрович

  § 4.8 Опыт Франка-Герца Когда разность потенциалов достигнет 4,9 В, электроны при неупругом столкновении с атомами ртути вблизи сетки отдадут им всю свою энергию… Аналогичные опыты в дальнейшем были проведены с другими атомами. Для всех них были получены характерные

Герца опыты

Теория электрических и магнитных явлений, созданная трудами лучших математиков первой половины настоящего столетия и до недавнего времени принимавшаяся почти всеми учеными, допускала в основе своей существование особых невесомых электрических и магнитных жидкостей, обладающих свойством действия на расстоянии. Принцип Ньютонова учения о всемирном тяготении - "actio in distans" - оставался руководящим и в учении электричества и магнетизма. Но уже в 30-х годах гениальный Фарадей, оставляя без рассмотрения вопрос о сущности электричества и магнетизма, в отношении внешних действий их высказал совсем иные мысли. Притяжение и отталкивание наэлектризованных тел, электризация через влияние, взаимодействие магнитов и токов и, наконец, явления индукции по Фарадею не представляют собой проявления непосредственно на расстоянии свойств, присущих электрическим и магнитным жидкостям, а составляют только следствия особых изменений в состоянии той среды, в которой находятся эти, по-видимому, прямо влияющие друг на друга электрические заряды, магниты или проводники с токами. Так как все подобные действия одинаково наблюдаются и в пустоте, как и в пространстве, заполненном воздухом или иным веществом, то в изменениях, производимых процессами электризации и намагничивания в эфире, Фарадей видел причину этих явлений. Таким образом, как при посредстве возникновения особых колебаний эфира и передачи этих колебаний от частицы к частице световой источник освещает удаленный от него какой-либо предмет, так и в данном случае только при посредстве особых возмущений в среде того же эфира и передачи этих возмущений от слоя к слою распространяются в пространстве все электрические, магнитные и электромагнитные действия. Подобная идея была руководящей во всех исследованиях Фарадея; она-то главнейшим образом и привела его ко всем его знаменитым открытиям. Но нескоро и нелегко учение Фарадея укрепилось в науке. Целые десятки лет, в течение которых открытые им явления успели подвергнуться самому тщательному и детальному исследованию, основные идеи Фарадея либо игнорировались, либо прямо считались мало убедительными и недоказанными. Только во второй половине шестидесятых годов явился талантливый последователь Фарадея, так рано умерший, Клерк Максвелл, который истолковал и развил теорию Фарадея, придав ей строго математический характер. Максвелл доказал необходимость существования конечной скорости, с какой совершается при посредстве промежуточной среды передача действий электрического тока или магнита. Эта скорость, по Максвеллу, должна равняться той, с какой в рассматриваемой среде происходит распространение света. Среда, принимающая участие в передаче электрических и магнитных действий, не может быть иная, как тот же эфир, который допускается в теории света и лучистой теплоты. Процесс распространения электрических и магнитных действий в пространстве качественно должен быть одинаков с процессом распространения лучей света. Все законы, относящиеся к световым лучам, вполне применимы к лучам электрическим. По Максвеллу, само явление света - явление электрическое. Луч света - это ряд последовательно возбуждающихся в эфире среды электрических возмущений, весьма малых электрических токов. В чем состоит изменение среды под