Obtention d'ondes électromagnétiques à partir d'expériences Hertz. Expériences de Heinrich Hertz

Heinrich Rudolf Hertz est né dans une famille d'avocats en 1857 à Hambourg. Dès son enfance, Hertz est tombé amoureux de la science et aimait écrire de la poésie et travailler sur tour.

Hertz a fait ses études dans un gymnase et est entré en 1876 à l'Université de Munich. école technique, mais dès sa deuxième année, il se rend compte qu'il a commis une erreur en choisissant un métier. Il décide de se lancer dans les sciences et entre à l'Université de Berlin, où il se fait remarquer physiciens célèbres Helmholtz et Kirchhoff. En 1880, Hertz est diplômé de l'Université de Berlin avec doctorat. Et en 1885, Hertz devint professeur physique expérimentale V Institut Polytechniqueà Karlsruhe, où il a mené des expériences de renommée mondiale.

Quelques faits.

Au début des années 30, en Russie, puis dans le monde entier, l'unité de fréquence d'un processus périodique, le hertz, fut adoptée. Par la suite, cette valeur a été inscrite dans le tableau système international Unités SI. 1
Un Hertz équivaut à une oscillation complète en une seconde.

Le physicien J. Thomson a parlé du travail de Hertz comme d'un triomphe de compétence expérimentale, accompagné d'ingéniosité et de prudence dans la démonstration des résultats.

Un jour, lorsque la mère de Hertz raconta au maître qui enseignait le tournage au garçon que son fils était devenu professeur, celui-ci dit avec agacement : « Oh, quel dommage, il aurait fait un tourneur de grande classe !

Expériences célèbres de Hertz.

Les déclarations théoriques de Maxwell suggèrent que les ondes électromagnétiques peuvent avoir des propriétés réfléchissantes, être déformées et réfractées. Mais toute théorie a besoin de pratique pour être confirmée. Mais à cette époque, Maxwell et d’autres physiciens ne pouvaient pas obtenir d’ondes électromagnétiques dans la pratique. Cela est devenu possible en 1888, lorsque Hertz a pu mener des expériences avec des ondes électromagnétiques et publier les résultats de ses travaux.

Ouvrir circuit oscillatoire ou comment créer un vibromasseur Hertz ?

Dans une série d'expériences, Hertz a réussi à créer une source pratique ondes électromagnétiques, qu'il a appelé un vibrateur. Il a créé un dispositif composé de deux sphères conductrices (parfois utilisées des cylindres) d'un diamètre de 10...30 cm, qui étaient fixées à des tiges coupées au milieu. Les extrémités des tiges coupées se terminaient par une petite sphère. Il y avait un éclateur entre les extrémités - une distance de plusieurs millimètres.

Les sphères étaient reliées à l'enroulement secondaire de la bobine, inventé par Ruhmkorff et qui est la source haute tension.

Quelle était l’idée derrière la création du vibrateur Hertz ?

Revenons à nouveau à la théorie de Maxwell :
Les ondes électromagnétiques ne peuvent être étudiées que par le passage de charges accélérées.
L'énergie des ondes électromagnétiques est proportionnelle à la puissance quatre de sa fréquence d'oscillation.

On sait que les charges accélérées ne peuvent être créées que dans un circuit oscillatoire, ce qui a permis de l'utiliser dans l'étude des ondes électromagnétiques. Une chose était nécessaire : augmenter la fréquence des oscillations de charge. Basé sur la formule de Thomson, qui concerne le calcul de la fréquence cyclique des oscillations :

on voit que pour augmenter la fréquence il faut réduire les paramètres capacitifs et inductifs du circuit.

Pour réduire la capacité C, il est nécessaire d'écarter les plaques (augmenter la distance entre elles, et également réduire la surface de la plaque. La plus petite capacité est un simple fil.

Afin de réduire l'inductance L, il est nécessaire de réduire le nombre de tours dans la bobine. À la suite de telles manipulations, un fil ordinaire sort, appelé circuit oscillatoire ouvert OCC.

Pour créer une action oscillatoire dans l'OCC, Hertz a proposé le schéma suivant :

Si nous parlons de l'essence de ce qui se passe dans le vibrateur Hertz, nous pouvons alors dire ce qui suit. L'inductance de Ruhmkorff permet de créer une haute tension (plusieurs kilovolts) aux extrémités de l'enroulement secondaire et une tension qui charge les sphères de charges opposées. Après un certain temps, une étincelle électrique saute dans l'éclateur, ce qui rend la résistance de l'entrefer relativement faible, ce qui permet d'obtenir des fréquences haute fréquence dans le vibrateur. oscillations amorties, qui durent toute la période d’existence de l’étincelle. Le vibrateur étant un circuit oscillatoire ouvert, un rayonnement d’ondes électromagnétiques est généré.

Mais comment déterminer la présence d’ondes électromagnétiques, puisqu’elles ne sont pas visibles et ne peuvent pas être touchées ?

Pour le détecteur, Hertz a utilisé un anneau avec un espace similaire à l'éclateur d'un vibrateur, qui peut être ajusté. Le premier anneau des expériences de Hertz avait un diamètre de 1 mètre, mais a ensuite progressivement diminué jusqu'à un diamètre de 7 cm.

Hertz a appelé cette découverte un résonateur. Au cours de ses expériences, Hertz a établi qu'en modifiant les caractéristiques géométriques du résonateur - la taille, l'emplacement et la distance entre le résonateur et le vibrateur, un certain résultat peut être obtenu : « harmonie », « syntonie » (résonance). La présence d'une résonance sera observée lorsque des étincelles apparaîtront dans l'éclateur. Hertz a observé dans ses expériences des étincelles mesurant 3 à 7 mm, et les étincelles dans le résonateur ont été décrites par des étincelles mesurant des dixièmes de millimètre. De telles étincelles n'étaient clairement visibles que dans une pièce sombre et il était parfois nécessaire d'utiliser une loupe.

Quels sont les mérites de Hertz ?

Au cours d'expériences longues et laborieuses dans lesquelles des moyens simples et disponibles ont été utilisés. Hertz a réussi à obtenir des résultats incroyables en physique. Il mesura les longueurs d'onde et calcula leurs vitesses de propagation. Il a été prouvé qu'il existe :
Réflexion;
Réfraction;
Diffraction;
Interférence et polarisation des ondes ;
La vitesse des ondes électromagnétiques a été mesurée.

Hertz est devenu un scientifique mondialement connu après avoir rendu compte des résultats de ses recherches dans Université de Berlin(1888) et publication des résultats de leurs expériences. Les ondes électromagnétiques sont également appelées « rayons hertziens ».

Hertz a créé des oscillations de charge dans un circuit vibrateur électrique et a observé comment des étincelles sautaient dans un circuit résonateur voisin et comment des oscillations électromagnétiques apparaissaient.

Les expériences étonnantes de Hertz ont ensuite été répétées avec succès dans de nombreux pays et laboratoires à travers le monde. Comme nous le savons, tout a commencé par une réflexion sur les expériences de Hertz. merveilleuse recherche Alexander Stepanovich Popov, qui a ensuite conduit à l'invention des communications radio.

Hertz a nommé les vibrations qu'il a enregistrées rayons de force électrique.

Portrait de Heinrich Hertz

Il a découvert que les rayons électriques interféraient et étaient réfractés dans un prisme en asphalte, tout comme les rayons lumineux étaient réfractés dans un prisme ou une lentille en verre ou en quartz. Ces rayons ne diffèrent que par leur fréquence d'oscillation ou leur longueur d'onde : pour les rayons de Hertz, la longueur d'onde variait de 60 centimètres à plusieurs mètres, tandis que la longueur d'onde des rayons lumineux variait de 0,4 à 0,75 microns.

Heinrich Hertz a écrit : « …il semble très probable que les expériences décrites prouvent l’identité de la lumière, des rayons thermiques et du mouvement des ondes électromagnétiques. »

Les expériences de Hertz ont forcé les scientifiques à se souvenir de plus en plus de la théorie audacieuse de Maxwell, qui réunissait tous les phénomènes lumineux et électriques en un seul tout.

Des calculs ont montré que la vitesse des ondes électromagnétiques de Hertz est égale à la vitesse de la lumière !

De plus en plus de faits scientifiques s'accumulent en faveur de la théorie de Maxwell.

