Eksperimen Hertz tentang sifat-sifat gelombang elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik

Kuat arus pada rangkaian akan mencapai nilai maksimumnya apabila energi medan listrik diubah seluruhnya menjadi energi medan magnet. Momen ini mewakili keadaan tipikal kedua dari sistem (Gbr. 181), ketika seluruh energinya hanya dinyatakan dalam energi medan magnet.

Jumlah energi medan magnet

pada saat ini, jika sistem bebas dari rugi-rugi, sama dengan cadangan energi awal medan listrik, yaitu.

Di mana Aku - nilai maksimum arus, yang disebut amplitudo. Tegangan pada pelat kapasitor saat ini adalah nol (U 2 =0).

Jika r¹ 0atau secara umum jika terjadi kehilangan energi pada sistem, maka secara alamiah sebagian cadangan energi awal akan hilang, sehingga diperoleh:

Prosesnya tidak akan berhenti pada keadaan tipikal kedua dari sistem. Karena inersia elektromagnetik yang sama dari sistem yang mencegah peningkatan arus secara instan, arus tersebut tidak akan berhenti seketika segera setelah tegangan pada terminal kapasitor menjadi nol, tetapi akan terus ada, mempertahankan arah yang sama dan secara bertahap melemah kekuatannya. . Akibatnya muncul kembali medan listrik di antara pelat-pelat kapasitor, berlawanan arah dengan pelat sebelumnya, yaitu pelat R akan menerima muatan negatif, dan pelat S- positif. Kekuatan medan listrik dan pasokan energi secara bertahap akan meningkat pada tahap fenomena ini karena melemahnya kekuatan arus dan penurunan energi medan magnet. Ketika arus menjadi nol, tegangan pada pelat kapasitor akan mencapai nilai maksimumnya kamu 3(Gbr. 182),

Selain itu, dalam hal tidak ada kehilangan energi, persamaan harus dilakukan:

Jika r¹ 0, atau pada umumnya terdapat rugi-rugi energi pada sistem, maka jelas :

karena sebagian dari cadangan energi awal akan habis.

Jelas bahwa pada saat itu Saya=0, maka seluruh energi sistem kembali dinyatakan hanya dalam energi medan listrik. Ini adalah keadaan khas sistem yang ketiga, berbeda dari yang pertama hanya pada tanda medan listrik.

Di masa depan, jelas, proses akan terjadi dalam arah yang berlawanan, melewati fase yang sama: arus maksimum dalam arah sebaliknya, dengan tegangan antara pelat kapasitor sama dengan nol (keadaan ke-4, Gambar 183) dan, akhirnya, kembali

ke keadaan awal, yang mengakhiri siklus pertama, atau periode penuh osilasi listrik, dan siklus berikutnya, yang serupa, dimulai.

Terlebih lagi, jika resistansi ohmiknya nol, maka siklus ini sepertinya akan terulang berkali-kali. Namun pada kenyataannya, seperti yang ditunjukkan oleh pengalaman, bahkan jika kita berhadapan dengan konduktor superkonduktor, selama proses osilasi listrik pada rangkaian tersebut, sebagian energi sistem akan terus menerus terpancar ke ruang sekitarnya dalam bentuk gelombang elektromagnetik yang mempunyai frekuensi sama dengan rangkaian osilasi utama. Dalam hal ini, intensitas radiasi elektromagnetik akan sangat bergantung pada konfigurasi rangkaian utama dan frekuensi osilasi listriknya. Dengan demikian, konsumsi energi secara umum akan ditentukan tidak hanya oleh adanya hambatan ohmik murni, yang menjadi sandaran panas Joule yang dihasilkan dalam rangkaian osilasi, tetapi juga oleh adanya radiasi. Keadaan terakhir ini dapat diperhitungkan dengan memperkenalkan konsep perlawanan aktif G, yang, sebagai faktor yang dihasilkan dalam disipasi energi dalam suatu rangkaian listrik, dalam hal ini terdiri dari hambatan ohmik murni dan apa yang disebut hambatan radiasi. Jadi, akibat pengeluaran energi yang terus menerus pada rangkaian osilasi, maka suplai energi primer akan mengering, yaitu intensitas proses osilasi akan terus berkurang. Ini disebut redaman getaran listrik. Dalam praktiknya, redamannya sangat besar sehingga setelah periode waktu yang sangat singkat, hanya sepersekian detik, osilasi listrik berhenti.

Peran perlawanan R tidak terbatas pada penurunan bertahap dalam intensitas proses osilasi. Besarnya R, atau lebih tepatnya, perbandingan nilai resistansi aktif dengan koefisien induksi diri L rangkaian, yang mencirikan inersia elektromagnetiknya, ternyata menjadi faktor penentu terjadinya osilasi. Jika R terlalu besar dibandingkan dengan aku, tepat,

jika sikapnya r/l lebih besar dari nilai kritis tertentu

osilasi tidak dapat terjadi sama sekali: kekuatan arus, setelah melewati nilai maksimum, secara bertahap berkurang menjadi nol, arus dalam arah yang berlawanan tidak terjadi (yang disebut pelepasan aperiodik). Jika T cukup kecil maka terjadilah proses osilasi.

Periode osilasi listrik yang timbul dalam hal ini, yaitu selang waktu antara dua momen yang berdekatan di mana proses tersebut melalui tahapan yang sama, misalnya antara momen-momen yang bersesuaian. saya=Saya, ditentukan, seperti diketahui,

nilai resistansi R, kapasitansi C dan koefisien induktansi diri L. Pada nilai yang relatif kecil R, nilai periode T dapat ditentukan dengan cukup akurat menggunakan rumus W. Thomson.

=2pÖLC.

Sekarang mari kita beralih ke eksperimen Hertz. Rangkaian osilasi utama, yang disebut vibrator, yang digunakannya pada dasarnya mirip dengan yang ditunjukkan pada Gambar 180-183 dengan perbedaan, namun pelat kapasitor dipisahkan, yaitu dipindahkan satu sama lain. Dalam hal ini medan listrik yang timbul pada saat pengisian kapasitor menangkap luas seluruh dielektrik yang mengelilingi vibrator. Dalam situasi ini, tercipta kondisi yang sangat menguntungkan untuk emisi energi elektromagnetik selama osilasi listrik di vibrator. Peran kuncinya K(Gbr. 180 -183), yang dengannya rangkaian vibrator ditutup setelah pengisian awal kapasitor, dalam eksperimen Hertz, celah percikan antara bola berperan. Ketika, selama proses pengisian kapasitor, timbul beda potensial yang cukup besar di antara bola-bola ini, percikan api melompat di antara bola-bola tersebut, yang dapat dianggap sebagai korsleting pada ujung-ujung rangkaian, karena ionisasi gas yang kuat. dalam hal volume percikan, hambatannya hampir kecil. Karena, karena radiasi energi elektromagnetik dan kehilangan panas, proses osilasi dengan cepat meluruh, untuk merangsang proses ini secara berkala, Hertz menghubungkan pelat kapasitor ke terminal sekunder kumparan Ruhmkorff. Dalam hal ini, setiap gangguan arus pada belitan primer kumparan berhubungan dengan pengisian pelat kapasitor dan kilatan bunga api, menyebabkan hubungan arus pendek pada rangkaian osilasi. Pada saat pulsa berikutnya dari belitan sekunder kumparan Ruhmkorff, proses osilasi biasanya mempunyai waktu untuk benar-benar berakhir, dan ionisasi gas di antara bola-bola celah percikan menghilang, sehingga proses eksitasi vibrator dapat diulang sepenuhnya, dll. Dengan demikian, melanjutkan osilasi listrik dalam vibrator berkali-kali dalam hitungan detik, Hertz menerima radiasi energi elektromagnetik yang dihasilkan cukup kuat, yang memberinya kesempatan untuk melakukan studi komprehensif terhadap gelombang elektromagnetik. Susunan umum rangkaian Hertz yang dijelaskan disajikan pada Gambar 184.