влиянием электризации какого-нибудь тела, намагничивания железа или образования тока в какой-либо катушке - до сих пор не известно. Теория Максвелла пока не дает возможности представить ясно самый характер предполагаемых ею деформаций. Несомненно лишь, что всякое изменение деформации среды, произведенной в ней под влиянием электризации тел, сопровождается возникновением в этой среде явлений магнитных и, обратно, всякое изменение в среде деформаций, получившихся в ней под влиянием какого-либо магнитного процесса, сопровождается возбуждением электрических действий. Если в какой-либо точке среды, деформированной электризацией какого-нибудь тела, наблюдается электрическая сила по известному направлению, т. е. по этому направлению придет в движение помещенный в данном месте очень маленький наэлектризованный шарик, то при всяком увеличении или уменьшении деформации среды вместе с увеличением или уменьшением электрической силы в данной точке явится в ней по направлению, перпендикулярному к электрической силе, сила магнитная - помещенный здесь магнитный полюс получит толчок по направлению, перпендикулярному к электрической силе. Таково следствие, которое вытекает из теории электричества Максвелла. Несмотря на громадный интерес учения Фарадея-Максвелла, оно многими было встречено с сомнением. Слишком уже смелые обобщения вытекали из этой теории! Опыты Г. (Генрих Hertz), произведенные в 1888 г., окончательно подтвердили правильность теории Максвелла. Г. удалось, так сказать, реализировать математические формулы Максвелла, удалось на самом деле доказать возможность существования лучей электрических, или, правильно, электромагнитных. Как уже было замечено, по теории Максвелла - распространение светового луча представляет собой в сущности распространение последовательно образующихся в эфире электрических возмущений, быстро меняющих свое направление. Направление, в котором возбуждаются подобные возмущения, подобные деформации, по Максвеллу, перпендикулярно к самому световому лучу. Отсюда очевидно, что непосредственное возбуждение в каком-либо теле весьма быстро меняющихся по направлению электрических течений, т. е. возбуждение в проводнике электрических токов переменного направления и весьма малой продолжительности должно в окружающем этот проводник эфире вызвать соответствующие, быстро меняющиеся в своем направлении электрические возмущения, т. е. должно вызвать явление качественно вполне подобное тому, какое представляет из себя луч света. Но уже было давно известно, что при разряде какого-нибудь наэлектризованного тела или лейденской банки в проводнике, через который происходит разряд, образуется целый ряд электрических течений попеременно то в ту, то в другую сторону. Разряжающееся тело не теряет сразу своего электричества, оно, напротив, во время разряда несколько раз перезаряжается то одним, то другим по знаку электричеством. Появляющиеся на теле последовательные заряды уменьшаются лишь мало-помалу по своей величине. Такие разряды носят название колебательных. Продолжительность существования в проводнике двух следующих друг за другом течений электричества при таком разряде, т. е. продолжительность электрических колебаний, или иначе - промежуток времени между двумя моментами, в которые разряжающееся тело получает наибольшие последовательно друг за другом являющиеся на нем заряды, может быть вычислена по форме и размерам разряжающегося тела и проводника, через который происходит такой разряд. По теории эта продолжительность электрических колебаний (Т) выражается формулой:

T = 2π√(LC).

Здесь С обозначает электроемкость разряжающегося тела и L - коэффициент самоиндукции проводника, через который происходить разряд (см.). Обе величины выражены соответственно одной и той же системе абсолютных единиц. При употреблении обыкновенной лейденской банки, разряжающейся через проволоку, соединяющую две ее обкладки, продолжительность электрических колебаний, т. е. Т, определяется в 100 и даже в 10-тысячных долях секунды. Г. в первых своих опытах электризовал разноименно два металлических шара (30 см в диам.) и предоставлял им разряжаться через недлинный и довольно толстый медный стержень, разрезанный посередине, где и образовалась электрическая искра между двумя шариками, которые были укреплены на обращенных друг к другу концах двух половин стержня. Фиг. 1 изображает схему опытов Г. (диам. стержня 0,5 см, диам. шариков b и b" 3 см, промежуток между этими шариками около 0,75 см и расстояние между центрами шаров S в S" равно 1 м).

Впоследствии, вместо шаров, Г. употреблял металлические квадратные листы (40 см в каждой стороне), которые помещал в одной плоскости. Заряжение таких шаров или листов производилось при посредстве действующей Румкорфовой катушки. Шары или листы много раз в секунду заряжались от катушки и вслед за тем разряжались через находящийся между ними медный стержень с образованием электрической искры в промежутке между двумя шариками b и b". Продолжительность электрических колебаний, возбуждавшихся при этом в медном стержне, превосходила немногим одну 100-тысячную долю секунды. В дальнейших своих опытах, употребляя, вместо листов с прикрепленными к ним половинами медного стержня, короткие толстые цилиндры с шаровидными концами, между которыми и проскакивала искра, Г. получал электрические колебания, продолжительность которых была всего около тысячемиллионной доли секунды. Такая пара шаров, листов или цилиндров, такой вибратор, как называет это Г., с точки зрения Максвеллевой теории, является центром, распространяющим в пространстве электромагнитные лучи, т. е. возбуждающим в эфире электромагнитные волны совершенно подобно всякому световому источнику, возбуждающему вокруг себя волны световые. Но подобные электромагнитные лучи или электромагнитные волны не в состоянии оказывать действие на глаз человека. Только в том случае, когда продолжительность каждого электрич. колебания достигла бы всего одной 392-биллионной доли секунды, глаз наблюдателя получил бы впечатление от этих колебаний и наблюдатель увидал бы электромагнитный луч. Но для достижения подобной быстроты электрических колебаний необходим вибратор, по размерам соответствующий физическим частицам. Итак, для обнаружения электромагнитных лучей нужны особые средства, нужен, по меткому выражению В. Томсона (ныне лорда Кельвина), особый "электрический глаз". Такой "электрический глаз" самым простым образом устроил Г. Представим себе, что в некотором расстоянии от вибратора находится другой проводник. Возмущения в эфире, возбуждаемые вибратором, должны отразиться на состоянии этого проводника. Этот проводник будет подвержен последовательному ряду импульсов, стремящихся возбудить в нем подобное тому, что послужило причиной таких возмущений в эфире, т. е. стремящихся образовать в нем электрические течения, меняющиеся по направлению соответственно скорости электрических колебаний в самом вибраторе. Но импульсы, последовательно чередующиеся, только тогда в состоянии способствовать друг другу, когда они будут вполне ритмичны с вызываемыми ими в действительности электрическими движениями в таком проводнике. Ведь только в унисон настроенная струна в состоянии прийти в заметное дрожание от звука, издаваемого другой струной, и, таким образом, в состоянии явиться самостоятельным звуковым источником. Итак, проводник должен так сказать, электрически резонировать вибратору. Как струна данной длины и натянутости способна приходить от удара в известные по быстроте колебания, так и в каждом проводнике от электрического импульса могут образоваться электрические колебания только вполне определенных периодов. Согнув соответствующих размеров медную проволоку в виде круга или прямоугольника, оставив лишь маленький просвет между концами проволоки с украденными на них маленькими шариками (фиг. 2), из которых один при посредстве винта мог приближаться или удаляться от другого, Г. и получил, как он назвал, резонатор своему вибратору (в большей части своих опытов, когда вибратором служили упомянутые выше шары или листы, Г. употреблял как резонатор медную проволоку 0,2 см диам., согнутую в виде круга, диаметр которого 35 см).

Для вибратора из коротких толстых цилиндров резонатором служил подобный же круг из проволоки, толщиной в 0,1 см, имеющий в диаметре 7,5 см. Для того же вибратора в позднейших своих опытах Г. устроил несколько иной формы резонатор. Две прямые проволоки, 0,5 см диам. и 50 см длины, располагаются одна на продолжении другой с расстоянием между их концами в 5 см; от обоих обращенных друг к другу концов этих проволок перпендикулярно к направлению проволок проводятся две другие параллельные проволочки в 0,1 см диам. и 15 см длины, которые и присоединяются к шарикам искромера. Как ни слабы сами по себе отдельные импульсы от возмущений, происходящих в эфире под влиянием вибратора, они, тем не менее, способствуя в действии друг другу, в состоянии в резонаторе возбудить уже заметные электрические течения, проявляющиеся в образовании искорки между шариками резонатора. Эти искорки очень малы (они доходили до 0,001 см), но вполне достаточны, чтобы быть критерием возбуждения в резонаторе электрических колебаний и своей величиной служить указателем степени электрического возмущения как резонатора, так и окружающего его эфира.