La relation dérivée de Maxwell a été confirmée, selon laquelle l'indice de réfraction de toute substance égal à la racine carré du produit de sa perméabilité diélectrique et magnétique. Ainsi, un lien clair et évident a été établi entre les propriétés électriques et optiques de la substance...

Une photographie du petit dispositif qui lui a permis de découvrir qu'un circuit oscillant dans un circuit radio pouvait capter les ondes électromagnétiques envoyées par un autre circuit.

Ils ont trouvé leur explication simple à la découverte de Bartholin et Malus : dans un faisceau lumineux contenant des ondes électromagnétiques transversales d'orientations les plus diverses, réfléchies par des diélectriques ou traversant cristaux anisotropes Il ne reste que des ondes dont les oscillations se situent dans un plan strictement défini : les ondes polarisées.

En 1879, le physicien anglais John Kerr découvre qu'il est possible d'observer le phénomène dans n'importe quelle substance homogène, comme un liquide ou un gaz. biréfringence sous l'influence de fortes tensions électriques et champ magnétique.

Une autre confirmation connexion étroite optique et propriétés électriques substances et en même temps la preuve qu'un gaz ou un liquide dans certaines conditions devient semblable à des cristaux anisotropes !

À quelle distance est-il de miracles scientifiques XXe siècle sur la transformation de certaines substances en d'autres...

En 1888, Hertz découvre expérimentalement les ondes électromagnétiques et étudie leurs propriétés.

Hertz devait essentiellement résoudre deux problèmes expérimentaux.

1. Comment obtenir une onde électromagnétique ?

2. Comment détecter les ondes électromagnétiques ?

Pour obtenir des ondes électromagnétiques, il est nécessaire de créer un champ électrique ou magnétique changeant dans une région donnée de l’espace. Différents champs existent dans un circuit oscillatoire. Le problème est que ces champs sont localisés dans un espace très restreint, zone limitée espace : champ électrique entre les plaques du condensateur, champ magnétique à l'intérieur de la bobine.

Vous pouvez augmenter la surface occupée par les champs en écartant les plaques du condensateur et en réduisant le nombre de tours de la bobine.

A la limite, le circuit constitué d'un condensateur et d'une bobine est transformé en un morceau de fil, que l'on appelle circuit oscillatoire ouvert ou vibrateur hertzien. Lignes magnétiques vibrateur de couverture, lignes électriques les champs électriques commencent et se terminent au niveau du vibrateur lui-même.

À mesure que la distance entre les plaques du condensateur augmente, sa capacité électrique C diminue. Réduire le nombre de tours de la bobine entraîne une diminution de son inductance L. La modification des paramètres du circuit conformément à la formule de Thomson entraîne une diminution de la période et une augmentation de la fréquence des oscillations dans le circuit. La période d'oscillations dans le circuit diminue tellement qu'elle devient comparable au temps de propagation champ électromagnétique le long du fil. Cela signifie que le processus de circulation du courant dans un circuit oscillant ouvert cesse d'être quasi-stationnaire : l'intensité du courant dans les différentes parties du vibrateur ne sera plus la même.

Les processus se produisant dans un circuit oscillatoire ouvert sont équivalents aux oscillations d'une corde fixe dans laquelle, comme on le sait, une onde stationnaire s'établit. Similaire vagues stationnaires sont installés pour la charge et le courant dans un circuit oscillatoire ouvert.

Il est clair que le courant aux extrémités du vibrateur est toujours égal à zéro. Le courant change le long du circuit, son amplitude est maximale au milieu (là où se trouvait la bobine).

Lorsque le courant dans le circuit est maximum, la densité de charge le long du vibrateur est nulle. La figure montre la répartition du courant et de la charge le long du vibrateur. Il n’y a pas de champ électrique autour du vibrateur à ce moment, le champ magnétique est à son maximum.

Après un quart de période, le courant devient nul et le champ magnétique autour du vibrateur « disparaît » également. La densité de charge maximale est observée près des extrémités du vibrateur ; la répartition des charges est indiquée sur la figure. Le champ électrique à proximité du vibrateur est actuellement maximal.

Le champ magnétique changeant autour du vibrateur génère un champ électrique vortex, et le champ magnétique changeant génère un champ magnétique. Le vibrateur devient une source d'onde électromagnétique. L'onde se propage dans une direction perpendiculaire au vibrateur ; les oscillations du vecteur d'intensité du champ électrique dans l'onde se produisent parallèlement au vibrateur. Le vecteur induction du champ magnétique oscille dans un plan perpendiculaire au vibrateur.

Le vibrateur utilisé par Hertz dans ses expériences était un conducteur droit coupé en deux. Les moitiés du vibrateur étaient séparées par un petit entrefer. Via des bobines d'arrêt, les moitiés du vibrateur étaient connectées à une source haute tension. Les bobines d'arrêt assuraient un processus de charge lent pour les moitiés du vibrateur. À mesure que la charge s’accumulait, le champ électrique dans l’espace augmentait. Dès que l'ampleur de ce champ a atteint la valeur de claquage, une étincelle a jailli entre les moitiés du vibrateur. Pendant que l'étincelle comblait l'entrefer, des oscillations à haute fréquence se produisaient dans le vibrateur et celui-ci émettait une onde électromagnétique.

La longueur d'onde émise par un vibrateur dépend de sa taille. Profitons du fait qu'une onde de courant stationnaire s'établit dans le vibrateur. Les nœuds de cette onde stationnaire sont situés aux extrémités du vibrateur (il n'y a pas de courant ici), le ventre de l'onde stationnaire est au milieu - ici le courant est maximum. La distance entre les nœuds d'une onde stationnaire est donc égale à la moitié de la longueur d'onde.

Où L– longueur du vibrateur.

Pour détecter une onde électromagnétique, on peut profiter du fait qu’un champ électrique agit sur les charges. Sous l'influence de la composante électrique de l'onde électromagnétique frais gratuits dans le conducteur doit entrer en mouvement dirigé, c'est-à-dire le courant devrait apparaître.

Dans ses expériences, Hertz a utilisé un vibrateur récepteur de la même taille que celui émetteur. Cela garantissait l'égalité des fréquences propres de vibration des vibrateurs, nécessaire pour obtenir une résonance dans le vibrateur récepteur. Pour réception réussie ondes, le vibrateur récepteur doit être positionné parallèlement au vecteur de l’intensité du champ électrique, de sorte que sous l’influence de la force électrique, les électrons du conducteur puissent commencer à se déplacer dans une direction. Le courant haute fréquence dans le conducteur de réception a été détecté par la lueur d'un petit tube à décharge gazeuse connecté entre les moitiés du vibrateur de réception.

Vous pouvez « capter » l'onde avec un circuit de réception, en la plaçant dans le même plan qu'un vibrateur rayonnant. Avec cette disposition du circuit, le vecteur induction magnétique sera perpendiculaire au circuit, et le flux magnétique pénétrant dans le circuit sera maximum. Lors du changement flux magnétique apparaîtra dans le circuit courant induit, dont l'indicateur est encore une fois un petit tube à décharge gazeuse.

Hertz a non seulement découvert une onde électromagnétique, mais a également observé ses propriétés : réflexion, réfraction, interférence, diffraction.

Test "Ondes électromagnétiques"

1. Qu’est-ce qu’une onde électromagnétique ?

A. Processus de diffusion vibrations électriques V milieu élastique

B. le processus de propagation d'un champ électrique changeant

B. le processus de propagation des champs électriques et magnétiques changeants dans l'espace

D. le processus de propagation des vibrations électriques dans le vide

2. Qu'est-ce qui oscille dans une onde électromagnétique ?

A. les électrons

B. toute particule chargée

B. champ électrique

D. champs électriques et magnétiques

3. Quel type d’ondes est une onde électromagnétique ?

A. au transversal

B. à longitudinal

B. Les CEM peuvent être à la fois transversaux et longitudinaux - en fonction du milieu dans lequel ils se propagent

D. Les ondes électromagnétiques peuvent être à la fois transversales et longitudinales - selon la méthode d'émission

4. Comment l'intensité du champ électrique et les vecteurs d'induction du champ magnétique dans l'onde sont-ils situés les uns par rapport aux autres ?

5. Lorsque cela est correctement indiqué position relative vecteurs vitesse, intensité du champ électrique et induction du champ magnétique dans l'onde ?