Di Sini R Dan S inti dari pelapisan kapasitor yang “terbuka”. Ini berupa bola atau pelat yang dapat bergerak sepanjang batang /1 dan /2 untuk sedikit mengubah kapasitansi sistem. KE, ada celah percikan yang dibatasi oleh bola. R- kumparan Ruhmkorff, dari terminal sekundernya, dengan bantuan kabel tipis, arus yang menarik vibrator disuplai ke terminal sekunder.

Hertz, secara umum, mendiversifikasi bentuk dan ukuran vibrator yang digunakan dalam eksperimennya. Dalam percobaan selanjutnya ia menggunakan vibrator yang terdiri dari dua silinder kuningan,

masing-masing memiliki 13 cm panjang dan 3 cm diameter (Gbr. 185).

Silinder-silinder ini letaknya satu di atas yang lain sehingga sumbu persekutuannya adalah satu garis vertikal, dan pada ujung-ujung silinder yang saling berhadapan dipasang bola-bola berdiameter 4. cm. Kedua silinder ini dihubungkan ke terminal belitan sekunder kumparan Rohmkorff. Menurut perhitungan Hertz, panjang gelombang elektromagnetik yang dieksitasi oleh vibrator yang dijelaskan adalah sekitar 60 cm.

Untuk untuk mendeteksi gelombang elektromagnetik di udara, Hertz menggunakan apa yang disebut resonator, yang terdiri dari suatu rangkaian tertentu yang dilengkapi dengan celah percikan antar bola-bola kecil, dan dengan bantuan sekrup mikrometer dimungkinkan untuk mengubah sekaligus mengukur jarak antar bola-bola tersebut. Bentuk rangkaian resonator berubah secara signifikan dalam berbagai percobaan Hertz. Terkadang dia menggunakan garis melingkar sederhana. Dalam kasus lain, garis besar ini berbentuk persegi. Terakhir, Hertz juga menggunakan resonator, mirip dengan vibrator batang (Gbr. 185) dan terdiri dari dua kabel lurus yang arahnya berimpit, di antaranya terdapat pengukur percikan mikrometri.

Jika gelombang elektromagnetik ada di ruang tempat resonator berada, osilasi listrik yang serupa dengan osilasi utama vibrator dapat tereksitasi di dalamnya, akibatnya percikan api muncul di antara bola-bola meteran percikan resonator. Dalam hal ini, untuk keberhasilan percobaan, resonator penerima perlu diorientasikan dengan benar dan, terlebih lagi, memilih dimensi geometrisnya sehingga periode osilasi listriknya sedekat mungkin dengan periode osilasi vibrator. , yaitu periode gelombang elektromagnetik yang dipancarkan.

Berdasarkan panjang percikan yang muncul di antara bola resonator, Hertz menilai pencapaian kondisi resonansi antara resonator yang melaluinya sinyal elektromagnetik dipelajari.

gelombang, dan vibrator yang menghasilkan gelombang ini di ruang sekitarnya. Dengan cara yang sama, yaitu berdasarkan panjang percikan di resonator, Hertz menentukan derajat intensitas gangguan elektromagnetik di suatu tempat tertentu di ruang angkasa.

Dalam percobaan yang dilakukan setelah karya Hertz, cara lain digunakan untuk mendeteksi osilasi listrik di resonator, seperti tabung Heusler, termokopel, koherer, detektor, dll., tetapi sifat umum dari hasil yang diperoleh ditetapkan dengan tegas oleh eksperimen klasik Hertz, yang menggunakan perangkat paling sederhana yang dijelaskan di atas.

Dengan mengamati percikan api di resonator, Hertz mampu menelusuri sebaran gangguan elektromagnetik di ruang sekitar vibrator, dan sebaran gangguan tersebut, yang ditemukan langsung melalui eksperimen, ternyata sepenuhnya sesuai dengan teori Maxwell. Dengan menggunakan vibrator yang dipilih dengan benar, Hertz mampu mendeteksi radiasi elektromagnetik di ruang bebas pada jarak 12 meter dari vibrator, yang dimensi geometrisnya sekitar 1 meter. Sensitivitas resonator Hertzian memungkinkan untuk mengamati dan gelombang elektromagnetik berdiri di udara, yang diperoleh ketika gelombang yang dipancarkan oleh vibrator dipantulkan dari permukaan logam datar besar yang tegak lurus arah radiasi dan terletak pada jarak yang sesuai dari vibrator. Dalam hal ini, dengan menggerakkan resonator di celah antara vibrator dan permukaan pemantul sehingga bidang resonator (bulat atau persegi panjang) tetap sejajar dengan dirinya sendiri, Hertz memperhatikan perubahan yang sangat tajam pada panjang percikan yang muncul di resonator. Di beberapa tempat percikan api tidak muncul sama sekali di resonator. Di tempat-tempat yang terletak tepat di tengah-tengah antara posisi resonator ini, diperoleh percikan terpanjang. Dengan cara ini, Hertz menentukan bidang simpul dan bidang antinoda gelombang elektromagnetik berdiri, dan oleh karena itu panjang gelombang yang dipancarkan oleh vibrator tertentu dapat diukur. Dari panjang gelombang berdiri yang diamati dan periode osilasi listrik vibrator yang dihitung, Hertz dapat menentukan kecepatan rambat energi elektromagnetik. Kecepatan ini ternyata, sepenuhnya sesuai dengan teori Maxwell, sama dengan kecepatan cahaya.

Analogi antara gelombang listrik dan cahaya terungkap dengan sangat jelas dalam eksperimen Hertz dengan cermin parabola. Jika vibrator (Gbr. 185) ditempatkan pada garis fokus cermin silinder parabola sehingga terjadi osilasi listrik sejajar dengan garis fokus, maka jika hukum pemantulan gelombang elektromagnetik dan gelombang cahaya sama, maka gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh vibrator, setelah dipantulkan dari silinder, harus membentuk sinar sejajar yang kehilangan intensitasnya secara relatif sedikit ketika menjauhi cermin. Ketika sinar tersebut mengenai silinder parabola lain yang menghadap silinder pertama dan letaknya demikian,

Jika garis fokusnya berimpit dengan garis fokus cermin pertama, maka berkas cahaya tersebut dikumpulkan pada garis fokus cermin kedua. Sebuah resonator bujursangkar terletak di sepanjang garis ini.