При посредстве наблюдения искорок, являющихся в подобном резонаторе, Герц и обследовал на разных расстояниях и в различных направлениях пространство около вибратора. Оставляя в стороне эти опыты Г. и те результаты, какие были получены им, перейдем к исследованиям, подтвердившим существование конечной скорости распространения электрических действий. К одной из стен той залы, в которой производились опыты, был приставлен больших размеров экран, сделанный из цинковых листов. Этот экран соединялся с землей. В расстоянии 13 метров от экрана был помещен вибратор из пластин так, что плоскости его пластин были параллельны плоскости экрана и середина между шариками вибратора приходилась против середины экрана. Если вибратор во время своего действия возбуждает периодически электрические возмущения в окружающем эфире и если эти возмущения распространяются в среде не моментально, а с некоторой скоростью, то, достигнув экрана и отразившись назад от последнего, подобно звуковым и световым возмущениям, эти возмущения вместе с теми, которые посылаются к экрану вибратором, образуют в эфире, в пространстве между экраном и вибратором состояние, аналогичное тому, какое происходит при подобных же условиях вследствие интерференции встречных волн, т. е. в этом пространстве возмущения примут характер "стоячих волн" (см. Волны). Состояние эфира в местах, соответствующих "узлам" и "пучностям" таких волн, очевидно, должно значительно различаться. Помещая свой резонатор, плоскостью параллельно экрану и так, что его центр приходился на линии, проведенной из середины между шариками вибратора нормально к плоскости экрана, Г. наблюдал при разных расстояниях резонатора от экрана весьма различные по длине искорки в нем. Вблизи самого экрана почти совсем не наблюдается в резонаторе появления искорок, тоже в расстояниях, равных 4,1 и 8,5 м. Напротив, искорки получаются наибольшими, когда резонатор помещается в расстояниях от экрана, равных 1,72 м, 6,3 м и 10,8 м. Г. из своих опытов вывел, что в среднем 4,5 м отделяют друг от друга те положения резонатора, в которых наблюдаемые в нем явления, т. е. искорки, оказываются близко одинаковыми. Совершенно подобное же получил Г. и при другом положении плоскости резонатора, когда эта плоскость была перпендикулярна к экрану и проходила через нормальную линию, проведенную к экрану из середины между шариками вибратора и когда ось симметрии резонатора (т. е. его диаметр, проходящий через середину между его шариками) была параллельна этой нормали. Только при таком положении плоскости резонатора maxima искр в нем получались там, где в прежнем положении резонатора наблюдались minima, и обратно. Итак, 4,5 м соответствуют длине "стоячих электромагнитных волн", возникших между экраном и вибратором в пространстве, наполненном воздухом (противоположные явления, наблюдаемые в резонаторе в двух его положениях, т. е. maxima искр в одном положении и minima в другом, вполне объясняется тем, что в одном положении резонатора электрические колебания возбуждаются в нем электрическими силами, т. н. электрическими деформациями в эфире, в другом же положении они вызываются как следствия возникновения сил магнитных, т. е. возбуждаются деформациями магнитными).

По длине "стоячей волны" (l) и по времени (T), соответствующему одному полному электрическому колебанию в вибраторе, на основании теории образования периодических (волнообразных) возмущений, легко определить скорость (v), с какой передаются в воздухе подобные возмущения. Эта скорость

v = (2l)/T.

В опытах Г. : l = 4,5 м, Т = 0,000000028 ". Отсюда v = 320000 (приблизительно) км в секунду, т. е. весьма близко равна скорости распространения в воздухе света. Г. исследовал распространение электрических колебаний и в проводниках, т. е. в проволоках. С этой целью параллельно одной пластине вибратора помещалась изолированная такая же медная пластина, от которой шла длинная, натянутая горизонтально, проволока (фиг. 3).

В этой проволоке, вследствие отражения электрических колебаний от изолированного конца ее, образовывались также "стоячие волны", распределение "узлов" и "пучностей" которых вдоль проволоки Г. находил при помощи резонатора. Г. вывел из этих наблюдений для скорости распространения электрических колебаний в проволоке величину, равную 200000 км в секунду. Но это определение не верно. По теории Максвелла и в данном случае скорость должна быть та же, что и для воздуха, т. е. должна равняться скорости света в возд. (300000 км в секунду). Опыты, произведенные после Г. другими наблюдателями, подтвердили положение теории Максвелла.