6. Que peut-on dire des phases d'oscillations des vecteurs d'intensité du champ électrique et de l'induction du champ magnétique dans l'onde ?

A. vecteur et osciller en une seule phase

B. vecteur et osciller en antiphase

B. les oscillations vectorielles sont en retard de phase par rapport aux oscillations vectorielles de

G. les oscillations vectorielles sont en retard de phase par rapport aux oscillations vectorielles de

7. Indiquez la relation entre les valeurs instantanées des vecteurs d'intensité du champ électrique et l'induction du champ magnétique dans l'onde.

UN.

DANS.

8. Fournissez une expression pour calculer la vitesse d’une onde électromagnétique dans le vide.

UN. B.V.G.

9. Le rapport entre la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques dans un milieu et la vitesse des ondes électromagnétiques dans le vide...

A. > 1 B.< 1 В. = 1

G. dans certains environnements > 1, dans d'autres environnements< 1.

10. Parmi les ondes radio à longue, courte et ultra-courte portée vitesse la plus élevée les ondes se propagent dans le vide...

A. longue portée

B. courte portée

V. portée ultracourte

D. les vitesses de propagation des ondes de toutes les gammes sont les mêmes

11. Une onde électromagnétique transporte...

A. Fond

B. Énergie

B. Impulsion

D. Énergie et élan

12. Dans quel cas le rayonnement d'une onde électromagnétique se produit-il ?

A. l'électron se déplace uniformément et rectiligne

B. coule le long de la spirale d'une lampe à incandescence CA

V. coule le long de la spirale d'une lampe de poche D.C.

G. une sphère chargée flotte dans l'huile

13. Une charge oscillante émet une onde électromagnétique. Comment l'amplitude des oscillations du vecteur d'intensité du champ électrique changera-t-elle si, à fréquence constante, l'amplitude des oscillations de charge augmente de 2 fois ?

A. augmentera 2 fois

B. augmentera 4 fois

G. diminuera de 2 fois

D. ne changera pas

14. Une charge oscillante émet une onde électromagnétique. Comment l'amplitude des oscillations du vecteur d'intensité du champ électrique changera-t-elle si, à amplitude constante, la fréquence des oscillations de charge augmente de 2 fois ?

A. ne changera pas

B. augmentera 2 fois

V. augmentera 4 fois

G. augmentera 8 fois

15. Une charge oscillante émet une onde électromagnétique. Comment l'intensité de l'onde émise changera-t-elle si, à amplitude constante, la fréquence des oscillations de charge double ?

A. ne changera pas

B. augmentera 2 fois

V. augmentera 4 fois

G. augmentera 8 fois

16. Dans quelle direction l'intensité de l'onde électromagnétique émise par le vibrateur Hertz est-elle maximale ?

A. l'intensité de la vague est la même dans toutes les directions

B. le long de l'axe du vibrateur

V. dans les directions le long bissectrices perpendiculaires au vibrateur

D. la réponse dépend des dimensions géométriques du vibrateur

17. La longueur d'onde à laquelle les navires transmettent le signal de détresse SOS est de 600 m. À quelle fréquence ces signaux sont-ils transmis ?

A. 1, 8∙10 11 Hz B. 2∙10 -6 Hz C. 5∙10 5 Hz D. 2∙10 5 Hz

18. Si surface du miroir, sur laquelle tombe l'onde électromagnétique, est remplacée par une onde absolument noire, puis la pression produite par l'onde à la surface...

A. augmentera 2 fois

B. diminuera de 2 fois

V. diminuera de 4 fois

G. ne changera pas

19. Lors du fonctionnement d'un radar - un appareil utilisé pour déterminer la distance à un objet - le phénomène est utilisé...

Expériences Hertz

Théorie de l'électricité et phénomènes magnétiques, créé par les travaux des meilleurs mathématiciens de la première moitié de ce siècle et accepté jusqu'à récemment par presque tous les scientifiques, supposait essentiellement l'existence de fluides électriques et magnétiques spéciaux en apesanteur qui ont la propriété d'agir à distance. Le principe de la doctrine de Newton gravité universelle- « actio in distans » - est resté guide dans l'enseignement de l'électricité et du magnétisme. Mais déjà dans les années 30 le génie Faraday, laissant sans considération la question de essence l'électricité et le magnétisme, concernant actions extérieures ils exprimaient des pensées complètement différentes. L'attraction et la répulsion des corps électrisés, l'électrification par influence, l'interaction des aimants et des courants et, enfin, les phénomènes d'induction de Faraday ne représentent pas des manifestations directement à distance des propriétés inhérentes aux fluides électriques et magnétiques, mais ne sont que des conséquences de changements particuliers dans l'état du milieu dans lequel ils se trouvent, s'influençant apparemment directement les uns les autres charges électriques, aimants ou conducteurs avec courants. Puisque toutes ces actions sont également observées dans le vide, ainsi que dans l'espace rempli d'air ou d'autre matière, alors dans les changements produits par les processus d'électrification et de magnétisation à l'antenne, Faraday a vu la raison de ces phénomènes. Ainsi, tout comme par l'émergence de vibrations particulières de l'éther et la transmission de ces vibrations de particule en particule, une source lumineuse éclaire tout objet éloigné d'elle, et en dans ce cas Ce n'est que par des perturbations particulières dans le milieu du même éther et par la transmission de ces perturbations de couche en couche que toutes les actions électriques, magnétiques et électromagnétiques se propagent dans l'espace. Une idée similaire était le principe directeur de toutes les recherches de Faraday ; elle est le plus important et l'a amené à tous ses découvertes célèbres. Mais il n’a pas été rapide ni facile que les enseignements de Faraday se soient renforcés dans le domaine scientifique. Pendant des décennies, au cours desquelles les phénomènes découverts par lui ont pu faire l’objet de l’étude la plus approfondie et la plus détaillée, les idées fondamentales de Faraday ont été soit ignorées, soit directement considérées comme peu convaincantes et non prouvées. Ce n’est que dans la seconde moitié des années soixante qu’apparut le talentueux disciple de Faraday, décédé si tôt, Clerk Maxwell, qui interpréta et développa la théorie de Faraday, en lui donnant un caractère strictement mathématique. Maxwell a prouvé la nécessité de l'existence vitesse finale , avec lequel le transfert des actions se produit à travers le milieu intermédiaire courant électrique ou un aimant. Cette vitesse, selon Maxwell, devrait être égale à la vitesse à laquelle la lumière se propage dans le milieu considéré. L'environnement impliqué dans le transport de l'électricité et actions magnétiques , ne peut être autre que le même éther, ce qui est admis dans la théorie de la lumière et de la chaleur rayonnante. Le processus de propagation des actions électriques et magnétiques dans l'espace doit être qualitativement le même que le processus de propagation des rayons lumineux. Toutes les lois relatives aux rayons lumineux sont pleinement applicables à rayons électriques. Selon Maxwell, le phénomène lumineux lui-même est un phénomène électrique. Un rayon lumineux est une série de perturbations électriques, de très petits courants électriques, excités successivement dans l'éther du milieu. On ne sait toujours pas quel est le changement dans l'environnement sous l'influence de l'électrification d'un corps, de la magnétisation du fer ou de la formation d'un courant dans une bobine. La théorie de Maxwell ne permet pas encore d'imaginer clairement la nature même des déformations qu'elle suppose. Ce qui est sûr c'est que la déformation du milieu qui s'y produit sous l'influence de l'électrification des corps s'accompagne de l'émergence de phénomènes magnétiques dans ce milieu et, à l'inverse, Selon Maxwell, le phénomène lumineux lui-même est un phénomène électrique. Un rayon lumineux est une série de perturbations électriques, de très petits courants électriques, excités successivement dans l'éther du milieu. On ne sait toujours pas quel est le changement dans l'environnement sous l'influence de l'électrification d'un corps, de la magnétisation du fer ou de la formation d'un courant dans une bobine. La théorie de Maxwell ne permet pas encore d'imaginer clairement la nature même des déformations qu'elle suppose. Ce qui est sûr c'est que dans un environnement de déformations qui le provoquent sous l'influence d'un processus magnétique, s'accompagne d'une excitation action électrique. Si en un point quelconque du milieu, déformé par l'électrification d'un corps, on observe une force électrique selon direction connue, c'est-à-dire dans cette direction celui placé dans le cet endroit très petite boule électrifiée, puis avec toute augmentation ou diminution de la déformation du milieu, accompagnée d'une augmentation ou d'une diminution de la force électrique en un point donné, une force magnétique y apparaîtra dans une direction perpendiculaire à la force électrique - placée ici pôle magnétique recevra une poussée dans une direction perpendiculaire à la force électrique. C'est la conséquence qui découle de la théorie de l'électricité de Maxwell. Malgré l’énorme intérêt suscité par la doctrine Faraday-Maxwell, beaucoup la mettaient en doute. Des généralisations trop audacieuses découlaient de cette théorie ! Les expériences de G. (Heinrich Hertz), réalisées en 1888, confirmèrent finalement l'exactitude de la théorie de Maxwell. G. a réussi, pour ainsi dire, à mettre en œuvre formules mathématiques Maxwell, il était en fait possible de prouver la possibilité de l'existence de rayons électriques ou, plus exactement, électromagnétiques. Comme cela a déjà été noté, selon la théorie de Maxwell, la propagation d’un faisceau lumineux est essentiellement la propagation de perturbations électriques successivement formées dans l’éther, changeant rapidement de direction. La direction dans laquelle de telles perturbations, telles que les déformations, sont excitées, selon Maxwell, est perpendiculaire au faisceau lumineux. De là, il est évident que l'excitation directe dans n'importe quel corps de courants électriques changeant très rapidement de direction, c'est-à-dire l'excitation dans un conducteur de courants électriques de sens alternatif et de très courte durée devrait provoquer rapidement des perturbations électriques correspondantes dans l'éther entourant ce conducteur. changeant dans leur direction, c'est-à-dire qu'il devrait provoquer un phénomène qualitativement assez similaire à ce que représente un rayon de lumière. Mais on sait depuis longtemps que lorsqu'un corps électrifié ou une jarre de Leyde est déchargé, toute une série de courants électriques se forment dans le conducteur à travers lequel se produit la décharge, alternativement dans un sens ou dans l'autre. Un corps en décharge ne perd pas immédiatement son électricité ; au contraire, lors de la décharge il se recharge plusieurs fois avec l'une ou l'autre électricité selon le signe. Les charges successives apparaissant sur le corps ne diminuent que peu à peu en ampleur. De telles catégories sont appelées oscillatoire. La durée d'existence dans un conducteur de deux flux successifs d'électricité lors d'une telle décharge, c'est-à-dire la durée vibrations électriques, ou autrement, l'intervalle de temps entre deux instants au cours desquels un corps en décharge reçoit les charges les plus importantes apparaissant successivement sur lui, peut être calculé à partir de la forme et de la taille du corps en décharge et du conducteur à travers lequel une telle décharge se produit. Selon la théorie, cette durée des oscillations électriques (T) exprimé par la formule :

T = 2π√(LC).

Ici AVEC représente capacité électrique corps de déchargement et L - coefficient d'auto-induction conducteur à travers lequel la décharge se produit (voir). Les deux grandeurs sont exprimées selon le même système d’unités absolues. Lors de l'utilisation d'un pot de Leyde ordinaire, déchargé via un fil reliant ses deux plaques, la durée des oscillations électriques, c'est-à-dire T, déterminé en 100 et même 10 millièmes de seconde. Dans ses premières expériences, G. électrifiait différemment deux billes métalliques (30 cm de diamètre) et les laissait se décharger à travers une tige de cuivre courte et assez épaisse, coupée au milieu, où se formait une étincelle électrique entre les deux billes, qui étaient montées face à face les extrémités des deux moitiés de la tige. Figue. 1 représente un schéma des expériences de G. (diamètre de la tige 0,5 cm, diamètre de la boule b Et b" 3 cm, l'écart entre ces boules est d'environ 0,75 cm et la distance entre les centres des boules S V S"équivaut à 1 m).

Par la suite, au lieu de balles, G. a utilisé des tôles carrées (40 cm de chaque côté), qu'il a placées dans un seul plan. Le chargement de ces billes ou feuilles a été effectué à l'aide d'une bobine Ruhmkorff fonctionnelle. Les billes ou les feuilles étaient chargées plusieurs fois par seconde à partir de la bobine, puis déchargées à travers la tige de cuivre située entre elles pour former étincelle électrique entre deux balles b Et b". La durée des oscillations électriques excitées dans la tige de cuivre dépassait un peu le cent millième de seconde. Dans ses expériences ultérieures, utilisant, au lieu de feuilles auxquelles étaient attachées des moitiés de tige de cuivre, des cylindres courts et épais avec des extrémités sphériques, entre lesquels sautait une étincelle, G. reçut des vibrations électriques, dont la durée n'était qu'environ un millième de millionième. d'une seconde. Une telle paire de billes, feuilles ou cylindres, telle vibreur, comme l'appelle G., du point de vue de la théorie maxwellienne, c'est un centre qui propage des rayons électromagnétiques dans l'espace, c'est-à-dire qu'il excite des ondes électromagnétiques dans l'éther, tout comme toute source lumineuse qui excite des ondes lumineuses autour d'elle. Mais ces rayons électromagnétiques ou ondes électromagnétiques ne peuvent pas avoir d’effet sur l’œil humain. Seulement dans le cas où la durée de chaque train électrique. l'oscillation n'aurait atteint qu'un 392 milliardième de seconde, l'œil de l'observateur aurait été impressionné par ces oscillations et l'observateur aurait vu un faisceau électromagnétique. Mais pour obtenir une telle rapidité d'oscillations électriques, il faut vibreur, taille appropriée particules physiques. Ainsi, pour détecter les rayons électromagnétiques, des moyens spéciaux sont nécessaires, expression appropriée W. Thomson (maintenant Lord Kelvin), un « œil électrique » spécial. Un tel « œil électrique » a été aménagé par G de la manière la plus simple. Imaginons qu'à une certaine distance du vibrateur se trouve un autre conducteur. Les perturbations dans l'éther excité par le vibrateur devraient affecter l'état de ce conducteur. Ce conducteur sera soumis à série séquentielle des impulsions cherchant à y exciter quelque chose de similaire à ce qui a provoqué de telles perturbations dans l'éther, c'est-à-dire cherchant à y former des courants électriques qui changent de direction en fonction de la vitesse des oscillations électriques du vibrateur lui-même. Mais les impulsions, successivement alternées, ne peuvent s'alimenter les unes les autres que lorsqu'elles sont parfaitement rythmées par ce qu'elles provoquent réellement. mouvements électriques dans un tel conducteur. Après tout, ce n'est qu'à l'unisson qu'une corde accordée peut vibrer sensiblement par le son émis par une autre corde, et ainsi paraître indépendante. source sonore. Ainsi, le conducteur doit, pour ainsi dire, entrer en résonance électrique avec le vibrateur. Tout comme une corde de longueur et de tension données est capable d'oscillations connues en termes de vitesse lorsqu'elle est frappée, de même dans chaque conducteur de impulsion électrique Les oscillations électriques ne peuvent se produire que pendant des périodes bien précises. Après avoir plié un fil de cuivre aux dimensions appropriées en forme de cercle ou de rectangle, en ne laissant qu'un petit espace entre les extrémités du fil sur lesquelles sont volées de petites billes (Fig. 2), dont l'une, au moyen d'une vis, pouvait s'approcher ou s'éloigner de l'autre, G. recevait, comme il le nommait résonateurà son vibrateur (dans la plupart de ses expériences, lorsque les billes ou feuilles mentionnées ci-dessus servaient de vibrateur, G. utilisait du fil de cuivre de 0,2 cm de diamètre, courbé en forme de cercle de 35 cm de diamètre, comme résonateur ).

Pour un vibrateur constitué de cylindres courts et épais, le résonateur était un cercle de fil similaire, de 0,1 cm d'épaisseur et de 7,5 cm de diamètre. Pour le même vibrateur, dans ses expériences ultérieures, G. a construit un résonateur de forme légèrement différente. Deux fils droits de 0,5 cm de diamètre. et 50 cm de longueur, situés les uns sur les autres avec une distance entre leurs extrémités de 5 cm ; à partir des deux extrémités de ces fils se faisant face, on tire deux autres fils parallèles de 0,1 cm de diamètre perpendiculairement à la direction des fils. et 15 cm de longueur, qui sont fixés aux boules du compteur d'étincelles. Peu importe la faiblesse des impulsions individuelles elles-mêmes dues à des perturbations se produisant dans l'éther sous l'influence d'un vibrateur, elles, néanmoins, se favorisant mutuellement en action, sont capables d'exciter des courants électriques déjà perceptibles dans le résonateur, se manifestant par la formation d'un étincelle entre les billes du résonateur. Ces étincelles sont très petites (elles atteignent 0,001 cm), mais sont tout à fait suffisantes pour être un critère d'excitation d'oscillations électriques dans le résonateur et, par leur taille, servent d'indicateur du degré de perturbation électrique à la fois du résonateur et l'éther qui l'entoure.

En observant les étincelles apparaissant dans un tel résonateur, Hertz a examiné à différentes distances et dans diverses directions espace autour du vibrateur. Laissant de côté ces expériences de G. et les résultats qu'il a obtenus, passons aux recherches qui ont confirmé l'existence ultime vitesse de propagation des actions électriques. Attaché à l'un des murs de la pièce dans laquelle les expériences ont été réalisées, était grandes taillesécran en tôles de zinc. Cet écran était relié au sol. A une distance de 13 mètres du tamis, un vibrateur constitué de plaques a été placé de manière à ce que les plans de ses plaques soient parallèles au plan du tamis et que le milieu entre les billes vibrantes soit opposé au milieu du tamis. Si un vibrateur, au cours de son fonctionnement, excite périodiquement des perturbations électriques dans l'éther environnant et si ces perturbations se propagent dans le milieu non pas instantanément, mais avec une certaine vitesse, alors, ayant atteint l'écran et réfléchi par ce dernier, comme le son et la lumière perturbations, ces perturbations, ainsi que celles qui sont envoyées à l'écran par un vibrateur, forment dans l'éther, dans l'espace compris entre l'écran et le vibrateur, un état similaire à celui qui se produit dans des conditions similaires du fait de l'interférence d'ondes contra-propagatives , c'est-à-dire que dans cet espace les perturbations prendront le caractère "ondes stationnaires"(voir Vagues). L'état de l'air dans les lieux correspondant à "nœuds" Et "antinodes" de telles vagues devraient évidemment différer considérablement. En plaçant son résonateur avec son plan parallèle à l'écran et de telle sorte que son centre soit sur une ligne tracée à partir du milieu entre les billes vibrantes normales au plan de l'écran, G. observa à différentes distances du résonateur de l'écran, les étincelles qu'il contient sont de longueurs très différentes. Près de l'écran lui-même, presque aucune étincelle n'apparaît dans le résonateur, même à des distances égales à 4,1 et 8,5 m. Au contraire, les étincelles sont plus grandes lorsque le résonateur est placé à des distances de l'écran égales à 1,72 m, 6,3 m et 10,8 m. . G. a conclu de ses expériences qu'en moyenne 4,5 m séparent les unes des autres les positions du résonateur dans lesquelles les phénomènes qui y sont observés, c'est-à-dire les étincelles, s'avèrent être étroitement identiques. G. a obtenu exactement la même chose avec une position différente du plan du résonateur, lorsque ce plan était perpendiculaire à l'écran et passait par une ligne normale tracée vers l'écran à partir du milieu entre les billes vibrantes et lorsque axe de symétrie le résonateur (c'est-à-dire son diamètre passant par le milieu entre ses billes) était parallèle à cette normale. Seulement avec cette position du plan du résonateur maxima des étincelles y ont été obtenues là où, dans la position précédente du résonateur, minimes, et retour. Donc 4,5 m correspond à la longueur "ondes électromagnétiques stationnaires" se produisant entre l'écran et le vibrateur dans un espace rempli d'air (les phénomènes opposés observés dans le résonateur dans ses deux positions, c'est-à-dire des étincelles maximales dans une position et des minima dans l'autre, s'expliquent pleinement par le fait que dans une position de les oscillations électriques du résonateur y sont excitées forces électriques, soi-disant les déformations électriques dans l'éther, dans une autre position, sont provoquées par l'événement. forces magnétiques, c'est-à-dire qu'ils sont excités déformations magnétiques).

Le long de la « vague stationnaire » (je) et par le temps (T), correspondant à une oscillation électrique complète dans le vibrateur, sur la base de la théorie de la formation de perturbations périodiques (semblables à des vagues), il est facile de déterminer la vitesse (v), avec lequel de telles perturbations se transmettent dans l'air. Cette vitesse

v = (2l)/T.

Dans les expériences de G. : je= 4,5 m, T= 0,000000028". À partir d'ici v= 320 000 (environ) km par seconde, soit très proche de la vitesse de la lumière se propageant dans l'air. G. a étudié la propagation des vibrations électriques dans les conducteurs, c'est-à-dire dans les fils. A cet effet, une plaque de cuivre isolée du même type a été placée parallèlement à une plaque vibrante, d'où sortait un long fil tendu horizontalement (Fig. 3).

Dans ce fil, du fait de la réflexion des vibrations électriques de son extrémité isolée, des « ondes stationnaires » se sont également formées, dont la répartition des « nœuds » et des « ventres » le long du fil G. a été trouvée à l'aide d'un résonateur. G. a dérivé de ces observations pour la vitesse de propagation des vibrations électriques dans un fil une valeur égale à 200 000 km par seconde. Mais cette définition n'est pas correcte. Selon la théorie de Maxwell, dans ce cas, la vitesse devrait être la même que pour l'air, c'est-à-dire qu'elle devrait être égale à la vitesse de la lumière dans l'air. (300 000 km par seconde). Les expériences menées après G. par d'autres observateurs ont confirmé la position de la théorie de Maxwell.

Disposant d'une source d'ondes électromagnétiques, d'un vibrateur et d'un moyen de détection de ces ondes, un résonateur, G. prouva que de telles ondes, comme les ondes lumineuses, sont sujettes à des réflexions et des réfractions et que les perturbations électriques de ces ondes sont perpendiculaires à la direction de leur propagation, c'est-à-dire qu'il a découvert polarisation dans les rayons électriques. A cet effet, il a placé un vibrateur qui produit des oscillations électriques très rapides (un vibrateur composé de deux cylindres courts) dans la ligne focale d'un miroir cylindrique parabolique en zinc, et dans la ligne focale d'un autre miroir similaire, il a placé un résonateur ; décrit ci-dessus, constitué de deux fils droits. En dirigeant les ondes électromagnétiques du premier miroir vers un écran métallique plat, G., à l'aide d'un autre miroir, a pu déterminer les lois de réflexion des ondes électriques, et en forçant ces ondes à traverser grand prisme, préparés à partir d'asphalte, ont déterminé leur réfraction. Les lois de la réflexion et de la réfraction se sont révélées être les mêmes que celles des ondes lumineuses. A l'aide de ces mêmes miroirs, G. prouva que les rayons électriques polarisé, lorsque les axes de deux miroirs placés en face l'un de l'autre étaient parallèles sous l'action d'un vibrateur, des étincelles étaient observées dans le résonateur. Lorsqu'un des miroirs tournait de 90° autour de la direction des rayons, c'est-à-dire que les axes des miroirs formaient un angle droit l'un par rapport à l'autre, toute trace d'étincelles dans le résonateur disparaissait.

De cette manière, les expériences de G. prouvèrent l'exactitude de la position de Maxwell. Le vibrateur G., comme une source de lumière, émet de l'énergie dans l'espace environnant qui, par l'intermédiaire de rayons électromagnétiques, est transmise à tout ce qui est capable de l'absorber, transformant cette énergie en une autre forme accessible à nos sens. Rayons électromagnétiques la qualité est assez similaire aux rayons de chaleur ou de lumière. Leur différence avec ces derniers réside uniquement dans la longueur des ondes correspondantes. La longueur des ondes lumineuses se mesure en dix millièmes de millimètre, tandis que la longueur des ondes électromagnétiques excitées par les vibrateurs s’exprime en mètres. Les phénomènes découverts par G. servirent plus tard de sujet de recherche à de nombreux physiciens. D'une manière générale, les conclusions de G. sont pleinement confirmées par ces études. De plus, nous savons maintenant que la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques, telle qu’elle ressort de la théorie de Maxwell, change en même temps que les changements dans le milieu dans lequel ces ondes se propagent. Cette vitesse est inversement proportionnelle √K, Où À la constante dite diélectrique d'un milieu donné. On sait que lorsque des ondes électromagnétiques se propagent le long de conducteurs, les vibrations électriques sont « amorties », que lorsque des rayons électriques sont réfléchis, leur « tension » suit les lois données par Fresnel pour les rayons lumineux, etc.

On a remarqué depuis longtemps que si vous enveloppez une aiguille en acier avec du fil et déchargez un pot de Leyde à travers ce fil, alors pôle Nord cela n'arrive pas toujours au bout de l'aiguille là où on pourrait l'attendre dans le sens du courant de décharge et selon la règle... Dictionnaire encyclopédique F. Brockhaus et I.A. Éfron

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E. s'appelle celui contenu dans le corps qui communique à ce corps propriétés spéciales, provoque en lui la capacité d'agir mécaniquement sur certains autres corps, de les attirer ou, dans certaines conditions, de les repousser, et provoque aussi dans ce corps lui-même... Dictionnaire encyclopédique F.A. Brockhaus et I.A. Éfron

Nom donné par Michael Faraday aux corps qui ne conduisent pas ou au contraire mal l'électricité, comme l'air, le verre, les résines diverses, le soufre, etc. Corps similaireségalement appelés isolants. Avant les recherches de Faraday, menées dans les années 30... ... Dictionnaire encyclopédique F.A. Brockhaus et I.A. Éfron

Lors de la décharge d'un corps électrifié, d'un condensateur, d'une jarre de Leyde ou d'une batterie composée de plusieurs de ces jarres, le courant électrique apparaissant dans le conducteur à travers lequel la décharge est produite a une direction très définie... ... Dictionnaire encyclopédique F.A. Brockhaus et I.A. Éfron

- (Hertz) célèbre allemand. physicien; genre. en 1857, fit ses études à Berlin et à Munich, fut assistant de Helmholtz ; en 1883, il devint privé. Assoc. Par physique théoriqueà Kiel, en 1885, comme professeur à l'École supérieure école techniqueà Karlsruhe ; depuis 1889... ... Dictionnaire encyclopédique F.A. Brockhaus et I.A. Éfron

- (physiques) extrêmement minces, légèrement denses et donc peu sujettes à l'attraction, types de substances hypothétiques ; Des substances telles que les liquides étaient auparavant considérées comme caloriques (caloricum), électricité, magnétisme, substance lumineuse, éther... ... Dictionnaire encyclopédique F.A. Brockhaus et I.A. Éfron

Selon le groupe de phénomènes, pour la compréhension et la systématisation desquels on suppose l'existence de forces attractives et répulsives, ces dernières acquièrent des noms différents, tels que : gravitationnelle, électrique, magnétique et... Dictionnaire encyclopédique F.A. Brockhaus et I.A. Éfron

Attraction et répulsion Selon le groupe de phénomènes, pour la compréhension et la systématisation desquels on suppose l'existence de forces attractives et répulsives, ces dernières acquièrent des noms différents, tels que : forces de gravité, ... ... Wikipédia

La théorie des phénomènes électriques et magnétiques, créée par les travaux des meilleurs mathématiciens de la première moitié de ce siècle et acceptée jusqu'à récemment par presque tous les scientifiques, supposait essentiellement l'existence de fluides électriques et magnétiques spéciaux en apesanteur qui ont la propriété d'agir à une distance. Le principe de la doctrine newtonienne de la gravitation universelle – « actio in distans » – est resté directeur de la doctrine de l’électricité et du magnétisme. Mais déjà dans les années 30 le génial Faraday, laissant sans considération la question de essence l'électricité et le magnétisme, exprimaient des pensées complètement différentes concernant leurs actions extérieures. L'attraction et la répulsion des corps électrisés, l'électrification par influence, l'interaction des aimants et des courants et, enfin, les phénomènes d'induction de Faraday ne représentent pas des manifestations directement à distance des propriétés inhérentes aux fluides électriques et magnétiques, mais ne sont que des conséquences de changements particuliers dans l'état du milieu dans lequel se trouvent ces charges électriques, aimants ou conducteurs apparemment directement influencés les uns par les autres avec des courants. Puisque toutes ces actions sont également observées dans le vide, ainsi que dans l'espace rempli d'air ou d'autre matière, alors dans les changements produits par les processus d'électrification et de magnétisation à l'antenne, Faraday a vu la raison de ces phénomènes. Ainsi, de même que par l'apparition de vibrations particulières de l'éther et la transmission de ces vibrations de particule en particule, une source lumineuse éclaire un objet éloigné d'elle, et dans ce cas seulement par des perturbations particulières dans l'environnement du même éther et Lors de la transmission de ces perturbations depuis la couche, tous les effets électriques, magnétiques et électromagnétiques se propagent dans l'espace jusqu'à la couche. Une idée similaire était le principe directeur de toutes les recherches de Faraday ; C'est elle qui l'a surtout conduit à toutes ses célèbres découvertes. Mais il n’a pas été rapide ni facile que les enseignements de Faraday se soient renforcés dans le domaine scientifique. Pendant des décennies, au cours desquelles les phénomènes découverts par lui ont pu faire l’objet de l’étude la plus approfondie et la plus détaillée, les idées fondamentales de Faraday ont été soit ignorées, soit directement considérées comme peu convaincantes et non prouvées. Ce n’est que dans la seconde moitié des années soixante qu’apparut le talentueux disciple de Faraday, décédé si tôt, Clerk Maxwell, qui interpréta et développa la théorie de Faraday, en lui donnant un caractère strictement mathématique. Maxwell a prouvé la nécessité de l'existence d'une vitesse finie à laquelle le transfert des effets du courant électrique ou de l'aimant se produit à travers un milieu intermédiaire. ou un aimant. Le milieu qui participe à la transmission des actions électriques et magnétiques ne peut être autre que le même éther, ce qui est admis dans la théorie de la lumière et de la chaleur rayonnante. Le processus de propagation des actions électriques et magnétiques dans l'espace doit être qualitativement le même que le processus de propagation des rayons lumineux. Toutes les lois relatives aux rayons lumineux sont pleinement applicables à , ne peut être autre que le même éther, ce qui est admis dans la théorie de la lumière et de la chaleur rayonnante. Le processus de propagation des actions électriques et magnétiques dans l'espace doit être qualitativement le même que le processus de propagation des rayons lumineux. Toutes les lois relatives aux rayons lumineux sont pleinement applicables à rayons électriques. Selon Maxwell, le phénomène lumineux lui-même est un phénomène électrique. Un rayon lumineux est une série de perturbations électriques, de très petits courants électriques, excités successivement dans l'éther du milieu. On ne sait toujours pas quel est le changement dans l'environnement sous l'influence de l'électrification d'un corps, de la magnétisation du fer ou de la formation d'un courant dans une bobine. La théorie de Maxwell ne permet pas encore d'imaginer clairement la nature même des déformations qu'elle suppose. Ce qui est sûr c'est que la déformation du milieu qui s'y produit sous l'influence de l'électrification des corps s'accompagne de l'émergence de phénomènes magnétiques dans ce milieu et, à l'inverse, Selon Maxwell, le phénomène lumineux lui-même est un phénomène électrique. Un rayon lumineux est une série de perturbations électriques, de très petits courants électriques, excités successivement dans l'éther du milieu. On ne sait toujours pas quel est le changement dans l'environnement sous l'influence de l'électrification d'un corps, de la magnétisation du fer ou de la formation d'un courant dans une bobine. La théorie de Maxwell ne permet pas encore d'imaginer clairement la nature même des déformations qu'elle suppose. Ce qui est sûr c'est que dans un environnement de déformations qui l'entraînent sous l'influence d'un processus magnétique, elle s'accompagne de l'excitation d'actions électriques. Si en un point quelconque du milieu, déformé par l'électrification d'un corps, une force électrique est observée dans une direction connue, c'est-à-dire que dans cette direction une très petite boule électrifiée placée à un endroit donné commencera à se déplacer, alors avec toute augmentation ou une diminution de la déformation du milieu, accompagnée d'une augmentation ou d'une diminution de la force électrique en un point donné, une force magnétique y apparaîtra dans une direction perpendiculaire à la force électrique - le pôle magnétique placé ici recevra une poussée la direction perpendiculaire à la force électrique. C'est la conséquence qui découle de la théorie de l'électricité de Maxwell. Malgré l’énorme intérêt suscité par la doctrine Faraday-Maxwell, beaucoup la mettaient en doute. Des généralisations trop audacieuses découlaient de cette théorie ! Les expériences de G. (Heinrich Hertz), réalisées en 1888, confirmèrent finalement l'exactitude de la théorie de Maxwell. G. a réussi, pour ainsi dire, à mettre en œuvre les formules mathématiques de Maxwell ; il a en fait réussi à prouver la possibilité de l’existence de rayons électriques ou, plus exactement, électromagnétiques. Comme cela a déjà été noté, selon la théorie de Maxwell, la propagation d’un faisceau lumineux est essentiellement la propagation de perturbations électriques successivement formées dans l’éther, changeant rapidement de direction. Selon Maxwell, la direction dans laquelle de telles perturbations, telles que des déformations, sont excitées est perpendiculaire au faisceau lumineux lui-même. De là, il est évident que l'excitation directe dans n'importe quel corps de courants électriques changeant très rapidement de direction, c'est-à-dire l'excitation dans un conducteur de courants électriques de sens alternatif et de très courte durée devrait provoquer rapidement des perturbations électriques correspondantes dans l'éther entourant ce conducteur. changeant dans leur direction, c'est-à-dire qu'il devrait provoquer un phénomène qualitativement assez similaire à ce que représente un rayon de lumière. Mais on sait depuis longtemps que lorsqu'un corps électrifié ou une jarre de Leyde est déchargé, toute une série de courants électriques se forment dans le conducteur à travers lequel se produit la décharge, alternativement dans un sens ou dans l'autre. Un corps en décharge ne perd pas immédiatement son électricité ; au contraire, lors de la décharge il se recharge plusieurs fois avec l'une ou l'autre électricité selon le signe. Les charges successives apparaissant sur le corps ne diminuent que peu à peu en ampleur. De telles catégories sont appelées oscillatoire. La durée d'existence dans un conducteur de deux flux successifs d'électricité lors d'une telle décharge, c'est-à-dire la durée vibrations électriques, ou autrement, l'intervalle de temps entre deux instants au cours desquels un corps en décharge reçoit les charges les plus importantes apparaissant successivement sur lui, peut être calculé à partir de la forme et de la taille du corps en décharge et du conducteur à travers lequel une telle décharge se produit. Selon la théorie, cette durée des oscillations électriques (T) exprimé par la formule :

T = 2π√(LC).

Ici AVEC représente capacité électrique corps de déchargement et L - coefficient d'auto-induction conducteur à travers lequel la décharge se produit (voir). Les deux grandeurs sont exprimées selon le même système d’unités absolues. Lors de l'utilisation d'un pot de Leyde ordinaire, déchargé via un fil reliant ses deux plaques, la durée des oscillations électriques, c'est-à-dire T, déterminé en 100 et même 10 millièmes de seconde. Dans ses premières expériences, G. électrifiait différemment deux billes métalliques (30 cm de diamètre) et les laissait se décharger à travers une tige de cuivre courte et assez épaisse, coupée au milieu, où se formait une étincelle électrique entre les deux billes, qui étaient montées face à face les extrémités des deux moitiés de la tige. Figue. 1 représente un schéma des expériences de G. (diamètre de la tige 0,5 cm, diamètre de la boule b Et b" 3 cm, l'écart entre ces boules est d'environ 0,75 cm et la distance entre les centres des boules S V S"équivaut à 1 m).

Par la suite, au lieu de balles, G. a utilisé des tôles carrées (40 cm de chaque côté), qu'il a placées dans un seul plan. Le chargement de ces billes ou feuilles a été effectué à l'aide d'une bobine Ruhmkorff fonctionnelle. Les billes ou les feuilles étaient chargées plusieurs fois par seconde à partir de la bobine, puis déchargées à travers une tige de cuivre située entre elles, créant une étincelle électrique dans l'espace entre les deux billes. b Et b". La durée des oscillations électriques excitées dans la tige de cuivre dépassait un peu le cent millième de seconde. Dans ses expériences ultérieures, utilisant, au lieu de feuilles auxquelles étaient attachées des moitiés de tige de cuivre, des cylindres courts et épais avec des extrémités sphériques, entre lesquels sautait une étincelle, G. reçut des vibrations électriques, dont la durée n'était qu'environ un millième de millionième. d'une seconde. Une telle paire de billes, feuilles ou cylindres, telle vibreur, comme l'appelle G., du point de vue de la théorie maxwellienne, c'est un centre qui propage des rayons électromagnétiques dans l'espace, c'est-à-dire qu'il excite des ondes électromagnétiques dans l'éther, tout comme toute source lumineuse qui excite des ondes lumineuses autour d'elle. Mais ces rayons électromagnétiques ou ondes électromagnétiques ne peuvent pas avoir d’effet sur l’œil humain. Seulement dans le cas où la durée de chaque train électrique. l'oscillation n'aurait atteint qu'un 392 milliardième de seconde, l'œil de l'observateur aurait été impressionné par ces oscillations et l'observateur aurait vu un faisceau électromagnétique. Mais pour obtenir une telle rapidité d'oscillations électriques, il faut vibreur, en taille correspondant aux particules physiques. Ainsi, pour détecter les rayons électromagnétiques, des moyens spéciaux sont nécessaires : selon l’expression pertinente de V. Thomson (aujourd’hui Lord Kelvin), un « œil électrique » spécial est nécessaire. Un tel « œil électrique » a été aménagé par G de la manière la plus simple. Imaginons qu'à une certaine distance du vibrateur se trouve un autre conducteur. Les perturbations de l'éther excité par le vibrateur devraient affecter l'état de ce conducteur. Ce conducteur sera soumis à une série successive d'impulsions, tendant à exciter en lui quelque chose de semblable à ce qui provoquait de telles perturbations dans l'éther, c'est-à-dire tendant à y former des courants électriques, changeant de direction selon la vitesse des oscillations électriques dans l'éther. vibrateur lui-même. Mais les impulsions, successivement alternées, ne peuvent se contribuer les unes aux autres que lorsqu'elles sont parfaitement rythmées par les mouvements électriques qu'elles provoquent effectivement dans un tel conducteur. Après tout, seule une corde accordée à l'unisson est capable de vibrer sensiblement à partir du son émis par une autre corde et peut ainsi devenir une source sonore indépendante. Ainsi, le conducteur doit, pour ainsi dire, entrer en résonance électrique avec le vibrateur. Tout comme une corde d'une longueur et d'une tension données est capable d'oscillations connues en termes de vitesse lorsqu'elle est frappée, de même dans chaque conducteur une impulsion électrique ne peut produire des oscillations électriques que de périodes bien définies. Après avoir plié un fil de cuivre aux dimensions appropriées en forme de cercle ou de rectangle, en ne laissant qu'un petit espace entre les extrémités du fil sur lequel sont volées de petites billes (Fig. 2), dont l'une, au moyen d'une vis, pouvait s'approcher ou s'éloigner de l'autre, G. recevait, comme il le nommait résonateurà son vibrateur (dans la plupart de ses expériences, lorsque les billes ou feuilles mentionnées ci-dessus servaient de vibrateur, G. utilisait du fil de cuivre de 0,2 cm de diamètre, courbé en forme de cercle de 35 cm de diamètre, comme résonateur ).

Pour un vibrateur constitué de cylindres courts et épais, le résonateur était un cercle de fil similaire, de 0,1 cm d'épaisseur et de 7,5 cm de diamètre. Pour le même vibrateur, dans ses expériences ultérieures, G. a construit un résonateur de forme légèrement différente. Deux fils droits de 0,5 cm de diamètre. et 50 cm de longueur, situés les uns sur les autres avec une distance entre leurs extrémités de 5 cm ; à partir des deux extrémités de ces fils se faisant face, on tire deux autres fils parallèles de 0,1 cm de diamètre perpendiculairement à la direction des fils. et 15 cm de longueur, qui sont fixés aux boules du compteur d'étincelles. Peu importe la faiblesse des impulsions individuelles elles-mêmes dues à des perturbations se produisant dans l'éther sous l'influence d'un vibrateur, elles, néanmoins, se favorisant mutuellement en action, sont capables d'exciter des courants électriques déjà perceptibles dans le résonateur, se manifestant par la formation d'un étincelle entre les billes du résonateur. Ces étincelles sont très petites (elles atteignent 0,001 cm), mais sont tout à fait suffisantes pour être un critère d'excitation d'oscillations électriques dans le résonateur et, par leur taille, servent d'indicateur du degré de perturbation électrique à la fois du résonateur et l'éther qui l'entoure.

En observant les étincelles apparaissant dans un tel résonateur, Hertz a examiné l'espace autour du vibrateur à différentes distances et dans différentes directions. Laissant de côté ces expériences de G. et les résultats qu'il a obtenus, passons aux recherches qui ont confirmé l'existence ultime vitesse de propagation des actions électriques. Un grand écran constitué de tôles de zinc était fixé sur l'un des murs de la pièce dans laquelle les expériences étaient réalisées. Cet écran était relié au sol. A une distance de 13 mètres du tamis, un vibrateur constitué de plaques a été placé de manière à ce que les plans de ses plaques soient parallèles au plan du tamis et que le milieu entre les billes vibrantes soit opposé au milieu du tamis. Si un vibrateur, au cours de son fonctionnement, excite périodiquement des perturbations électriques dans l'éther environnant et si ces perturbations se propagent dans le milieu non pas instantanément, mais avec une certaine vitesse, alors, ayant atteint l'écran et réfléchi par ce dernier, comme le son et la lumière perturbations, ces perturbations, ainsi que celles qui sont envoyées à l'écran par un vibrateur, forment dans l'éther, dans l'espace compris entre l'écran et le vibrateur, un état similaire à celui qui se produit dans des conditions similaires du fait de l'interférence d'ondes contra-propagatives , c'est-à-dire que dans cet espace les perturbations prendront le caractère "ondes stationnaires"(voir Vagues). L'état de l'air dans les lieux correspondant à "nœuds" Et "antinodes" de telles vagues devraient évidemment différer considérablement. En plaçant son résonateur avec son plan parallèle à l'écran et de telle sorte que son centre soit sur une ligne tracée à partir du milieu entre les billes vibrantes normales au plan de l'écran, G. observa à différentes distances du résonateur de l'écran, les étincelles qu'il contient sont de longueurs très différentes. Près de l'écran lui-même, presque aucune étincelle n'apparaît dans le résonateur, même à des distances égales à 4,1 et 8,5 m. Au contraire, les étincelles sont plus grandes lorsque le résonateur est placé à des distances de l'écran égales à 1,72 m, 6,3 m et 10,8 m. . G. a conclu de ses expériences qu'en moyenne 4,5 m séparent les unes des autres les positions du résonateur dans lesquelles les phénomènes qui y sont observés, c'est-à-dire les étincelles, s'avèrent être étroitement identiques. G. a obtenu exactement la même chose avec une position différente du plan du résonateur, lorsque ce plan était perpendiculaire à l'écran et passait par une ligne normale tracée vers l'écran à partir du milieu entre les billes vibrantes et lorsque axe de symétrie le résonateur (c'est-à-dire son diamètre passant par le milieu entre ses billes) était parallèle à cette normale. Seulement avec cette position du plan du résonateur maxima des étincelles y ont été obtenues là où, dans la position précédente du résonateur, minimes, et retour. Donc 4,5 m correspond à la longueur "ondes électromagnétiques stationnaires" se produisant entre l'écran et le vibrateur dans un espace rempli d'air (les phénomènes opposés observés dans le résonateur dans ses deux positions, c'est-à-dire des étincelles maximales dans une position et des minima dans l'autre, s'expliquent pleinement par le fait que dans une position de les oscillations électriques du résonateur y sont excitées les forces électriques, soi-disant les déformations électriques dans l'éther, dans une autre position, sont provoquées par l'événement. les forces magnétiques, c'est-à-dire qu'ils sont excités déformations magnétiques).

Le long de la « vague stationnaire » (je) et par le temps (T), correspondant à une oscillation électrique complète dans le vibrateur, sur la base de la théorie de la formation de perturbations périodiques (semblables à des vagues), il est facile de déterminer la vitesse (v), avec lequel de telles perturbations se transmettent dans l'air. Cette vitesse

v = (2l)/T.

Dans les expériences de G. : je= 4,5 m, T= 0,000000028". À partir d'ici v= 320 000 (environ) km par seconde, soit très proche de la vitesse de la lumière se propageant dans l'air. G. a étudié la propagation des vibrations électriques dans les conducteurs, c'est-à-dire dans les fils. A cet effet, une plaque de cuivre isolée du même type a été placée parallèlement à une plaque vibrante, d'où sortait un long fil tendu horizontalement (Fig. 3).

Dans ce fil, du fait de la réflexion des vibrations électriques de son extrémité isolée, des « ondes stationnaires » se sont également formées, dont la répartition des « nœuds » et des « ventres » le long du fil G. a été trouvée à l'aide d'un résonateur. G. a dérivé de ces observations pour la vitesse de propagation des vibrations électriques dans un fil une valeur égale à 200 000 km par seconde. Mais cette définition n'est pas correcte. Selon la théorie de Maxwell, dans ce cas, la vitesse devrait être la même que pour l'air, c'est-à-dire qu'elle devrait être égale à la vitesse de la lumière dans l'air. (300 000 km par seconde). Les expériences menées après G. par d'autres observateurs ont confirmé la position de la théorie de Maxwell.

Disposant d'une source d'ondes électromagnétiques, d'un vibrateur et d'un moyen de détection de ces ondes, un résonateur, G. prouva que de telles ondes, comme les ondes lumineuses, sont sujettes à des réflexions et des réfractions et que les perturbations électriques de ces ondes sont perpendiculaires à la direction de leur propagation, c'est-à-dire qu'il a découvert polarisation dans les rayons électriques. A cet effet, il a placé un vibrateur qui produit des oscillations électriques très rapides (un vibrateur composé de deux cylindres courts) dans la ligne focale d'un miroir cylindrique parabolique en zinc, et dans la ligne focale d'un autre miroir similaire, il a placé un résonateur ; décrit ci-dessus, constitué de deux fils droits. En dirigeant les ondes électromagnétiques du premier miroir vers un écran plat métallique, G., à l'aide d'un autre miroir, a pu déterminer les lois de réflexion des ondes électriques, et en forçant ces ondes à traverser un grand prisme en asphalte , il a également déterminé leur réfraction. Les lois de la réflexion et de la réfraction se sont révélées être les mêmes que celles des ondes lumineuses. A l'aide de ces mêmes miroirs, G. prouva que les rayons électriques polarisé, lorsque les axes de deux miroirs placés en face l'un de l'autre étaient parallèles sous l'action d'un vibrateur, des étincelles étaient observées dans le résonateur. Lorsqu'un des miroirs tournait de 90° autour de la direction des rayons, c'est-à-dire que les axes des miroirs formaient un angle droit l'un par rapport à l'autre, toute trace d'étincelles dans le résonateur disparaissait.

De cette manière, les expériences de G. prouvèrent l'exactitude de la position de Maxwell. Le vibrateur G., comme une source de lumière, émet de l'énergie dans l'espace environnant qui, par l'intermédiaire de rayons électromagnétiques, est transmise à tout ce qui est capable de l'absorber, transformant cette énergie en une autre forme accessible à nos sens. Les rayons électromagnétiques sont de qualité assez similaire aux rayons de chaleur ou de lumière. Leur différence avec ces derniers réside uniquement dans la longueur des ondes correspondantes. La longueur des ondes lumineuses se mesure en dix millièmes de millimètre, tandis que la longueur des ondes électromagnétiques excitées par les vibrateurs s’exprime en mètres. Les phénomènes découverts par G. servirent plus tard de sujet de recherche à de nombreux physiciens. D'une manière générale, les conclusions de G. sont pleinement confirmées par ces études. De plus, nous savons maintenant que la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques, telle qu’elle ressort de la théorie de Maxwell, change en même temps que les changements dans le milieu dans lequel ces ondes se propagent. Cette vitesse est inversement proportionnelle √K, Où À la constante dite diélectrique d'un milieu donné. On sait que lorsque des ondes électromagnétiques se propagent le long de conducteurs, les vibrations électriques sont « amorties », que lorsque des rayons électriques sont réfléchis, leur « tension » suit les lois données par Fresnel pour les rayons lumineux, etc.

Les articles de G. concernant le phénomène considéré, rassemblés, sont maintenant publiés sous le titre : H. Hertz, « Untersuchungen über die Ausbreitung der elektrischen Kraft » (Lpts., 1892).

ET. Borgman.

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