Untuk menunjukkan pantulan gelombang, cermin ditempatkan berdampingan sedemikian rupa sehingga lubang-lubangnya menghadap ke arah yang sama, dan sumbu-sumbunya bertemu pada suatu titik yang berjarak kira-kira tiga meter. Ketika vibrator diaktifkan pada posisi ini, tidak ada percikan api yang terlihat di resonator. Tetapi jika sebuah pelat logam (dengan luas permukaan sekitar dua meter persegi) diletakkan pada titik perpotongan sumbu cermin, dan jika pelat tersebut terletak tegak lurus terhadap garis yang membagi sudut antara sumbu menjadi dua, maka timbullah percikan api. resonatornya. Percikan api ini hilang ketika pelat logam diputar sedikit miring. Eksperimen yang dijelaskan membuktikan bahwa gelombang elektromagnetik dipantulkan, dan sudut pantulnya sama dengan sudut datang, yaitu berperilaku persis sama seperti gelombang cahaya.

Hertz berhasil menemukan pembiasan gelombang elektromagnetik dalam eksperimennya dengan prisma yang terbuat dari aspal. Tinggi prisma mencapai 1,5 meter, sudut biasnya 30°, dan tepi alasnya yang tidak berhadapan dengan sudut biasnya kira-kira 1,2 meter. Ketika gelombang elektromagnetik melewati prisma seperti itu di dalam resonator, tidak ada percikan api yang teramati jika sumbu cermin dengan vibrator bertepatan dengan sumbu cermin resonator. Namun ketika sumbu cermin membentuk sudut yang sesuai, percikan api muncul di resonator. Selanjutnya, pada deviasi minimum, percikan apinya paling kuat. Untuk prisma yang dijelaskan, sudut defleksi minimumnya adalah 22°, dan oleh karena itu, indeks bias gelombang elektromagnetik untuk prisma ini adalah 1,69. Seperti yang Anda lihat, dalam hal ini terdapat analogi lengkap dengan fenomena cahaya. Penelitian selanjutnya menemukan bahwa gelombang elektromagnetik memiliki semua sifat fisik gelombang cahaya.

1) Perlu dicatat di sini bahwa teori elektronik, yang perkembangannya dianggap oleh sebagian orang sebagai runtuhnya prinsip-prinsip dasar teori Maxwell, tidak mengarah pada teori khusus tentang perambatan energi elektromagnetik. Beroperasi dengan konsep-konsep teori elektronik ketika mendeskripsikan, bisa dikatakan, fenomena “mikro-listrik”, orang biasanya beralih ke ide-ide dasar Maxwell segera setelah membahas perambatan energi elektromagnetik di ruang angkasa tidak ada perbedaan antara konsep teori elektronik dan gagasan Maxwell. Tidak ada kontradiksi internal: menurut Maxwell, muatan listrik dasar dipahami sebagai pusat di mana deformasi listrik dari medium yang terkait dengannya diorientasikan dengan tepat. center” suatu pembawa kuantitas fisik tertentu yang terkonsentrasi di suatu pusat tertentu, atau apakah kelihatannya begitu? Dari sudut pandang formal, pertanyaan ini tidak penting.

Menurut teori Maxwell, osilasi elektromagnetik yang timbul pada rangkaian osilasi dapat merambat di ruang angkasa. Dalam karyanya, ia menunjukkan bahwa gelombang ini merambat dengan kecepatan cahaya 300.000 km/s. Namun banyak ilmuwan yang mencoba membantah karya Maxwell, salah satunya adalah Heinrich Hertz. Dia skeptis terhadap karya Maxwell dan mencoba melakukan eksperimen untuk menyangkal perambatan medan elektromagnetik.

Medan elektromagnetik yang merambat di ruang angkasa disebut gelombang elektromagnetik.

Dalam medan elektromagnetik, induksi magnet dan kuat medan listrik saling tegak lurus, dan dari teori Maxwell disimpulkan bahwa bidang induksi dan kuat magnet membentuk sudut 90 0 terhadap arah rambat gelombang elektromagnetik (Gbr. 1) .

Beras. 1. Bidang letak induksi dan intensitas magnet ()

Heinrich Hertz mencoba menantang kesimpulan ini. Dalam eksperimennya, ia mencoba membuat alat untuk mempelajari gelombang elektromagnetik. Untuk mendapatkan pemancar gelombang elektromagnetik, Heinrich Hertz membuat apa yang disebut vibrator Hertz, sekarang kita menyebutnya antena pemancar (Gbr. 2).

Beras. 2. Penggetar Hertz()

Mari kita lihat bagaimana Heinrich Hertz mendapatkan radiator atau antena pemancarnya.

Beras. 3. Rangkaian osilasi Hertz tertutup ()

Memiliki rangkaian osilasi tertutup (Gbr. 3), Hertz mulai menggerakkan pelat-pelat kapasitor ke arah yang berbeda dan, pada akhirnya, pelat-pelat itu terletak pada sudut 180 0, dan ternyata jika terjadi osilasi dalam hal ini rangkaian osilasi, kemudian mereka menyelimuti rangkaian osilasi terbuka ini di semua sisi. Akibatnya, perubahan medan listrik menimbulkan medan magnet bolak-balik, medan magnet bolak-balik menimbulkan medan listrik, dan seterusnya. Proses ini kemudian disebut gelombang elektromagnetik (Gbr. 4).

Beras. 4. Emisi gelombang elektromagnetik ()

Jika sumber tegangan dihubungkan ke rangkaian osilasi terbuka, maka percikan api akan melompat antara minus dan plus, yang justru merupakan muatan percepatan. Di sekitar muatan ini, yang bergerak dengan percepatan, terbentuk medan magnet bolak-balik, yang menciptakan medan listrik pusaran bolak-balik, yang pada gilirannya menciptakan medan magnet bolak-balik, dan seterusnya. Dengan demikian, menurut asumsi Heinrich Hertz, gelombang elektromagnetik akan dipancarkan. Tujuan percobaan Hertz adalah untuk mengamati interaksi dan perambatan gelombang elektromagnetik.

Untuk menerima gelombang elektromagnetik, Hertz harus membuat resonator (Gbr. 5).

Beras. 5. Resonator Hertz ()

Ini adalah rangkaian osilasi, yang merupakan konduktor tertutup yang dipotong yang dilengkapi dengan dua bola, dan bola-bola ini terletak relatif terhadapnya

satu sama lain dalam jarak yang dekat. Percikan api melonjak di antara dua bola resonator hampir pada saat yang sama ketika percikan api melompat ke emitor (Gbr. 6).

Gambar 6. Emisi dan penerimaan gelombang elektromagnetik ()

Gelombang elektromagnetik dipancarkan dan, oleh karena itu, gelombang ini diterima oleh resonator yang digunakan sebagai penerima.

Dari pengalaman ini dapat disimpulkan bahwa gelombang elektromagnetik itu ada, merambat, mentransfer energi, dan dapat menimbulkan arus listrik dalam suatu rangkaian tertutup, yang terletak pada jarak yang cukup jauh dari pemancar gelombang elektromagnetik.