Имея источник электромагнитных волн, вибратор, и средства обнаруживания таких волн, резонатор, Г. доказал, что подобные волны, как и волны световые, подвергаются отражениям и преломлениям и что электрические возмущения в этих волнах перпендикулярны направлению распространения их, т. е. обнаружил поляризацию в электрических лучах. С этою целью он поместил вибратор, дающий весьма быстрые электрические колебания (вибратор из двух коротких цилиндров), в фокальной линии параболического цилиндрического зеркала, приготовленного из цинка, в фокальной линии другого такого же зеркала поместил резонатор, как было описано выше, из двух прямых проволок. Направляя электромагнитные волны от первого зеркала на какой-либо плоский металлический экран, Г. с помощью другого зеркала был в состоянии определить законы отражения электрических волн, а заставляя проходить эти волны через большую призму, приготовленную из асфальта, определил и преломление их. Законы отражения и преломления получились те же, что и для волн световых. При посредстве этих же зеркал Г. доказал, что электрические лучи поляризованы, когда оси двух зеркал, поставленных друг против друга, были параллельны при действии вибратора наблюдались искры в резонаторе. Когда же одно из зеркал было повернуто около направления лучей на 90°, т. е. оси зеркал составляли между собой прямой угол, всякий след искорок в резонаторе исчезал.

Таким-то образом опытами Г. доказана правильность положения Максвелла. Вибратор Г., подобно световому источнику, излучает в окружающее пространство энергию, при посредстве электромагнитных лучей передающуюся всему тому, что в состоянии поглотить ее, преобразовывая эту энергию в иную форму, доступную для наших органов чувств. Электромагнитные лучи по качеству вполне подобны лучам тепла или света. Их отличие от последних заключается лишь в длинах соответствующих волн. Длина световых волн измеряется в десятитысячных долях миллиметра, длина же электромагнитных волн, возбуждаемых вибраторами, выражается метрами. Найденные Г. явления служили потом предметом исследований многих физиков. В общем, заключения Г. вполне подтверждаются этими исследованиями. Ныне мы знаем, кроме того, что скорость распространения электромагнитных волн, как это и следует по теории Максвелла, изменяется вместе с изменениями среды, в которой подобные волны распространяются. Эта скорость обратно пропорциональна √K, где К так называемая диэлектрическая постоянная данной среды. Мы знаем, что при распространении электромагнитных волн вдоль проводников происходит "затухание" электрических колебаний, что при отражении электрических лучей их "напряжение" следует законам, данным Френелем для лучей света и т. д.

Уже давно было замечено, что если обмотать стальную иглу проволокой и разрядить через эту проволоку лейденскую банку, то северный полюс не всегда получается на том конце иглы, где его можно было ожидать по направлению разрядного тока и по правилу … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Э. называется то, содержащееся в теле, что сообщает этому телу особые свойства, вызывает в нем способность действовать механически на некоторые другие тела, притягивать или при известных условиях отталкивать их, а также вызывает в самом этом теле … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Название, данное Майклом Фарадеем телам, не проводящим, или, иначе, плохо проводящим электричество, как, напр., воздух, стекло, различные смолы, сера и т. д. Подобные тела называются также изоляторами. До исследований Фарадея, произведенных в 30… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

При разряде какого либо наэлектризованного тела, конденсатора, лейденской банки или батареи, состоящей из нескольких таких банок, электрический ток, являющийся в проводнике, при посредстве которого производится разряд, имеет вполне определенное… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

- (Hertz) известный нем. физик; род. в 1857 г., образование получил в Берлине и Мюнхена, был ассистентом у Гельмгольца; в 1883 г. сделался прив. доц. по теоретической физике в Киле, в 1885 г. профессором Высшей технической школы в Карлсруэ; с 1889… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

- (физ.) чрезвычайно тонкие, мало плотные и потому неподверженные ощутительно притяжению, гипотетические виды вещества; такими веществами жидкостями считались прежде теплород (caloricum), электричество, магнетизм, световое вещество, эфир… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

В зависимости от группы явлений, для понимания и систематизации которых предположено существование притягательных и отталкивательных сил, эти последние приобретают различное название, как то: силы П. тяготения, электрические, магнитные и… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Притяжение и отталкивание В зависимости от группы явлений, для понимания и систематизации которых предположено существование притягательных и отталкивательных сил, эти последние приобретают различное название, как то: силы П. тяготения,… … Википедия

Существование дискретных энергетических уровней атома подтверждается опытом Франка и Герца. Немецкие ученые Джеймс Франк и Густав Герц за экспериментальные исследования дискретности энергетических уровней получили Нобелевскую премию в 1925 г.

В опытах использовалась трубка (рис. 6.9), заполненная парами ртути при давлении р ≈ 1 мм рт. ст. и три электрода: катод, сетка и анод.

Электроны ускорялись разностью потенциалов U между катодом и сеткой. Эту разность потенциалов можно было изменять с помощью потенциометра П . Между сеткой и анодом тормозящее поле 0,5 В (метод задерживающих потенциалов).

Определялась зависимость тока через гальванометр Г от разности потенциалов между катодом и сеткой U . В эксперименте была получена зависимость, изображенная на рис. 6.10. ЗдесьU = 4,86 В – соответствует первому потенциалу возбуждения.

Согласно боровской теории, каждый из атомов ртути может получить лишь вполне определенную энергию, переходя в одно из возбужденных состояний. Поэтому если в атомах действительно существуют стационарные состояния, то электроны, сталкиваясь с атомами ртути, должны терять энергию дискретно , определенными порциями , равными разности энергии соответствующих стационарных состояний атома.

Из опыта следует, что при увеличении ускоряющего потенциала вплоть до 4,86 В анодный ток возрастает монотонно , его значение проходит через максимум (4,86 В), затем резко уменьшается и возрастает вновь. Дальнейшие максимумы наблюдаются при и .

Ближайшим к основному, невозбужденному состоянию атома ртути является возбужденное состояние, отстоящее по шкале энергий на 4,86 В. Пока разность потенциалов между катодом и сеткой меньше 4,86 В, электроны, встречая на своем пути атомы ртути, испытывают с ними только упругие соударения. При = 4,86 эВ энергия электрона становится достаточной, чтобы вызвать неупругий удар, при котором электрон отдает атому ртути всю кинетическую энергию , возбуждая переход одного из электронов атома из нормального состояния в возбужденное. Электроны, потерявшие свою кинетическую энергию, уже не смогут преодолеть тормозящий потенциал и достигнуть анода. Этим и объясняется резкое падение анодного тока при = 4,86 эВ. При значениях энергии, кратных 4,86, электроны могут испытывать с атомами ртути 2, 3, … неупругих соударения. При этом они полностью теряют свою энергию и не достигают анода, т.е. наблюдается резкое падение анодного тока.

Таким образом, опыт показал, что электроны передают свою энергию атомам ртути порциями , причем 4,86 эВ – наименьшая возможная порция, которая может быть поглощена атомом ртути в основном энергетическом состоянии. Следовательно, идея Бора о существовании в атомах стационарных состояний блестяще выдержала проверку экспериментом.

Атомы ртути, получившие при соударении с электронами энергию , переходят в возбужденное состояние и должны вернуться в основное, излучая при этом, согласно второму постулату Бора, квант света с частотой . По известному значению можно вычислить длину волны светового кванта: . Таким образом, если теория верна, то атомы ртути, бомбардируемые электронами с энергией 4,86 эВ, должны являться источником ультрафиолетового излучения с , что действительно обнаружилось в опытах .

В 1888 году Герц экспериментально обнаружил электромагнитные волны и исследовал их свойства.

По существу Герцу необходимо было решить две экспериментальные проблемы.

1. Как получить электромагнитную волну?

2. Как обнаружить электромагнитную волну?

Чтобы получить ЭМВ, необходимо в какой-либо области пространства создать изменяющееся электрическое или магнитное поле. Меняющиеся поля существуют в колебательном контуре. Проблема заключается в том, что эти поля локализованы в очень малой, ограниченной области пространства: электрическое поле между обкладками конденсатора, магнитное – внутри катушки.

Можно увеличить область, занимаемую полями, раздвигая обкладки конденсатора и уменьшая число витков катушки.

В пределе контур, состоящий из конденсатора и катушки, преобразуется в отрезок провода, который называется открытым колебательным контуром или вибратором Герца. Магнитные линии охватывают вибратор, силовые линии электрического поля начинаются и заканчиваются на самом вибраторе.