Dalam percobaan Hertz, jarak antara rangkaian osilasi terbuka dan resonator adalah sekitar tiga meter. Ini cukup untuk mengetahui bahwa gelombang elektromagnetik dapat merambat di ruang angkasa. Selanjutnya Hertz melakukan eksperimennya dan menemukan bagaimana gelombang elektromagnetik merambat, bahwa beberapa bahan dapat mengganggu rambatnya, misalnya bahan yang dapat menghantarkan arus listrik tidak memungkinkan gelombang elektromagnetik melewatinya. Bahan yang tidak menghantarkan listrik memungkinkan gelombang elektromagnetik melewatinya.

Eksperimen Heinrich Hertz menunjukkan kemungkinan transmisi dan penerimaan gelombang elektromagnetik. Selanjutnya, banyak ilmuwan mulai bekerja ke arah ini. Keberhasilan terbesar dicapai oleh ilmuwan Rusia Alexander Popov, yang merupakan orang pertama di dunia yang mengirimkan informasi dari jarak jauh. Inilah yang sekarang kita sebut radio; diterjemahkan ke dalam bahasa Rusia, “radio” berarti “memancarkan.” Transmisi informasi secara nirkabel menggunakan gelombang elektromagnetik dilakukan pada tanggal 7 Mei 1895. Petersburg, perangkat Popov dipasang, yang menerima radiogram pertama; hanya terdiri dari dua kata: Heinrich Hertz.

Faktanya adalah bahwa saat ini telegraf (komunikasi kabel) dan telepon sudah ada, dan kode Morse juga ada, dengan bantuan karyawan Popov mengirimkan titik dan garis, yang ditulis dan diuraikan di papan di depan komisi. . Radio Popov, tentu saja, tidak seperti receiver modern yang kita gunakan (Gbr. 7).

Beras. 7. Penerima radio Popov ()

Popov melakukan studi pertamanya tentang penerimaan gelombang elektromagnetik bukan dengan pemancar gelombang elektromagnetik, tetapi dengan badai petir, menerima sinyal petir, dan dia menyebut penerimanya sebagai penanda petir (Gbr. 8).

Beras. 8. Detektor petir Popov ()

Kelebihan Popov termasuk kemungkinan membuat antena penerima; dialah yang menunjukkan perlunya membuat antena panjang khusus yang dapat menerima energi dalam jumlah yang cukup besar dari gelombang elektromagnetik sehingga arus listrik bolak-balik dapat diinduksi pada antena ini.

Mari kita pertimbangkan bagian mana yang terdiri dari receiver Popov. Bagian utama penerima adalah koherer (tabung kaca berisi serbuk logam (Gbr. 9)).

Keadaan serbuk besi ini mempunyai hambatan listrik yang tinggi, dalam keadaan ini koherer tidak mengalirkan arus listrik, tetapi segera setelah percikan kecil melewati koherer (untuk ini ada dua kontak yang dipisahkan), serbuk gergaji disinter dan resistensi koherer berkurang ratusan kali lipat.

Bagian selanjutnya dari penerima Popov adalah bel listrik (Gbr. 10).

Beras. 10. Bel listrik di penerima Popov ()

Itu adalah bel listrik yang mengumumkan penerimaan gelombang elektromagnetik. Selain bel listrik, penerima Popov memiliki sumber arus searah - baterai (Gbr. 7), yang memastikan pengoperasian seluruh penerima. Dan, tentu saja, antena penerima, yang diangkat Popov dalam bentuk balon (Gbr. 11).

Beras. 11. Antena penerima ()

Pengoperasian penerima adalah sebagai berikut: baterai menciptakan arus listrik di sirkuit di mana koherer dan bel dihubungkan. Bel listrik tidak dapat berbunyi, karena koherer memiliki hambatan listrik yang tinggi, arus tidak mengalir, dan hambatan yang diinginkan harus dipilih. Ketika gelombang elektromagnetik mengenai antena penerima, arus listrik diinduksi di dalamnya, arus listrik dari antena dan sumber listrik bersama-sama cukup besar - pada saat itu percikan api melonjak, serbuk gergaji koherer disinter, dan arus listrik melewatinya. perangkat. Bel mulai berbunyi (Gbr. 12).

Beras. 12. Prinsip pengoperasian penerima Popov ()

Selain bel, penerima Popov memiliki mekanisme pemukulan yang dirancang sedemikian rupa sehingga membunyikan bel dan koherer secara bersamaan, sehingga mengguncang koherer. Ketika gelombang elektromagnetik tiba, bel berbunyi, koherer bergetar – serbuk gergaji berhamburan, dan pada saat itu hambatan meningkat lagi, arus listrik berhenti mengalir melalui koherer. Bel berhenti berbunyi sampai gelombang elektromagnetik diterima berikutnya. Beginilah cara kerja receiver Popov.

Popov menunjukkan hal berikut: penerima dapat bekerja dengan baik dalam jarak jauh, tetapi untuk ini perlu dibuat pemancar gelombang elektromagnetik yang sangat baik - ini adalah masalah pada saat itu.

Transmisi pertama menggunakan perangkat Popov terjadi pada jarak 25 meter, dan hanya dalam beberapa tahun jaraknya sudah lebih dari 50 kilometer. Saat ini, dengan bantuan gelombang radio, kita dapat mengirimkan informasi ke seluruh dunia.

Tidak hanya Popov yang bekerja di bidang ini, ilmuwan Italia Marconi berhasil memperkenalkan penemuannya ke dalam produksi hampir di seluruh dunia. Oleh karena itu, penerima radio pertama datang kepada kami dari luar negeri. Kita akan melihat prinsip-prinsip komunikasi radio modern dalam pelajaran berikut.

Bibliografi

1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fisika (tingkat dasar) - M.: Mnemosyne, 2012.
2. Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fisika kelas 10. - M.: Mnemosyne, 2014.
3. Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fisika-9. - M.: Pendidikan, 1990.

Pekerjaan rumah

1. Kesimpulan Maxwell apa yang coba ditantang oleh Heinrich Hertz?
2. Berikan definisi gelombang elektromagnetik.
3. Sebutkan prinsip pengoperasian penerima Popov.

1. Portal Internet Mirit.ru().
2. Portal internet Ido.tsu.ru ().
3. Portal internet Reftrend.ru().

: Jerman - Ayo. Sumber: vol. VIIIa (1893): Jerman - Pergi, hal. 559-563 ( · indeks) Sumber lain: MESBE :

Eksperimen Hertz.- Teori fenomena listrik dan magnet, yang diciptakan oleh karya-karya ahli matematika terbaik pada paruh pertama abad ini dan hingga saat ini diterima oleh hampir semua ilmuwan, pada dasarnya mengasumsikan adanya cairan listrik dan magnet khusus tanpa bobot yang memiliki sifat bertindak. di kejauhan. Prinsip doktrin gravitasi universal Newton - "actio in distans" - tetap menjadi pedoman dalam doktrin listrik dan magnet. Namun sudah di tahun 30-an, Faraday yang brilian meninggalkan pertanyaan tentang esensi listrik dan magnet, mengungkapkan pemikiran yang sangat berbeda mengenai tindakan eksternal mereka. Tarik-menarik dan tolak-menolak benda-benda yang dialiri listrik, elektrifikasi melalui pengaruh, interaksi magnet dan arus, dan terakhir, fenomena induksi Faraday tidak mewakili manifestasi secara langsung pada jarak dari sifat-sifat yang melekat pada cairan listrik dan magnet, tetapi hanya konsekuensi dari perubahan khusus pada keadaan medium di mana terdapat muatan listrik, magnet, atau penghantar berarus yang saling mempengaruhi secara langsung. Karena semua tindakan tersebut sama-sama diamati dalam kekosongan, serta dalam ruang yang diisi udara atau materi lain, maka perubahan yang dihasilkan oleh proses elektrifikasi dan magnetisasi mengudara, Faraday melihat alasan dari fenomena ini. Jadi, seperti halnya melalui munculnya getaran-getaran khusus eter dan transmisi getaran-getaran ini dari partikel ke partikel, sumber cahaya menerangi suatu benda yang jauh darinya, dan dalam hal ini hanya melalui gangguan-gangguan khusus dalam medium eter dan yang sama. transmisi gangguan ini dari lapisan, semua efek listrik, magnet, dan elektromagnetik merambat di ruang angkasa ke lapisan tersebut. Ide serupa menjadi prinsip panduan dalam semua penelitian Faraday; Dialah yang paling penting membawanya ke semua penemuannya yang terkenal. Namun tidak mudah dan cepat ajaran Faraday menjadi lebih kuat dalam sains. Selama beberapa dekade, di mana fenomena yang ditemukannya berhasil dipelajari secara paling menyeluruh dan mendetail, gagasan dasar Faraday diabaikan atau langsung dianggap tidak meyakinkan dan tidak terbukti. Baru pada paruh kedua tahun enam puluhan, pengikut Faraday yang berbakat, Clerk Maxwell, yang meninggal begitu dini, muncul, yang menafsirkan dan mengembangkan teori Faraday, memberinya karakter matematis yang ketat. Maxwell membuktikan perlunya adanya kecepatan terbatas di mana perpindahan efek arus listrik atau magnet terjadi melalui media perantara. Kecepatan ini, menurut Maxwell, harus sama dengan kecepatan rambat cahaya dalam medium yang ditinjau. Media yang berperan dalam transmisi aksi listrik dan magnet tidak lain adalah eter yang sama, yang diperbolehkan dalam teori cahaya dan panas radiasi. Proses perambatan aksi listrik dan magnet di ruang angkasa harus sama kualitasnya dengan proses perambatan sinar cahaya. Semua undang-undang yang berkaitan dengan sinar cahaya berlaku sepenuhnya sinar listrik. Menurut Maxwell, fenomena cahaya sendiri merupakan fenomena kelistrikan. Sinar cahaya adalah rangkaian gangguan listrik, arus listrik yang sangat kecil, yang berturut-turut tereksitasi dalam eter medium. Apa saja perubahan lingkungan akibat pengaruh elektrifikasi suatu benda, magnetisasi besi, atau pembentukan arus pada suatu kumparan masih belum diketahui. Teori Maxwell belum memungkinkan untuk membayangkan dengan jelas sifat deformasi yang diasumsikannya. Yang pasti adalah itu perubahan apa pun deformasi medium yang dihasilkan di dalamnya di bawah pengaruh elektrifikasi benda disertai dengan munculnya fenomena magnetis di lingkungan tersebut dan, sebaliknya, perubahan apa pun dalam lingkungan deformasi yang terjadi di bawah pengaruh suatu proses magnetis, hal ini disertai dengan eksitasi aksi listrik. Jika pada titik mana pun dalam medium, yang berubah bentuk karena elektrifikasi suatu benda, gaya listrik diamati dalam arah yang diketahui, yaitu, ke arah ini bola listrik yang sangat kecil yang ditempatkan di tempat tertentu akan mulai bergerak, maka dengan peningkatan berapa pun atau penurunan deformasi medium, seiring dengan peningkatan atau penurunan gaya listrik pada suatu titik tertentu, gaya magnet akan muncul di dalamnya dalam arah tegak lurus gaya listrik - kutub magnet yang ditempatkan di sini akan menerima dorongan masuk arah tegak lurus terhadap gaya listrik. Inilah konsekuensi yang mengikuti teori kelistrikan Maxwell. Meskipun terdapat minat yang sangat besar terhadap doktrin Faraday-Maxwell, doktrin ini ditanggapi dengan keraguan oleh banyak orang. Generalisasi yang terlalu berani muncul dari teori ini! Eksperimen G. (Heinrich Hertz) yang dilakukan pada tahun 1888 akhirnya menegaskan kebenaran teori Maxwell. G. bisa dikatakan berhasil menerapkan rumus matematika Maxwell; dia benar-benar berhasil membuktikan kemungkinan adanya sinar listrik, atau, lebih tepatnya, sinar elektromagnetik. Sebagaimana telah disebutkan, menurut teori Maxwell, perambatan berkas cahaya pada dasarnya adalah perambatan gangguan listrik yang terbentuk secara berurutan di eter, yang dengan cepat mengubah arahnya. Arah di mana gangguan tersebut, seperti deformasi, tereksitasi, menurut Maxwell, adalah tegak lurus terhadap berkas cahaya itu sendiri. Oleh karena itu jelaslah bahwa eksitasi langsung dalam suatu benda dengan arus listrik yang berubah arah dengan sangat cepat, yaitu. eksitasi dalam suatu penghantar arus listrik dengan arah bolak-balik dan durasi yang sangat singkat akan menyebabkan gangguan listrik yang sesuai pada eter di sekitar penghantar ini, dengan cepat berubah arahnya, artinya, hal itu akan menyebabkan fenomena yang secara kualitatif sangat mirip dengan apa yang diwakili oleh seberkas cahaya. Namun telah lama diketahui bahwa ketika benda yang dialiri listrik atau tabung Leyden dikosongkan, seluruh rangkaian arus listrik terbentuk di dalam konduktor tempat terjadinya pelepasan, secara bergantian dalam satu arah atau yang lain. Suatu benda yang mengeluarkan listrik tidak serta merta kehilangan listriknya; sebaliknya, selama pengosongan ia diisi ulang beberapa kali dengan satu atau beberapa listrik sesuai dengan tandanya. Muatan berturut-turut yang muncul pada benda hanya berkurang sedikit demi sedikit besarnya. Kategori seperti ini disebut berosilasi. Durasi keberadaan dua aliran listrik yang berurutan dalam suatu penghantar selama pelepasan tersebut, yaitu durasi getaran listrik, atau sebaliknya, selang waktu antara dua momen pada saat benda yang melepaskan muatan menerima muatan terbesar yang muncul berturut-turut, dapat dihitung dari bentuk dan ukuran benda yang melepaskan muatan serta konduktor yang melaluinya pelepasan tersebut terjadi. Menurut teori, ini adalah durasi osilasi listrik (T) dinyatakan dengan rumus:

Di Sini (\displaystyle T=2\pi (\sqrt (LC)).) DENGAN berdiri untuk kapasitas listrik L - pemakaian tubuh dan koefisien induksi diri konduktor tempat pelepasan terjadi (lihat). Kedua besaran tersebut dinyatakan menurut sistem satuan mutlak yang sama. Saat menggunakan tabung Leyden biasa, dilepaskan melalui kawat yang menghubungkan kedua pelatnya, durasi osilasi listrik, mis. T, ditentukan dalam 100 bahkan 10 seperseribu detik. Dalam percobaan pertamanya, G. menyetrum dua bola logam (berdiameter 30 cm) secara berbeda dan membiarkannya mengalir melalui batang tembaga pendek dan agak tebal, dipotong di tengah, di mana percikan listrik terbentuk di antara kedua bola tersebut, yaitu dipasang saling berhadapan pada ujung kedua bagian batang. Ara. Gambar 1 menunjukkan diagram percobaan G. (diameter batang 0,5 cm, diameter bola B Dan B' S 3 cm, jarak antar bola tersebut sekitar 0,75 cm dan jarak antara bagian tengah bola V S' ditentukan dalam 100 bahkan 10 seperseribu detik. Dalam percobaan pertamanya, G. menyetrum dua bola logam (berdiameter 30 cm) secara berbeda dan membiarkannya mengalir melalui batang tembaga pendek dan agak tebal, dipotong di tengah, di mana percikan listrik terbentuk di antara kedua bola tersebut, yaitu dipasang saling berhadapan pada ujung kedua bagian batang. Ara. Gambar 1 menunjukkan diagram percobaan G. (diameter batang 0,5 cm, diameter bola B Dan sama dengan 1 m). Selanjutnya, sebagai pengganti bola, G. menggunakan lembaran logam persegi (setiap sisinya 40 cm), yang ia tempatkan dalam satu bidang. Pengisian bola atau lembaran tersebut dilakukan dengan menggunakan kumparan Ruhmkorff yang berfungsi. Bola atau lembaran tersebut diisi berkali-kali per detik dari kumparan dan kemudian dilepaskan melalui batang tembaga yang terletak di antara keduanya, menciptakan percikan listrik di celah antara kedua bola tersebut. penggetar, sebagaimana G. menyebutnya, dari sudut pandang teori Maxwellian, itu adalah pusat yang menyebarkan sinar elektromagnetik di ruang angkasa, yaitu, ia menggairahkan gelombang elektromagnetik di eter, sama seperti sumber cahaya apa pun yang menggairahkan gelombang cahaya di sekelilingnya. Namun sinar elektromagnetik atau gelombang elektromagnetik tersebut tidak mampu memberikan efek pada mata manusia. Hanya jika durasi setiap kereta listrik. osilasinya hanya akan mencapai seper 392 miliar detik, mata pengamat akan terkesan dengan osilasi ini dan pengamat akan melihat pancaran elektromagnetik. Tetapi untuk mencapai kecepatan osilasi listrik seperti itu, hal itu perlu dilakukan penggetar, dalam ukuran yang sesuai dengan partikel fisik. Jadi, untuk mendeteksi sinar elektromagnetik, diperlukan sarana khusus; dalam ungkapan yang tepat dari V. Thomson (sekarang Lord Kelvin), diperlukan “mata listrik” khusus. “Mata listrik” semacam itu disusun oleh G dengan cara yang paling sederhana. Mari kita bayangkan bahwa pada jarak tertentu dari vibrator terdapat konduktor lain. Gangguan pada eter yang dieksitasi oleh vibrator seharusnya mempengaruhi keadaan konduktor ini. Konduktor ini akan terkena serangkaian impuls yang berurutan, cenderung membangkitkan di dalamnya sesuatu yang mirip dengan apa yang menyebabkan gangguan tersebut di eter, yaitu cenderung membentuk arus listrik di dalamnya, berubah arah sesuai dengan kecepatan osilasi listrik di dalam. vibrator itu sendiri. Tetapi impuls-impuls, yang bergantian secara berturut-turut, hanya dapat berkontribusi satu sama lain jika impuls-impuls tersebut benar-benar berirama dengan gerakan listrik yang sebenarnya ditimbulkannya pada konduktor tersebut. Lagi pula, hanya senar yang disetel secara serempak yang dapat bergetar secara nyata dari suara yang dipancarkan oleh senar lain, dan dengan demikian mampu menjadi sumber suara yang independen. Jadi, konduktor harus beresonansi secara elektrik dengan vibrator. Sebagaimana seutas tali dengan panjang dan tegangan tertentu mampu melakukan osilasi yang diketahui kecepatannya ketika dipukul, demikian pula pada setiap konduktor, impuls listrik hanya dapat menghasilkan osilasi listrik dengan periode tertentu. Setelah membengkokkan kawat tembaga dengan ukuran yang sesuai dalam bentuk lingkaran atau persegi panjang, hanya menyisakan celah kecil di antara ujung-ujung kawat dengan bola-bola kecil yang dicuri (Gbr. 2), yang salah satunya, dengan menggunakan sekrup, bisa mendekat atau menjauh dari yang lain, G. menerima, begitu dia menyebutkan namanya resonator ke vibratornya (dalam sebagian besar eksperimennya, ketika bola atau lembaran tersebut di atas berfungsi sebagai vibrator, G. menggunakan kawat tembaga berdiameter 0,2 cm, ditekuk berbentuk lingkaran dengan diameter 35 cm, sebagai resonator ). Untuk vibrator yang terbuat dari silinder pendek dan tebal, resonatornya berupa kawat berbentuk lingkaran, tebal 0,1 cm dan diameter 7,5 cm. Untuk vibrator yang sama, dalam percobaan selanjutnya, G. membuat resonator dengan bentuk yang sedikit berbeda. Dua kawat lurus berdiameter 0,5 cm. dan panjang 50 cm, letaknya bertumpuk dengan jarak antar ujungnya 5 cm; dari kedua ujung kawat ini saling berhadapan, ditarik dua kawat sejajar lainnya yang berdiameter 0,1 cm tegak lurus arah kawat. dan panjang 15 cm, yang ditempelkan pada bola meteran percikan. Tidak peduli seberapa lemah impuls individu itu sendiri dari gangguan yang terjadi di eter di bawah pengaruh vibrator, mereka, bagaimanapun, saling mendorong dalam tindakan, mampu membangkitkan arus listrik yang sudah terlihat di resonator, yang memanifestasikan dirinya dalam pembentukan a percikan api di antara bola-bola resonator. Bunga api ini berukuran sangat kecil (mencapai 0,001 cm), tetapi cukup memadai untuk menjadi kriteria eksitasi osilasi listrik pada resonator dan, berdasarkan ukurannya, berfungsi sebagai indikator derajat gangguan listrik baik pada resonator maupun. eter yang mengelilinginya. Dengan mengamati percikan api yang muncul di resonator tersebut, Hertz memeriksa ruang di sekitar vibrator pada jarak dan arah yang berbeda. Mengesampingkan eksperimen G. dan hasil yang diperolehnya, mari kita beralih ke penelitian yang mengkonfirmasi keberadaan terakhir kecepatan rambat aksi listrik. Sebuah layar besar yang terbuat dari lembaran seng dipasang pada salah satu dinding ruangan tempat percobaan dilakukan. Layar ini terhubung ke tanah. Pada jarak 13 meter dari layar, ditempatkan sebuah vibrator yang terbuat dari pelat sehingga bidang pelatnya sejajar dengan bidang layar dan titik tengah antara bola-bola vibrator berlawanan dengan bagian tengah layar. Jika, selama pengoperasiannya, sebuah vibrator secara berkala membangkitkan gangguan listrik di sekitar eter dan jika gangguan ini merambat dalam medium tidak secara instan, tetapi dengan kecepatan tertentu, kemudian, setelah mencapai layar dan dipantulkan kembali dari medium tersebut, seperti suara dan cahaya. gangguan, gangguan ini, bersama dengan gangguan yang dikirim ke layar oleh vibrator, terbentuk di dalam eter, di ruang antara layar dan vibrator, suatu keadaan serupa dengan yang terjadi pada kondisi serupa akibat interferensi gelombang yang merambat berlawanan , yaitu di ruang ini gangguan akan mengambil karakternya "gelombang berdiri"(lihat Gelombang). Keadaan udara di tempat-tempat yang sesuai "simpul" B "antinoda" gelombang tersebut, tentu saja, harus berbeda secara signifikan. Menempatkan resonatornya dengan bidang sejajar dengan layar dan sehingga pusatnya berada pada garis yang ditarik dari tengah antara bola vibrator yang normal terhadap bidang layar, G. mengamati pada jarak resonator yang berbeda dari layar, panjang percikan api di dalamnya sangat berbeda. Di dekat layar itu sendiri, hampir tidak ada percikan api yang muncul di resonator, juga pada jarak sebesar 4,1 dan 8,5 m. Sebaliknya, percikan api paling besar bila resonator ditempatkan pada jarak dari layar sebesar 1,72 m, 6,3 m dan 10,8 m. . G. menyimpulkan dari eksperimennya bahwa rata-rata 4,5 m terpisah satu sama lain pada posisi resonator di mana fenomena yang diamati di dalamnya, yaitu percikan api, ternyata sangat mirip. G. memperoleh hal yang sama persis dengan posisi bidang resonator yang berbeda, ketika bidang ini tegak lurus terhadap layar dan melewati garis normal yang ditarik ke layar dari tengah antara bola vibrator dan ketika sumbu simetri resonator (yaitu, diameternya melewati titik tengah antara bola-bolanya) sejajar dengan garis normal ini. Hanya dengan posisi bidang resonator seperti ini maksimal percikan api di dalamnya diperoleh dimana, pada posisi resonator sebelumnya, minimal, dan kembali. Jadi 4,5 m sama dengan panjangnya “gelombang elektromagnetik berdiri” timbul antara layar dan vibrator dalam ruang yang berisi udara (fenomena berlawanan yang diamati pada resonator pada dua posisinya, yaitu percikan maksimum di satu posisi dan minimum di posisi lain, sepenuhnya dijelaskan oleh fakta bahwa dalam satu posisi osilasi listrik resonator tereksitasi di dalamnya kekuatan listrik, yang disebut deformasi listrik pada eter; pada posisi lain disebabkan oleh kejadian tersebut kekuatan magnet, yaitu mereka menjadi bersemangat deformasi magnetik).

Menurut panjang “gelombang berdiri” (aku) dan berdasarkan waktu (T), sesuai dengan satu osilasi listrik lengkap dalam vibrator, berdasarkan teori pembentukan gangguan periodik (seperti gelombang), mudah untuk menentukan kecepatannya (v), dengan mana gangguan tersebut ditularkan melalui udara. Kecepatan ini v = 2 liter T .(\displaystyle v=(\frac (2l)(T)).) Dalam percobaan G.: aku T= 4,5 m, = 0,000000028″. Dari sini ay

= 320.000 (kurang-lebih) km per detik, yaitu sangat mendekati kecepatan rambat cahaya di udara. G. mempelajari perambatan getaran listrik pada konduktor, yaitu pada kabel. Untuk tujuan ini, pelat tembaga berinsulasi dari jenis yang sama ditempatkan sejajar dengan salah satu pelat vibrator, dari mana muncul kawat panjang yang direntangkan secara horizontal (Gbr. 3). Pada kawat ini, akibat pantulan getaran listrik dari ujung berinsulasinya, juga terbentuk “gelombang berdiri”, distribusi “simpul” dan “antinoda” di sepanjang kawat G. ditemukan menggunakan resonator. G. diperoleh dari pengamatan tersebut untuk kecepatan rambat getaran listrik pada suatu kawat yang nilainya sama dengan 200.000 km per detik. Namun definisi ini tidak benar. Menurut teori Maxwell, dalam hal ini kecepatannya harus sama dengan kecepatan udara, yaitu harus sama dengan kecepatan cahaya di udara. (300.000 km per detik). Eksperimen yang dilakukan setelah G. oleh pengamat lain membenarkan posisi teori Maxwell. Dengan mempunyai sumber gelombang elektromagnetik, vibrator, dan alat pendeteksi gelombang tersebut yaitu resonator, G. membuktikan bahwa gelombang tersebut, seperti gelombang cahaya, dapat mengalami pemantulan dan pembiasan dan gangguan listrik pada gelombang tersebut tegak lurus arahnya. penyebarannya, yaitu, dia menemukan dalam sinar listrik. Untuk tujuan ini, ia menempatkan vibrator yang menghasilkan osilasi listrik yang sangat cepat (vibrator yang terbuat dari dua silinder pendek) di garis fokus cermin silinder parabola yang terbuat dari seng; di garis fokus cermin serupa lainnya ia menempatkan resonator, sebagai dijelaskan di atas, terbuat dari dua kabel lurus. Dengan mengarahkan gelombang elektromagnetik dari cermin pertama ke layar logam datar, G., dengan bantuan cermin lain, mampu menentukan hukum pemantulan gelombang listrik, dan dengan memaksa gelombang tersebut melewati prisma besar yang terbuat dari aspal. , dia juga menentukan pembiasannya. Hukum pemantulan dan pembiasan ternyata sama dengan hukum gelombang cahaya. Dengan menggunakan cermin yang sama, G. membuktikan bahwa sinar listrik terpolarisasi, ketika sumbu dua cermin yang ditempatkan saling berhadapan sejajar di bawah aksi vibrator, percikan api diamati di resonator. Ketika salah satu cermin diputar 90° mengelilingi arah sinar, yaitu sumbu cermin membentuk sudut siku-siku satu sama lain, jejak percikan api di resonator menghilang.

Dengan cara ini, eksperimen G. membuktikan kebenaran posisi Maxwell. Vibrator G., seperti sumber cahaya, memancarkan energi ke ruang sekitarnya, yang melalui sinar elektromagnetik, disalurkan ke segala sesuatu yang mampu menyerapnya, mengubah energi ini menjadi bentuk lain yang dapat diakses oleh indera kita. Sinar elektromagnetik memiliki kualitas yang sangat mirip dengan sinar panas atau cahaya. Perbedaannya dari yang terakhir hanya terletak pada panjang gelombang yang bersesuaian. Panjang gelombang cahaya diukur dalam seperseribu milimeter, sedangkan panjang gelombang elektromagnetik yang dieksitasi oleh vibrator dinyatakan dalam meter. Fenomena yang ditemukan oleh G. kemudian menjadi bahan penelitian banyak fisikawan. Secara umum, kesimpulan G. sepenuhnya didukung oleh penelitian ini. Terlebih lagi, sekarang kita mengetahui bahwa kecepatan rambat gelombang elektromagnetik, sebagai berikut dari teori Maxwell, berubah seiring dengan perubahan medium di mana gelombang tersebut merambat. Kecepatan ini berbanding terbalik K , (\displaystyle (\sqrt (K)),) Di mana K yang disebut konstanta dielektrik suatu medium tertentu. Kita tahu bahwa ketika gelombang elektromagnetik merambat sepanjang konduktor, getaran listrik “teredam”; bahwa ketika sinar listrik dipantulkan, “tegangan” mereka mengikuti hukum yang diberikan oleh Fresnel untuk sinar cahaya, dll. Artikel G. mengenai fenomena yang sedang dipertimbangkan , dikumpulkan bersama, sekarang diterbitkan dengan judul: H. Hertz, “Untersuchungen über die Ausbreitung der elektrischen Kraft” (Lpts., 1892).

Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) lahir di Hamburg, putra seorang pengacara yang kemudian menjadi senator. Hertz belajar dengan baik, menyukai semua mata pelajaran, menulis puisi dan gemar mengerjakan mesin bubut. Sayangnya, Hertz terhambat oleh kesehatan yang buruk sepanjang hidupnya.

Pada tahun 1875, setelah lulus SMA, Hertz masuk Dresden, dan setahun kemudian, Sekolah Teknik Tinggi Munich, tetapi setelah tahun kedua studi dia menyadari bahwa dia telah melakukan kesalahan dalam memilih profesi. Panggilannya bukanlah teknik, tapi sains. Ia masuk Universitas Berlin, di mana mentornya adalah fisikawan Helmholtz (1821-1894) dan Kirchhoff (1824-1887). Pada tahun 1880, Hertz lulus dari universitas lebih awal dan menerima gelar doktor. Sejak tahun 1885, ia menjadi profesor fisika eksperimental di Institut Politeknik di Karlsruhe, tempat eksperimennya yang terkenal dilakukan.

• Pada tahun 1932 di Uni Soviet, dan pada tahun 1933 pada pertemuan Komisi Elektroteknik Internasional, satuan frekuensi proses periodik "hertz" diadopsi, yang kemudian dimasukkan dalam sistem satuan SI internasional. 1 hertz sama dengan satu osilasi penuh dalam satu detik.
• Menurut fisikawan kontemporer Hertz J. Thomson (1856-1940), karya Hertz mewakili kemenangan luar biasa dari keterampilan eksperimental, kecerdikan, dan sekaligus contoh kehati-hatian dalam menarik kesimpulan.
• Suatu ketika, ketika ibu Hertz memberi tahu guru yang mengajar anak laki-laki Hertz bahwa Heinrich telah menjadi seorang profesor, dia sangat kecewa dan berkomentar:

Sayang sekali. Dia akan menjadi turner yang hebat.

Eksperimen Hertz

Maxwell berpendapat bahwa gelombang elektromagnetik mempunyai sifat pemantulan, pembiasan, difraksi, dan lain-lain. Namun teori apa pun menjadi terbukti hanya setelah dikonfirmasi dalam praktik. Namun pada saat itu, baik Maxwell sendiri maupun orang lain tidak mengetahui cara memperoleh gelombang elektromagnetik secara eksperimental. Ini terjadi hanya setelah tahun 1888, ketika G. Hertz secara eksperimental menemukan gelombang elektromagnetik dan mempublikasikan hasil karyanya.

Penggetar hertz. Rangkaian osilasi terbuka.

Ide vibrator Hertz. Rangkaian osilasi terbuka.

Dari teori Maxwell diketahui

Hanya muatan bergerak yang dipercepat yang dapat memancarkan gelombang elektromagnetik,

bahwa energi gelombang elektromagnetik sebanding dengan pangkat empat frekuensinya.

Jelas bahwa muatan bergerak dengan kecepatan yang dipercepat dalam rangkaian osilasi, jadi cara termudah adalah menggunakannya untuk memancarkan gelombang elektromagnetik. Namun perlu dipastikan bahwa frekuensi osilasi muatan menjadi setinggi mungkin. Dari rumus Thomson untuk frekuensi siklik osilasi pada suatu rangkaian dapat disimpulkan bahwa untuk menaikkan frekuensi perlu dilakukan penurunan kapasitansi dan induktansi rangkaian.

Intisari dari fenomena yang terjadi pada vibrator secara singkat adalah sebagai berikut. Induktor Ruhmkorff menciptakan tegangan yang sangat tinggi, sekitar puluhan kilovolt, di ujung belitan sekundernya, yang mengisi bola dengan muatan yang berlawanan tanda. Pada saat tertentu, percikan listrik muncul di celah percikan vibrator, membuat hambatan celah udaranya sangat kecil sehingga timbul osilasi teredam frekuensi tinggi di dalam vibrator, yang berlangsung selama percikan itu ada. Karena vibrator adalah rangkaian osilasi terbuka, gelombang elektromagnetik dipancarkan.

Cincin penerima disebut "resonator" oleh Hertz. Eksperimen telah menunjukkan bahwa dengan mengubah geometri resonator - ukuran, posisi relatif dan jarak relatif terhadap vibrator - adalah mungkin untuk mencapai "harmoni" atau "sintoni" (resonansi) antara sumber gelombang elektromagnetik dan penerima. Adanya resonansi dinyatakan dengan terjadinya percikan api pada celah percikan resonator sebagai respon terhadap percikan api yang timbul pada vibrator.

“Saya bekerja seperti pekerja pabrik baik dalam waktu maupun karakter, saya mengulangi setiap angkat tangan saya ribuan kali,” tulis sang profesor dalam suratnya kepada orang tuanya pada tahun 1877. Betapa sulitnya percobaan dengan gelombang yang masih cukup panjang untuk dipelajari di dalam ruangan (dibandingkan dengan gelombang cahaya) dapat dilihat dari contoh berikut. Untuk dapat memfokuskan gelombang elektromagnetik, sebuah cermin parabola dilengkungkan dari lembaran besi galvanis berukuran 2x1,5 m. Ketika vibrator ditempatkan pada fokus cermin, aliran sinar paralel tercipta. Untuk membuktikan pembiasan sinar-sinar tersebut, dibuatlah sebuah prisma dari aspal berbentuk segitiga sama kaki dengan sisi samping 1,2 m, tinggi 1,5 m, dan massa 1200 kg.

Hasil percobaan Hertz

Setelah serangkaian besar eksperimen yang melelahkan dan dilakukan dengan sangat cerdik dengan menggunakan cara yang paling sederhana, bisa dikatakan, cara yang tersedia, pelaku eksperimen mencapai tujuannya. Dimungkinkan untuk mengukur panjang gelombang dan menghitung kecepatan rambatnya. telah terbukti

kehadiran refleksi,

pembiasan,

difraksi,

interferensi dan polarisasi gelombang.

kecepatan gelombang elektromagnetik diukur

Setelah laporannya pada 13 Desember 1888 di Universitas Berlin dan publikasinya pada tahun 1877 - 78. Hertz menjadi salah satu ilmuwan paling populer, dan gelombang elektromagnetik mulai dikenal sebagai “sinar Hertz”.