При увеличении расстояния между обкладками конденсатора его электроемкость C уменьшается. Уменьшение числа витков катушки приводит к уменьшению ее индуктивности L . Изменение параметров контура в соответствии с формулой Томсона приводит к уменьшению периода и увеличению частоты колебаний в контуре. Период колебаний в контуре уменьшается настолько, что становится сопоставимым со временем распространения электромагнитного поля вдоль провода. Это означает, что процесс протекания тока в открытом колебательном контуре перестает быть квазистационарным: сила тока в разных участках вибратора уже не будет одинаковой.

Процессы, происходящие в открытом колебательном контуре эквивалентны колебаниям закрепленной струны, в которой, как известно, устанавливается стоячая волна. Аналогичные стоячие волны устанавливаются для заряда и тока в открытом колебательном контуре.

Понятно, что на торцах вибратора ток всегда равен нулю. Вдоль контура ток изменяется, его амплитуда максимальна посередине (там, где раньше была катушка).

Когда ток в контуре максимален, плотность заряда вдоль вибратора равна нулю. На рисунке показано распределение тока и заряда вдоль вибратора. Электрическое поле вокруг вибратора в этот момент отсутствует, магнитное поле максимально.

Через четверть периода ток становится равным нулю, магнитное поле вокруг вибратора тоже «исчезает». Максимальная плотность заряда наблюдается вблизи концов вибратора, распределение заряда показано на рисунке. Электрическое поле вблизи вибратора в этот момент максимально.

Изменяющееся магнитное поле вокруг вибратора порождает вихревое электрическое поле, а изменяющееся магнитное поле порождает магнитное поле. Вибратор становится источником электромагнитной волны. Волна бежит в направлении, перпендикулярном вибратору, колебания вектора напряженности электрического поля в волне происходят параллельно вибратору. Вектор индукции магнитного поля колеблется в плоскости, перпендикулярной вибратору.

Вибратор, который Герц использовал в опытах, представлял собой прямой проводник, разрезанный пополам. Половинки вибратора разделял небольшой воздушный зазор. Через дроссельные катушки половинки вибратора подключались к источнику высокого напряжения. Дроссельные катушки обеспечивали медленный процесс зарядки половинок вибратора. По мере накопления заряда росло электрическое поле в зазоре. Как только величина этого поля достигала пробойного значения, между половинками вибратора проскакивала искра. Пока искра замыкала воздушный зазор, в вибраторе происходили высокочастотные колебания, он излучал электромагнитную волну.

Длина волны, излучаемая вибратором, зависит от его размеров. Воспользуемся тем фактом, что в вибраторе устанавливается стоячая волна тока. Узлы этой стоячей волны располагаются на концах вибратора (здесь ток отсутствует), пучность стоячей волны посередине – здесь ток максимален. Расстояние между узлами стоячей волны равно половине длины волны, следовательно,

где L – длина вибратора.

Для обнаружения электромагнитной волны можно воспользоваться тем фактом, что электрическое поле действует на заряды. Под действием электрической составляющей ЭМВ свободные заряды в проводнике должны прийти в направленное движение, т.е. должен появиться ток.

В своих опытах Герц использовал приемный вибратор такого же размера, как и передающий. Тем самым обеспечивалось равенство собственных частот колебаний вибраторов, необходимое для получения резонанса в приемном вибраторе. Для успешного приема волны приемный вибратор следовало расположить параллельно вектору напряженности электрического поля , чтобы под действием электрической силы электроны в проводнике могли прийти в направленное движение. Высокочастотный ток в принимающем проводнике обнаруживался по свечению маленькой газоразрядной трубки, включенной между половинками приемного вибратора.

Можно «поймать» волну приемным контуром, располагая его в одной плоскости в излучающим вибратором. При таком расположении контура вектор магнитной индукции будет перпендикулярен контуру, а пронизывающий контур магнитный поток максимален. При изменении магнитного потока в контуре возникнет индукционный ток, индикатором которого опять-таки служит маленькая газоразрядная трубка.

Герц не только обнаружил электромагнитную волну, но и пронаблюдал ее свойства: отражение, преломление, интерференцию, дифракцию.

Тест «Электромагнитные волны»

1. Что такое электромагнитная волна?

А. процесс распространения электрических колебаний в упругой среде

Б. процесс распространения меняющегося электрического поля

В. процесс распространения меняющихся электрического и магнитного полей в пространстве

Г. процесс распространения электрических колебаний в вакууме

2. Что колеблется в электромагнитной волне?

А. электроны

Б. любые заряженные частицы

В. электрическое поле

Г. электрическое и магнитное поля

3. К какому виду волн относится электромагнитная волна?

А. к поперечным

Б. к продольным

В. ЭМВ может быть как поперечной, так и продольной – в зависимости от среды, в которой она распространяется

Г. ЭМВ может быть как поперечной, так и продольной – в зависимости от способа ее излучения

4. Как располагаются относительно друг друга вектора напряженности электрического поля и индукции магнитного поля в волне?

5. Где правильно показано взаимное расположение векторов скорости , напряженности электрического поля и индукции магнитного поля в волне?

6. Что можно сказать о фазах колебаний векторов напряженности электрического поля и индукции магнитного поля в волне?

А. вектора и колеблются в одной фазе

Б. вектора и колеблются в противофазе

В. колебания вектора отстают по фазе от колебаний вектора на

Г. колебания вектора отстают по фазе от колебаний вектора на

7. Укажите связь между мгновенными значениями векторов напряженности электрического поля и индукции магнитного поля в волне.

А.

В.

8. Укажите выражение для расчета скорости электромагнитной волны в вакууме.

А. Б. В. Г.

9. Отношение скорости распространения электромагнитных волн в среде к скорости электромагнитных волн в вакууме…

А. > 1 Б. < 1 В. = 1

Г. в одних средах > 1, в других средах < 1.

10. Среди радиоволн длинного, короткого и ультракороткого диапазона наибольшую скорость распространения в вакууме имеют волны…

А. длинного диапазона

Б. короткого диапазона

В. ультракороткого диапазона

Г. скорости распространения волн всех диапазонов одинаковы

11. Электромагнитная волна переносит…

А. Вещество

Б. Энергию

В. Импульс

Г. Энергию и импульс

12. В каком случае происходит излучение электромагнитной волны?

А. электрон двигается равномерно и прямолинейно

Б. по спирали лампы накаливания течет переменный ток

В. по спирали лампы карманного фонарика течет постоянный ток

Г. заряженная сфера плавает в масле

13. Колеблющийся заряд излучает электромагнитную волну. Как изменится амплитуда колебаний вектора напряженности электрического поля , если при неизменной частоте амплитуда колебаний заряда увеличится в 2 раза?

А. увеличится в 2 раза

Б. увеличится в 4 раза

Г. уменьшится в 2 раза

Д. не изменится

14. Колеблющийся заряд излучает электромагнитную волну. Как изменится амплитуда колебаний вектора напряженности электрического поля , если при неизменной амплитуде частота колебаний заряда увеличится в 2 раза?

А. не изменится

Б. увеличится в 2 раза

В. увеличится в 4 раза

Г. увеличится в 8 раз

15. Колеблющийся заряд излучает электромагнитную волну. Как изменится интенсивность излучаемой волны, если при неизменной амплитуде частота колебаний заряда увеличится в 2 раза?

А. не изменится

Б. увеличится в 2 раза

В. увеличится в 4 раза

Г. увеличится в 8 раз

16. В каком направлении интенсивность излучаемой вибратором Герца электромагнитной волны максимальна?

А. интенсивность волны одинакова по всем направлениям

Б. вдоль оси вибратора

В. в направлениях вдоль серединных перпендикуляров к вибратору

Г. ответ зависит от геометрических размеров вибратора

17. Длина волны, на которой суда передают сигнал бедствия SOS, равна 600 м. На какой частоте передаются такие сигналы?

А. 1, 8∙10 11 Гц Б. 2∙10 -6 Гц В. 5∙10 5 Гц Г. 2∙10 5 Гц

18. Если зеркальную поверхность, на которую падает электромагнитная волна, заменить на абсолютно черную, то давление, производимое волной на поверхность, …

А. увеличится в 2 раза

Б. уменьшится в 2 раза

В. уменьшится в 4 раза

Г. не изменится

19. При работе радиолокатора – прибора, служащего для определения расстояния до объекта, - используется явление…

Понравилась страница? Лайкни для друзей:

Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства