Hertzo eksperimentai apie elektromagnetinių bangų savybes. Elektromagnetinės bangos

Srovės stipris grandinėje pasieks didžiausią vertę, kai elektrinio lauko energija bus visiškai paversta magnetinio lauko energija. Šis momentas reprezentuoja antrą tipinę sistemos būseną (181 pav.), kai visa jos energija išreiškiama tik magnetinio lauko energija.

Magnetinio lauko energijos kiekis

šiuo momentu, jei sistema be nuostolių, yra lygi pradiniam elektrinio lauko energijos rezervui, t.y.

Kur aš - didžiausia srovės vertė, vadinamoji amplitudė. Kondensatoriaus plokščių įtampa šiuo momentu lygi nuliui (U 2 =0).

Jeigu r¹ 0 arba apskritai, jei sistemoje yra energijos nuostolių, tada, žinoma, dalis pradinio energijos rezervo bus prarasta ir gausime:

Procesas nesustos ties nagrinėjama antra tipiška sistemos būsena. Dėl tos pačios sistemos elektromagnetinės inercijos, kuri neleido akimirksniu padidėti srovei, pastaroji nesustos akimirksniu, kai tik įtampa kondensatoriaus gnybtuose taps nuline, o egzistuos toliau, išlaikydama tą pačią kryptį ir palaipsniui silpnėdama stiprumą. . Dėl to tarp kondensatoriaus plokščių vėl atsiranda elektrinis laukas, nukreiptas priešinga kryptimi nei ankstesnė, ty plokštelė. R gaus neigiamą krūvį, o plokštelė S- teigiamas. Šio elektrinio lauko stiprumas ir energijos tiekimas šioje reiškinio stadijoje palaipsniui didės dėl srovės susilpnėjimo ir magnetinio lauko energijos sumažėjimo. Kai srovė tampa lygi nuliui, kondensatoriaus plokščių įtampa pasieks maksimalią vertę U 3(182 pav.),

Be to, tuo atveju, kai nėra energijos nuostolių, turi įvykti lygybės:

Jeigu r¹ 0, arba apskritai sistemoje yra energijos nuostolių, tada akivaizdu:

kadangi dalis pradinio energijos rezervo bus išnaudota.

Akivaizdu, kad tuo momentu, kai i=0, tada visa sistemos energija vėlgi išreiškiama tik elektrinio lauko energija. Tai trečioji tipinė sistemos būsena, nuo pirmosios besiskirianti tik elektrinio lauko ženklu.

Ateityje, aišku, procesas vyks priešinga kryptimi, eidamas per tas pačias fazes: maksimali srovė atvirkštine kryptimi, kai įtampa tarp kondensatoriaus plokščių lygi nuliui (4-oji būsena, 183 pav.) ir galiausiai grąžinti

į pradinę būseną, kuri baigia pirmąjį ciklą, arba visą elektrinio virpesio periodą, ir prasideda kitas, gana panašus.

Be to, jei ominis pasipriešinimas yra lygus nuliui, tada šis ciklas, atrodo, kartosis be galo daug kartų. Tačiau iš tikrųjų, kaip rodo patirtis, net jei turėtume reikalų su superlaidžiu laidininku, elektrinių virpesių metu nagrinėjamoje grandinėje dalis sistemos energijos bus nuolat spinduliuojama į aplinkinę erdvę. elektromagnetinės bangos, kurių dažnis yra toks pat kaip pagrindinės virpesių grandinės. Šiuo atveju elektromagnetinės spinduliuotės intensyvumas labai priklausys nuo pagrindinės grandinės konfigūracijos ir nuo jos elektrinių virpesių dažnio. Taigi energijos suvartojimą bendru atveju lems ne tik grynai ominis pasipriešinimas, nuo kurio priklauso virpesių grandinėje susidaranti Džaulio šiluma, bet ir spinduliuotės buvimas. Į šią paskutinę aplinkybę galima atsižvelgti įvedant aktyvaus pasipriešinimo sąvoką G, kuris, būdamas energijos išsklaidymo elektros grandinėje veiksnys, šiuo atveju susideda iš grynai ominės varžos ir iš vadinamosios spinduliuotės varžos. Taigi, dėl nuolatinio energijos sąnaudų virpesių grandinėje, pirminis energijos tiekimas išdžius, tai yra, svyravimo proceso intensyvumas nuolat mažės. Tai vadinama slopinimas elektros vibracijos. Praktiškai slopinimas yra toks didelis, kad po labai trumpo laiko, mažos sekundės dalies, elektros svyravimai nutrūksta.

Pasipriešinimo vaidmuo r neapsiriboja laipsnišku svyravimo proceso intensyvumo mažėjimu. Didumas r, tiksliau, aktyviosios varžos reikšmės ir saviindukcijos koeficiento santykis L grandinė, apibūdinanti jos elektromagnetinę inerciją, yra lemiamas veiksnys pačiam virpesių atsiradimui. Jeigu r per didelis, palyginti su L, tiksliai,

jei požiūris r/L tada didesnė už kokią nors kritinę vertę

svyravimai visai negali atsirasti: srovės stipris, perėjęs didžiausią vertę, palaipsniui mažėja iki nulio, nevyksta priešingos krypties srovė (vadinamoji aperiodinė iškrova). Jeigu T pakankamai mažas, vyksta virpesių procesas.

Šiuo atveju atsirandantis elektrinių virpesių periodas, t. y. laiko intervalas tarp dviejų gretimų momentų, kuriais procesas vyksta per tuos pačius etapus, pavyzdžiui, tarp atitinkamų momentų. i = aš m, yra nustatyta, kaip žinoma,

pasipriešinimo vertes r, talpa C ir savaiminio induktyvumo koeficientas L. Esant santykinai mažoms vertėms r, laikotarpio vertė T gana tiksliai galima nustatyti naudojant W. Tomsono formulę.

Т=2pÖLC.

Dabar pereikime prie Hertzo eksperimentų. Jo naudojama pagrindinė virpesių grandinė, vadinamasis vibratorius, iš esmės buvo panašus į pavaizduotą 180–183 paveiksluose, tačiau skirtumas buvo tas, kad kondensatoriaus plokštės buvo atskirtos, tai yra, buvo atitrauktos viena nuo kitos. Šiuo atveju kondensatoriaus įkrovimo metu atsiradęs elektrinis laukas užfiksavo viso vibratorių supančio dielektriko plotą. Šioje situacijoje susidarė ypač palankios sąlygos elektromagnetinei energijai skleisti vibratoriaus elektrinių virpesių metu. Rakto vaidmuo K(180 -183 pav.), kurios pagalba po pirminio kondensatoriaus įkrovimo buvo uždaryta vibratoriaus grandinė, Hertz eksperimentuose turėjo įtakos kibirkšties tarpas tarp rutuliukų. Kai kondensatoriaus įkrovimo metu tarp šių rutuliukų atsirado pakankamai didelis potencialų skirtumas, tarp jų iššoko kibirkštis, kurią galima laikyti trumpuoju grandinės galų jungimu, nes dėl stiprios dujų jonizacijos. kibirkšties tūryje jos pasipriešinimas pasirodo praktiškai mažas. Kadangi dėl elektromagnetinės energijos spinduliavimo ir dėl šiluminių nuostolių virpesių procesas greitai nyksta, tam, kad periodiškai sužadintų šį procesą, Hertz prijungė kondensatoriaus plokštes prie antrinių Ruhmkorff ritės gnybtų. Šiuo atveju kiekvienas srovės nutrūkimas pirminėje ritės apvijoje atitiko kondensatoriaus plokščių įkrovimą ir kibirkšties mirksėjimą, trumpą jungimą virpesių grandinėje. Iki kito impulso iš antrinės Ruhmkorff ritės apvijos virpesių procesas paprastai turi laiko visiškai pasibaigti, o dujų jonizacija tarp kibirkštinio tarpo rutuliukų išnyksta, todėl vibratoriaus sužadinimo procesas. gali būti visiškai kartojamas ir tt Taip daug kartų per sekundę atnaujinęs elektrinius virpesius vibratoriuje, Hertzas gavo pakankamai galingą elektromagnetinės energijos spinduliuotę, kuri suteikė jam galimybę elektromagnetines bangas atlikti visapusiškam tyrimui. Bendras aprašytos hercinės grandinės išdėstymas pateiktas 184 pav.

Čia R Ir S„Išskleisto“ kondensatoriaus dengimo esmė Tai buvo rutuliai arba plokštės, kurios galėjo judėti išilgai strypų /1 ir /2, kad šiek tiek pakeistų sistemos talpą. Į, yra kibirkšties tarpas, kurį riboja rutuliai. R- Ruhmkorff ritė, iš kurios antrinių gnybtų plonų laidų pagalba į pastarąjį buvo tiekiama vibratoriaus sužadinimo srovė.

Paprastai tariant, Hertzas paįvairino savo eksperimentuose naudojamų vibratorių formą ir dydį. Vėlesniuose eksperimentuose jis naudojo vibratorių, sudarytą iš dviejų žalvarinių cilindrų,

kurių kiekvienas turėjo po 13 cm ilgiai ir 3 cm skersmens (185 pav.).

Šie cilindrai buvo išdėstyti vienas virš kito taip, kad bendra ašis būtų viena vertikali linija, o cilindrų galuose, nukreiptuose vienas į kitą, buvo sumontuoti 4 skersmens rutuliai. cm. Abu šie cilindrai buvo prijungti prie Ruhmkorff ritės antrinės apvijos gnybtų. Hertzo skaičiavimais, aprašyto vibratoriaus sužadintos elektromagnetinės bangos ilgis buvo apie 60 cm.

Už elektromagnetinėms bangoms ore aptikti Hertz naudojo vadinamąjį rezonatoriai, kuri susidėjo iš tam tikros grandinės su kibirkšties tarpeliu tarp mažų rutuliukų, o mikrometro varžto pagalba buvo galima keisti ir tuo pačiu išmatuoti atstumą tarp šių rutuliukų. Rezonatoriaus grandinės forma labai pasikeitė įvairiuose Hertz eksperimentuose. Kartais jis naudojo paprastą apskritą kontūrą. Kitais atvejais šis kontūras buvo kvadrato formos. Galiausiai Hertz taip pat panaudojo rezonatorių, panašų į strypinį vibratorių (185 pav.) ir susidedantį iš dviejų tiesių, kryptį sutampančių laidų, tarp kurių buvo mikrometrinis kibirkšties matuoklis.

Jei erdvėje, kurioje buvo rezonatorius, egzistuotų elektromagnetinės bangos, joje galėtų būti sužadinami elektriniai virpesiai, panašūs į pirminius vibratoriaus virpesius, dėl kurių tarp rezonatoriaus kibirkšties matuoklio rutuliukų atsirado kibirkštis. Šiuo atveju, kad eksperimentas būtų sėkmingas, reikėjo tinkamai orientuoti priimantį rezonatorių ir, be to, parinkti jo geometrinius matmenis taip, kad jo paties elektrinių virpesių periodas kuo labiau atitiktų vibratoriaus virpesių periodą. , ty skleidžiamų elektromagnetinių bangų periodas.

Pagal kibirkšties ilgį, atsirandančią tarp rezonatoriaus rutuliukų, Hertzas įvertino rezonanso sąlygų tarp rezonatoriaus, per kurį buvo tiriami elektromagnetiniai signalai, pasiekimą.

bangas, ir vibratorių, kuris generavo šias bangas jį supančioje erdvėje. Lygiai taip pat, ty pagal kibirkšties ilgį rezonatoriuje, Hercas nustatė elektromagnetinių trikdžių intensyvumo laipsnį tam tikroje erdvės vietoje.

Eksperimentuose, atliktuose po Hertz darbo, elektros virpesiams rezonatoriuje aptikti buvo naudojamos ir kitos priemonės, tokios kaip Heuslerio vamzdžiai, termoporos, koheeriai, detektoriai ir kt., tačiau bendrą gautų rezultatų pobūdį tvirtai patvirtino rezonatoriaus svyravimai. klasikiniai Hertz eksperimentai, kurie naudojo paprasčiausius aukščiau aprašytus įrenginius.

Stebėdamas kibirkštis rezonatoriuje, Hertzas sugebėjo atsekti elektromagnetinių trikdžių pasiskirstymą vibratorių supančioje erdvėje, o šių trikdžių pasiskirstymas, nustatytas tiesiogiai per eksperimentus, pasirodė visiškai atitinkantis Maxwello teoriją. Naudodamas tinkamai parinktą vibratorių, Hertz sugebėjo aptikti elektromagnetinę spinduliuotę laisvoje erdvėje 12 metrų atstumu nuo vibratoriaus, kurio geometriniai matmenys buvo apie 1 metrą. Šis herco rezonatoriaus jautrumas leido stebėti ir stovinčios elektromagnetinės bangos ore, kurie buvo gauti vibratoriaus skleidžiamoms bangoms atsispindėjus nuo didelio plokščio metalinio paviršiaus, statmeno spinduliavimo krypčiai ir esančio atitinkamu atstumu nuo vibratoriaus. Šiuo atveju, perkeldamas rezonatorių tarpe tarp vibratoriaus ir atspindinčio paviršiaus taip, kad rezonatoriaus plokštuma (apvali arba stačiakampė) liktų lygiagreti sau pačiam, Hertz pastebėjo labai ryškius rezonatoriuje atsirandančios kibirkšties ilgio pokyčius. Kai kur kibirkštis rezonatoriuje visai nepasirodė. Vietose, esančiose tiksliai viduryje tarp šių rezonatoriaus padėčių, buvo gauta ilgiausia kibirkštis. Tokiu būdu Hercas nustatė stovinčių elektromagnetinių bangų mazgų plokštumas ir antimazgų plokštumą, todėl buvo galima išmatuoti šių bangų ilgį, kurį skleidžia duotas vibratorius. Iš stebimo stovinčios bangos ilgio ir apskaičiuoto vibratoriaus elektrinių virpesių periodo Hertz galėjo nustatyti elektromagnetinės energijos sklidimo greitį. Šis greitis, visiškai sutinkant su Maksvelo teorija, buvo lygus šviesos greičiui.

Elektrinių ir šviesos bangų analogija labai aiškiai atsiskleidė Hertzo eksperimentuose su paraboliniais veidrodžiais. Jei į parabolinio cilindrinio veidrodžio židinio liniją pastatysite vibratorių (185 pav.) taip, kad elektriniai virpesiai vyktų lygiagrečiai židinio linijai, tai jei elektromagnetinių ir šviesos bangų atspindžio dėsniai yra vienodi, elektromagnetines bangas skleidžia vibratorius, atsispindėjęs nuo cilindro, turėtų sudaryti lygiagrečią spindulį, kuris toldamas nuo veidrodžio turėtų santykinai mažai prarasti savo intensyvumą. Kai toks spindulys atsitrenkia į kitą parabolinį cilindrą, nukreiptą į pirmąjį ir esantį taip,

Jei jo židinio linija sutampa su pirmojo veidrodžio židinio linija, tada šis spindulys surenkamas antrojo veidrodžio židinio linijoje. Išilgai šios linijos buvo tiesinis rezonatorius.

Siekiant parodyti bangų atspindį, veidrodžiai buvo išdėstyti vienas šalia kito taip, kad jų skylės būtų nukreiptos ta pačia kryptimi, o ašys susijungdavo maždaug trijų metrų atstumu viena nuo kitos. Įjungus vibratorių šioje padėtyje, kibirkščių rezonatoriuje nepastebėta. Bet jei veidrodžio ašių susikirtimo taške buvo pastatyta metalinė plokštė (kurios paviršius yra apie du kvadratinius metrus) ir jei ši plokštė buvo statmena linijai, dalijančiai kampą tarp ašių per pusę, tada kibirkštys atsirado rezonatorius. Šios kibirkštys išnyko, kai metalinė plokštė buvo pasukta nedideliu kampu. Aprašytas eksperimentas įrodo, kad elektromagnetinės bangos atsispindi, o jų atspindžio kampas yra lygus kritimo kampui, t.y., kad jos elgiasi lygiai taip pat, kaip ir šviesos bangos.

Hertzas sugebėjo atrasti elektromagnetinių bangų lūžį eksperimentuodamas su prizme, pagaminta iš asfalto. Prizmės aukštis siekė 1,5 metro, lūžio kampas buvo lygus 30°, o pagrindo kraštas, ne priešingas lūžio kampui, buvo maždaug 1,2 metro. Kai per tokią prizmę rezonatoriuje praeidavo elektromagnetinės bangos, kibirkščių nepastebėta, jei veidrodžio ašis su vibratoriumi sutapo su rezonatoriaus veidrodžio ašimi. Bet kai veidrodžio ašys sudarė tinkamą kampą, rezonatoriuje atsirado kibirkštys. Be to, esant minimaliam nuokrypiui, kibirkštys buvo stipriausios. Apibūdintai prizmei šis minimalus įlinkio kampas buvo lygus 22°, todėl šios prizmės elektromagnetinių bangų lūžio rodiklis buvo lygus 1,69. Kaip matote, šiuo atveju yra visiška analogija su šviesos reiškiniais. Vėlesni tyrimai atskleidė, kad elektromagnetinės bangos turi visas fizines šviesos bangų savybes.

1) Ne veltui reikia pažymėti, kad elektroninė teorija, kurios vystymąsi kai kurie laikė pagrindinių Maksvelo teorijos principų žlugimu, nebuvo sukurta jokia ypatinga elektromagnetinės energijos sklidimo teorija. Operuojant elektroninės teorijos sąvokomis aprašant, galima sakyti, „mikroelektrinius“ reiškinius, dažniausiai kreipiamasi į pagrindines Maksvelo idėjas, kai tik kalbama apie elektromagnetinės energijos sklidimą erdvėje būti bet koks skirtumas tarp elektroninės teorijos ir Maksvelo idėjų. centras“ faktinis tam tikro fizinio dydžio nešėjas, susitelkęs tam tikrame centre, ar taip tik atrodo formaliai žiūrint, šis klausimas nėra reikšmingas.

Pagal Maksvelo teoriją, elektromagnetiniai virpesiai, atsirandantys virpesių grandinėje, gali sklisti erdvėje. Savo darbuose jis parodė, kad šios bangos sklinda 300 000 km/s šviesos greičiu. Tačiau daugelis mokslininkų bandė paneigti Maxwello darbus, vienas iš jų buvo Heinrichas Hertzas. Jis skeptiškai žiūrėjo į Maksvelo darbą ir bandė atlikti eksperimentą, kad paneigtų elektromagnetinio lauko sklidimą.

Erdvėje sklindantis elektromagnetinis laukas vadinamas elektromagnetinė banga.

Elektromagnetiniame lauke magnetinė indukcija ir elektrinio lauko stipris yra tarpusavyje statmenos, o iš Maksvelo teorijos išplaukė, kad magnetinės indukcijos ir stiprumo plokštuma yra 90 0 kampu elektromagnetinės bangos sklidimo krypčiai (1 pav.). .

Ryžiai. 1. Magnetinės indukcijos ir intensyvumo vietos plokštumos ()

Heinrichas Hertzas bandė ginčyti šias išvadas. Savo eksperimentuose jis bandė sukurti prietaisą elektromagnetinėms bangoms tirti. Siekdamas gauti elektromagnetinių bangų skleidėją, Heinrichas Hercas sukonstravo vadinamąjį Herco vibratorių, dabar jį vadiname siunčiančia antena (2 pav.).

Ryžiai. 2. Hertz vibratorius ()

Pažiūrėkime, kaip Heinrichas Hertzas gavo savo radiatorių arba perdavimo anteną.

Ryžiai. 3. Uždara Herco virpesių grandinė ()

Turėdamas uždarą virpesių grandinę (3 pav.), Hertz pradėjo judinti kondensatoriaus plokštes skirtingomis kryptimis ir galiausiai plokštės buvo išdėstytos 180 0 kampu ir paaiškėjo, kad jei svyravimai įvyko šioje svyruojančią grandinę, tada jie apgaubė šią atvirą svyravimo grandinę iš visų pusių. Dėl to kintantis elektrinis laukas sukūrė kintamąjį magnetinį lauką, o kintantis magnetinis laukas – elektrinį ir pan. Šis procesas pradėtas vadinti elektromagnetine banga (4 pav.).

Ryžiai. 4. Elektromagnetinių bangų spinduliavimas ()

Jei įtampos šaltinis yra prijungtas prie atviros virpesių grandinės, tada kibirkštis peršoks tarp minuso ir pliuso, o tai yra būtent greitėjantis krūvis. Aplink šį krūvį, judant su pagreičiu, susidaro kintamasis magnetinis laukas, kuris sukuria kintamąjį sūkurinį elektrinį lauką, kuris, savo ruožtu, sukuria kintamąjį magnetinį lauką ir pan. Taigi, remiantis Heinricho Hertzo prielaida, bus skleidžiamos elektromagnetinės bangos. Hertzo eksperimento tikslas buvo stebėti elektromagnetinių bangų sąveiką ir sklidimą.

Norėdamas priimti elektromagnetines bangas, Hertz turėjo pagaminti rezonatorių (5 pav.).

Ryžiai. 5. Hertz rezonatorius ()

Tai virpesių grandinė, kuri buvo perpjautas uždaras laidininkas su dviem rutuliais, ir šie rutuliai buvo išdėstyti

vienas nuo kito nedideliu atstumu. Kibirkštis peršoko tarp dviejų rezonatoriaus rutuliukų beveik tuo pačiu momentu, kai kibirkštis įšoko į emiterį (6 pav.).

6 pav. Elektromagnetinių bangų spinduliavimas ir priėmimas ()

Buvo skleidžiama elektromagnetinė banga ir atitinkamai šios bangos priėmimas rezonatoriumi, kuris buvo naudojamas kaip imtuvas.

Iš šios patirties matyti, kad elektromagnetinės bangos egzistuoja, jos sklinda, atitinkamai perduoda energiją ir gali sukurti elektros srovę uždaroje grandinėje, kuri yra pakankamai dideliu atstumu nuo elektromagnetinės bangos skleidėjo.

Hertzo eksperimentuose atstumas tarp atviros virpesių grandinės ir rezonatoriaus buvo apie tris metrus. To pakako, kad išsiaiškintume, jog elektromagnetinė banga gali sklisti erdvėje. Vėliau Hertzas atliko savo eksperimentus ir išsiaiškino, kaip sklinda elektromagnetinė banga, kad kai kurios medžiagos gali trukdyti sklidimui, pavyzdžiui, medžiagos, kurios praleidžia elektros srovę, nepraleidžia elektromagnetinės bangos. Elektros nelaidžios medžiagos leido elektromagnetinei bangai praeiti.

Heinricho Hertzo eksperimentai parodė galimybę perduoti ir priimti elektromagnetines bangas. Vėliau daugelis mokslininkų pradėjo dirbti šia kryptimi. Didžiausios sėkmės sulaukė rusų mokslininkas Aleksandras Popovas, pirmasis pasaulyje perdavęs informaciją per atstumą. Tai, ką mes dabar vadiname radiju, išvertus į rusų kalbą, reiškia „spinduliuoti informaciją, naudojant elektromagnetines bangas“, buvo atliktas 1895 m. gegužės 7 d. Sankt Peterburgo universitete buvo sumontuotas Popovo aparatas, kuris gavo pirmąją radiogramą, kurį sudarė tik du žodžiai: Heinrichas Hercas;

Faktas yra tas, kad iki to laiko jau egzistavo telegrafas (laidinis ryšys) ir telefonas, taip pat egzistavo Morzės kodas, kurio pagalba Popovo darbuotojas perduodavo taškus ir brūkšnelius, kurie buvo užrašyti ir iššifruoti lentoje prieš komisiją. . Popovo radijas, žinoma, nepanašus į šiuolaikinius mūsų naudojamus imtuvus (7 pav.).

Ryžiai. 7. Popovo radijo imtuvas ()

Popovas atliko pirmuosius elektromagnetinių bangų priėmimo tyrimus ne su elektromagnetinių bangų skleidėjais, o su perkūnija, priimdamas žaibo signalus, o savo imtuvą pavadino žaibo žymekliu (8 pav.).

Ryžiai. 8. Popovo žaibo detektorius ()

Popovo nuopelnai apima galimybę sukurti priėmimo anteną.

Panagrinėkime, iš kokių dalių sudarė Popovo imtuvas. Pagrindinė imtuvo dalis buvo koheeris (stiklinis vamzdis, užpildytas metalinėmis drožlėmis (9 pav.)).

Tokia geležies drožlių būsena pasižymi didele elektrine varža, tokioje būsenoje koheereris nepraleido elektros srovės, bet kai tik pro koheerį praslydo maža kibirkštis (tam buvo atskirti du kontaktai), pjuvenos buvo sukepintos ir kohererio pasipriešinimas sumažėjo šimtus kartų.

Kita Popovo imtuvo dalis – elektrinis varpas (10 pav.).

Ryžiai. 10. Elektrinis varpas Popovo imtuve ()

Būtent elektrinis varpas paskelbė apie elektromagnetinės bangos priėmimą. Be elektros skambučio, Popovo imtuvas turėjo nuolatinės srovės šaltinį – bateriją (7 pav.), kuri užtikrino viso imtuvo veikimą. Ir, žinoma, priėmimo antena, kurią Popovas iškėlė balionuose (11 pav.).

Ryžiai. 11. Priėmimo antena ()

Imtuvo veikimas buvo toks: akumuliatorius sukūrė elektros srovę grandinėje, kurioje buvo sujungtas koheeris ir varpas. Elektros varpas negalėjo skambėti, nes kohereris turėjo didelę elektrinę varžą, srovė nepraėjo, todėl reikėjo pasirinkti norimą varžą. Elektromagnetinei bangai pataikius į priėmimo anteną, joje buvo indukuojama elektros srovė, elektros srovė iš antenos ir maitinimo šaltinio kartu buvo gana didelė - tuo metu iššoko kibirkštis, sukepino koherinės pjuvenos, o pro ją praėjo elektros srovė. prietaisą. Pradėjo skambėti varpas (12 pav.).

Ryžiai. 12. Popovo imtuvo veikimo principas ()

Be varpo, Popovo imtuvas turėjo smogimo mechanizmą, sukonstruotą taip, kad jis vienu metu smogdavo į varpą ir kohererį, taip purtydamas koheerį. Atėjus elektromagnetinei bangai, suskambo skambutis, supurtė kohereris – išsibarstė pjuvenos, o tuo momentu pasipriešinimas vėl padidėjo, elektros srovė nustojo tekėti per koheerį. Varpas nustojo skambėti iki kito elektromagnetinės bangos priėmimo. Taip veikė Popovo imtuvas.

Popovas atkreipė dėmesį į tai: imtuvas gali gana gerai veikti dideliais atstumais, tačiau tam reikia sukurti labai gerą elektromagnetinių bangų skleidėją – tokia buvo to meto problema.

Pirmasis Popovo įrenginio perdavimas įvyko 25 metrų atstumu, o vos per kelerius metus atstumas jau buvo didesnis nei 50 kilometrų. Šiandien radijo bangų pagalba galime perduoti informaciją visame pasaulyje.

Šioje srityje dirbo ne tik Popovas, italų mokslininkas Marconi sugebėjo pristatyti savo išradimą į gamybą beveik visame pasaulyje. Todėl pirmieji radijo imtuvai pas mus atkeliavo iš užsienio. Šiuolaikinio radijo ryšio principus apžvelgsime tolesnėse pamokose.

Nuorodos

1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fizika (pagrindinis lygis) - M.: Mnemosyne, 2012 m.
2. Gendenšteinas L.E., Dickas Yu.I. Fizika 10 klasė. - M.: Mnemosyne, 2014 m.
3. Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fizika-9. - M.: Išsilavinimas, 1990 m.

Namų darbai

1. Kokias Maksvelo išvadas bandė užginčyti Heinrichas Hertzas?
2. Pateikite elektromagnetinės bangos apibrėžimą.
3. Pavadinkite Popovo imtuvo veikimo principą.

1. Interneto portalas Mirit.ru ().
2. Interneto portalas Ido.tsu.ru ().
3. Interneto portalas Reftrend.ru ().

: Vokietija – pirmyn. Šaltinis: t. VIIIa (1893): Vokietija – eiti, p. 559-563 ( · indeksas) Kiti šaltiniai: MESBE :

Hertz eksperimentai.- Elektrinių ir magnetinių reiškinių teorija, sukurta geriausių šio amžiaus pirmosios pusės matematikų darbais ir iki šiol priimta beveik visų mokslininkų, iš esmės darė prielaidą, kad egzistuoja specialūs nesvarūs elektriniai ir magnetiniai skysčiai, turintys veikimo savybę. per atstumą. Niutono visuotinės gravitacijos doktrinos principas – „actio in distans“ – išliko vadovaujantis elektros ir magnetizmo doktrinoje. Tačiau jau 30-ajame dešimtmetyje puikus Faradėjus, nepaisydamas klausimo esmė elektra ir magnetizmas, išsakė visiškai skirtingas mintis apie savo išorinius veiksmus. Įelektrintų kūnų pritraukimas ir atstūmimas, elektrifikacija veikiant, magnetų ir srovių sąveika ir galiausiai Faradėjaus indukcijos reiškiniai neatspindi pasireiškimų tiesiogiai per atstumą nuo elektriniams ir magnetiniams skysčiams būdingų savybių, o yra tik jų pasekmės. ypatingi terpės, kurioje yra šie, būklės pokyčiai, akivaizdžiai tiesiogiai veikiantys vienas kitą elektros krūviai, magnetai ar laidininkai su srovėmis. Kadangi visi tokie veiksmai vienodai pastebimi tuštumoje, taip pat erdvėje, užpildytoje oru ar kita medžiaga, tai pokyčiuose, kuriuos sukelia elektrifikacijos ir įmagnetinimo procesai. eteryje, Faradėjus įžvelgė šių reiškinių priežastį. Taigi, kaip ir dėl ypatingų eterio virpesių atsiradimo ir šių virpesių perdavimo iš dalelės į dalelę, šviesos šaltinis apšviečia bet kurį objektą, esantį toli nuo jo, ir šiuo atveju tik per specialius trikdžius to paties eterio terpėje ir šių trikdžių perdavimas iš sluoksnio visi elektriniai, magnetiniai ir elektromagnetiniai efektai sklinda erdvėje į sluoksnį. Panaši idėja buvo pagrindinis visų Faradėjaus tyrimų principas; Būtent ji svarbiausia atvedė jį prie visų garsių atradimų. Tačiau Faradėjaus mokymai moksle sustiprėjo netrukus ir nelengva. Dešimtmečius, per kuriuos jo atrasti reiškiniai buvo ištirti nuodugniausiai ir išsamiai, pagrindinės Faradėjaus idėjos buvo arba ignoruojamos, arba tiesiogiai laikomos neįtikinamomis ir neįrodytomis. Tik antroje šeštojo dešimtmečio pusėje atsirado taip anksti miręs talentingas Faradėjaus pasekėjas raštininkas Maksvelas, kuris aiškino ir plėtojo Faradėjaus teoriją, suteikdamas jai griežtai matematinį pobūdį. Maksvelas įrodė būtinybę turėti baigtinį greitį, kuriuo elektros srovės arba magneto poveikis perduodamas per tarpinę terpę. Šis greitis, pasak Maxwello, turėtų būti lygus greičiui, kuriuo šviesa sklinda nagrinėjamoje terpėje. Terpė, kuri dalyvauja perduodant elektrinius ir magnetinius veiksmus, negali būti kita nei tas pats eteris, kuris leidžiamas šviesos ir spinduliavimo šilumos teorijoje. Elektrinių ir magnetinių veiksmų sklidimo erdvėje procesas turi būti kokybiškai toks pat kaip ir šviesos spindulių sklidimo procesas. Visi su šviesos spinduliais susiję įstatymai yra visiškai taikomi elektriniai spinduliai. Maksvelo teigimu, pats šviesos reiškinys yra elektrinis reiškinys. Šviesos spindulys yra elektrinių trikdžių, labai mažų elektros srovių, paeiliui sužadinamų terpės eteryje, serija. Iš ko susideda aplinkos pokytis veikiant kurio nors kūno elektrifikacijai, geležies įmagnetinimui ar srovės susidarymui kokioje nors ritėje, vis dar nežinoma. Maksvelo teorija dar neleidžia aiškiai įsivaizduoti pačios jos numanomų deformacijų prigimties. Aišku, kad bet koks pakeitimas joje susidarančios terpės deformaciją veikiant kūnų elektrifikacijai lydi magnetinių reiškinių atsiradimas šioje aplinkoje ir, atvirkščiai, bet koks pakeitimas deformacijų aplinkoje, sukeliančioje jį veikiant tam tikram magnetiniam procesui, jį lydi elektrinių veiksmų sužadinimas. Jei bet kuriame terpės taške, deformuotame dėl kurio nors kūno elektrifikacijos, stebima elektros jėga žinoma kryptimi, t. arba sumažėjus terpės deformacijai, kartu padidėjus arba sumažėjus elektrinei jėgai tam tikrame taške, joje atsiras magnetinė jėga statmena elektros jėgai kryptimi - čia esantis magnetinis polius gaus stūmimą kryptis, statmena elektrinei jėgai. Tai yra Maksvelo elektros teorijos pasekmė. Nepaisant didžiulio susidomėjimo Faradėjaus-Maksvelo doktrina, daugelis sutiko su ja abejoti. Iš šios teorijos plaukė pernelyg drąsūs apibendrinimai! G. (Heinricho Hertzo) eksperimentai, atlikti 1888 m., galutinai patvirtino Maksvelo teorijos teisingumą. G. sugebėjo, taip sakant, įgyvendinti Maksvelo matematines formules, jam iš tikrųjų pavyko įrodyti elektrinių, arba, teisingai, elektromagnetinių spindulių egzistavimą. Kaip jau buvo pažymėta, pagal Maksvelo teoriją, šviesos pluošto sklidimas iš esmės yra elektrinių trikdžių, susidarančių nuosekliai eteryje, sklidimas, greitai keičiantis jų kryptį. Tokių trikdžių, pavyzdžiui, deformacijų, sužadinimo kryptis, pasak Maksvelo, yra statmena pačiam šviesos pluoštui. Iš čia akivaizdu, kad tiesioginis sužadinimas bet kuriame labai greitai kryptį keičiančių elektros srovių kūne, t. y. sužadinimas kintamos krypties ir labai trumpos trukmės elektros srovių laidininke turėtų greitai sukelti atitinkamus elektrinius trikdžius šį laidininką supančiame eteryje. keičiasi jų kryptimi, tai yra, turėtų sukelti reiškinį, kokybiškai gana panašų į tai, ką vaizduoja šviesos spindulys. Bet jau seniai žinoma, kad iškraunant elektrifikuotą korpusą ar Leideno stiklainį, laidininke, per kurį vyksta iškrova, susidaro visa eilė elektros srovių pakaitomis viena ar kita kryptimi. Išsikraunantis kūnas iš karto nepraranda elektros, priešingai, iškrovimo metu jis kelis kartus įkraunamas viena ar kita elektra pagal ženklą. Ant kūno atsirandantys nuoseklūs krūviai mažėja tik po truputį. Tokios kategorijos vadinamos svyruojantis. Dviejų nuoseklių elektros srautų egzistavimo laidininke trukmė tokio iškrovimo metu, t.y. elektrinės vibracijos, arba kitaip, laiko intervalas tarp dviejų momentų, kai išsikraunantis kūnas gauna didžiausius jame iš eilės atsirandančius krūvius, gali būti apskaičiuojamas pagal iškraunančiojo kūno formą ir dydį bei laidininką, per kurį toks iškrovimas vyksta. Remiantis teorija, ši elektrinių virpesių trukmė (T) išreikšta formule:

Čia (\displaystyle T=2\pi (\sqrt (LC)).) SU reiškia elektros talpa L - išsikraunantis kūnas ir saviindukcijos koeficientas laidininkas, per kurį vyksta iškrovimas (žr.). Abu dydžiai išreiškiami pagal tą pačią absoliučių vienetų sistemą. Naudojant įprastą Leyden stiklainį, išleidžiamą per laidą, jungiantį jo dvi plokštes, elektrinių svyravimų trukmė, t.y. T, nustatomi per 100 ir net 10 tūkstantųjų sekundės dalių. Pirmaisiais eksperimentais G. skirtingai elektrifikavo du metalinius rutuliukus (30 cm skersmens) ir leido jiems išsikrauti per trumpą ir gana storą varinį strypą, perpjautą per vidurį, kur tarp dviejų rutuliukų susiformavo elektros kibirkštis, kuri buvo sumontuoti vienas priešais kitą abiejų strypo pusių galus. Fig. 1 parodyta G. eksperimentų diagrama (stiebo skersmuo 0,5 cm, rutulio skersmuo b Ir b′ S 3 cm, tarpas tarp šių kamuoliukų yra apie 0,75 cm, o atstumas tarp rutuliukų centrų V S′ nustatomi per 100 ir net 10 tūkstantųjų sekundės dalių. Pirmaisiais eksperimentais G. skirtingai elektrifikavo du metalinius rutuliukus (30 cm skersmens) ir leido jiems išsikrauti per trumpą ir gana storą varinį strypą, perpjautą per vidurį, kur tarp dviejų rutuliukų susiformavo elektros kibirkštis, kuri buvo sumontuoti vienas priešais kitą abiejų strypo pusių galus. Fig. 1 parodyta G. eksperimentų diagrama (stiebo skersmuo 0,5 cm, rutulio skersmuo b Ir lygus 1 m). Vėliau vietoj kamuoliukų G. panaudojo kvadratinius metalo lakštus (po 40 cm iš abiejų pusių), kuriuos padėjo į vieną plokštumą. Tokių rutulių ar lakštų įkrovimas buvo atliktas naudojant veikiančią Ruhmkorff ritę. Rutuliai ar lakštai buvo daug kartų per sekundę įkraunami iš ritės, o po to išleidžiami per tarp jų esantį varinį strypą, sukuriant elektros kibirkštį tarpe tarp dviejų rutulių. vibratorius, kaip G. vadina, Maksvelo teorijos požiūriu, tai centras, skleidžiantis elektromagnetinius spindulius erdvėje, tai yra, jis sužadina elektromagnetines bangas eteryje, kaip ir bet kuris šviesos šaltinis, sužadinantis šviesos bangas aplink save. Tačiau tokie elektromagnetiniai spinduliai ar elektromagnetinės bangos negali turėti įtakos žmogaus akiai. Tik tuo atveju, kai kiekvieno elektrinio traukinio trukmė. svyravimai pasiektų tik vieną 392 milijardąją sekundės dalį, stebėtojo akį šie svyravimai sužavėtų ir stebėtojas matytų elektromagnetinį spindulį. Tačiau norint pasiekti tokį elektrinių virpesių greitį, būtina vibratorius, dydžio, atitinkančio fizines daleles. Taigi, norint aptikti elektromagnetinius spindulius, reikia specialių priemonių, taikliai V. Thomsono (dabar lordo Kelvino) išraiška, reikia specialios „elektrinės akies“. Tokią „elektrinę akį“ G sutvarkė paprasčiausiai. Įsivaizduokime, kad tam tikru atstumu nuo vibratoriaus yra kitas laidininkas. Vibratoriaus sužadinamo eterio sutrikimai turėtų turėti įtakos šio laidininko būklei. Šis laidininkas bus veikiamas nuoseklios impulsų serijos, linkusios jame sužadinti kažką panašaus į tai, kas sukėlė tokius sutrikimus eteryje, t. y. linkęs formuoti jame elektros sroves, kintančias kryptimi pagal elektrinių virpesių greitį pats vibratorius. Tačiau impulsai, nuosekliai besikeičiantys, gali prisidėti vienas prie kito tik tada, kai yra visiškai ritmiški su elektros judesiais, kuriuos iš tikrųjų sukelia tokiame laidininke. Juk tik unisonu suderinta styga gali pastebimai vibruoti nuo kitos stygos skleidžiamo garso, taigi, gali pasirodyti kaip nepriklausomas garso šaltinis. Taigi, laidininkas turi, taip sakant, elektriškai rezonuoti su vibratoriumi. Lygiai taip pat, kaip tam tikro ilgio ir įtempimo styga, atsitrenkusi, gali svyruoti tam tikru greičiu, taip ir kiekviename laidininke elektros impulsas gali sukelti tik gana tam tikrų laikotarpių elektrinius virpesius. Sulenkus atitinkamo dydžio varinę vielą apskritimo ar stačiakampio pavidalu, paliekant tik nedidelį tarpą tarp laido galų, ant kurių pavogti nedideli rutuliukai (2 pav.), iš kurių vienas varžtu, galėjo prieiti ar pasitraukti nuo kito, gavo G., kaip įvardijo rezonatorius prie savo vibratoriaus (daugumoje eksperimentų, kai vibratoriumi tarnavo minėti rutuliukai ar lakštai, G. kaip rezonatorių naudojo 0,2 cm skersmens varinę vielą, išlenktą 35 cm skersmens apskritimo pavidalu ). Vibratoriui iš trumpų storų cilindrų rezonatorius buvo panašus vielos apskritimas, 0,1 cm storio ir 7,5 cm skersmens Tam pačiam vibratoriui vėlesniuose eksperimentuose G. pastatė kiek kitokios formos rezonatorių. Du tiesūs laidai, skersmuo 0,5 cm. ir 50 cm ilgio, išdėstyti vienas ant kito, o atstumas tarp jų galų yra 5 cm; iš abiejų šių laidų galų, nukreiptų vienas į kitą, statmenai laidų krypčiai nubrėžiami kiti du lygiagrečiai 0,1 cm skersmens laidai. ir 15 cm ilgio, kurie tvirtinami prie kibirkštinio matuoklio kamuoliukų. Kad ir kokie silpni būtų patys atskiri impulsai dėl trikdžių, atsirandančių eteryje veikiant vibratoriui, jie vis dėlto, skatindami vienas kitą veikdami, sugeba sužadinti jau pastebimas elektros sroves rezonatoriuje, pasireiškiančias kibirkštis tarp rezonatoriaus rutuliukų. Šios kibirkštys yra labai mažos (jos siekė 0,001 cm), tačiau visiškai pakanka būti rezonatoriaus elektrinių virpesių sužadinimo kriterijumi ir pagal savo dydį tarnauja kaip rezonatoriaus ir elektros trikdžių laipsnio rodiklis. jį supantis eteris. Stebėdamas tokiame rezonatoriuje atsirandančias kibirkštis, Hertzas ištyrė erdvę aplink vibratorių skirtingais atstumais ir skirtingomis kryptimis. Palikdami nuošalyje šiuos G. eksperimentus ir jo gautus rezultatus, pereikime prie tyrimų, kurie patvirtino egzistavimą galutinis elektrinių veiksmų sklidimo greitis. Prie vienos iš patalpos, kurioje buvo atliekami eksperimentai, sienų buvo pritvirtintas didelis ekranas iš cinko lakštų. Šis ekranas buvo prijungtas prie žemės. 13 metrų atstumu nuo ekrano buvo pastatytas iš plokščių pagamintas vibratorius taip, kad jo plokščių plokštumos būtų lygiagrečios ekrano plokštumai, o vidurys tarp vibratoriaus rutuliukų būtų priešais ekrano vidurį. Jeigu vibratorius savo veikimo metu periodiškai sužadina elektrinius trikdžius aplinkiniame eteryje ir šie trikdžiai terpėje sklinda ne akimirksniu, o tam tikru greičiu, tai pasiekęs ekraną ir atsispindėjęs nuo pastarojo, kaip garsas ir šviesa. trikdžiai, šie trikdžiai kartu su tais, kuriuos į ekraną siunčia vibratorius, eteryje, erdvėje tarp ekrano ir vibratoriaus, susidaro būsena, panaši į tą, kuri atsiranda panašiomis sąlygomis dėl priešingai sklindančių bangų trukdžių. , ty šioje erdvėje trikdžiai įgaus charakterį "stovinčios bangos"(žr. Bangos). Oro būklė vietose, atitinkančiose "mazgai" b "antinodai" Akivaizdu, kad tokių bangų skaičius turėtų labai skirtis. Pastatęs rezonatorių taip, kad jo plokštuma būtų lygiagreti ekranui ir jo centras būtų ties linija, nubrėžta nuo vidurio tarp vibratoriaus rutuliukų, normaliai ekrano plokštumai, pastebėjo G. esant skirtingam rezonatoriaus atstumui nuo ekrano, kibirkštys jame yra labai skirtingo ilgio. Prie paties ekrano rezonatoriuje beveik nesimato kibirkščių, taip pat 4,1 ir 8,5 m atstumu, priešingai, kibirkštys yra didžiausios, kai rezonatorius yra 1,72 m, 6,3 m ir 10,8 m atstumu nuo ekrano. G. iš savo eksperimentų padarė išvadą, kad vidutiniškai 4,5 m atstumu viena nuo kitos išsiskiria tos rezonatoriaus padėtys, kuriose jame stebimi reiškiniai, t. G. lygiai tą patį gavo su skirtinga rezonatoriaus plokštumos padėtimi, kai ši plokštuma buvo statmena ekranui ir ėjo per normalią liniją, nubrėžtą į ekraną iš vidurio tarp vibratoriaus rutuliukų ir kai simetrijos ašis rezonatorius (t. y. jo skersmuo, einantis per vidurį tarp jo rutuliukų) buvo lygiagretus šiam normaliui. Tik su tokia rezonatoriaus plokštumos padėtimi maksimumas kibirkštys jame buvo gautos ten, kur ankstesnėje rezonatoriaus padėtyje minimumai, ir atgal. Taigi 4,5 m atitinka ilgį "stovinčios elektromagnetinės bangos" atsirandantys tarp ekrano ir vibratoriaus erdvėje, užpildytoje oru (priešingi reiškiniai, stebimi rezonatoriuje jo dviejose padėtyse, t. y. maksimumai kibirkštys vienoje padėtyje, o minimumai kitoje, visiškai paaiškinami tuo, kad vienoje padėtyje joje sužadinami rezonatoriaus elektriniai virpesiai elektros jėgos, vadinamasis elektros deformacijos eteryje kitoje padėtyje jos sukeliamos kaip įvykio pasekmė magnetinės jėgos, y., jie susijaudina magnetinės deformacijos).

Pagal „stovinčios bangos“ ilgį (l) ir pagal laiką (T), atitinkantį vieną pilną elektrinį virpesį vibratoriuje, remiantis periodinių (banginių) trikdžių susidarymo teorija, nesunku nustatyti greitį (v), su kuriais tokie trikdžiai perduodami ore. Šis greitis v = 2 l T .(\displaystyle v=(\frac (2l)(T)).) G. eksperimentuose: l T= 4,5 m, = 0,000000028 ″. Iš čia v

= 320 000 (apytiksliai) km per sekundę, t.y. labai artimas ore sklindančios šviesos greičiui. G. tyrė elektrinių virpesių sklidimą laidininkuose, tai yra laiduose. Tam lygiagrečiai vienai vibratoriaus plokštei buvo pastatyta to paties tipo izoliuota varinė plokštė, iš kurios atėjo ilgas, horizontaliai ištemptas laidas (3 pav.). Šiame laide dėl elektrinių virpesių atsispindėjimo nuo izoliuoto jo galo taip pat susidarė „stovinčios bangos“, kurių „mazgų“ ir „antinodų“ pasiskirstymas palei laidą G. rastas naudojant rezonatorių. G. iš šių stebėjimų gauta elektros virpesių sklidimo laide greičio vertė lygi 200 000 km per sekundę. Tačiau šis apibrėžimas nėra teisingas. Pagal Maksvelo teoriją, šiuo atveju greitis turėtų būti toks pat kaip ir oro, t.y. turėtų būti lygus šviesos greičiui ore. (300 000 km per sekundę). Kitų stebėtojų po G. atlikti eksperimentai patvirtino Maksvelo teorijos poziciją. Turėdamas elektromagnetinių bangų šaltinį, vibratorių ir priemones tokioms bangoms aptikti – rezonatorių, G. įrodė, kad tokios bangos, kaip ir šviesos bangos, atsispindi ir lūžta, o elektriniai trikdžiai šiose bangose ​​yra statmeni krypčiai. jų plitimo, t.y., jis atrado elektros spinduliuose. Šiuo tikslu jis įdėjo vibratorių, kuris sukuria labai greitus elektrinius svyravimus (vibratorius, pagamintas iš dviejų trumpų cilindrų) parabolinio cilindrinio veidrodžio, pagaminto iš cinko, židinio linijoje kito panašaus veidrodžio židinio linijoje aprašyta aukščiau, pagaminta iš dviejų tiesių laidų . Nukreipdamas elektromagnetines bangas nuo pirmojo veidrodžio į kažkokį plokščią metalinį ekraną, G. kito veidrodžio pagalba sugebėjo nustatyti elektrinių bangų atspindžio dėsnius, o šias bangas priversdamas pereiti per didelę iš asfalto padarytą prizmę. , jis taip pat nustatė jų refrakciją. Pasirodė, kad atspindžio ir lūžio dėsniai yra tokie patys kaip ir šviesos bangoms. Naudodamas tuos pačius veidrodžius G. įrodė, kad elektros spinduliai poliarizuotas, kai dviejų vienas prieš kitą išdėstytų veidrodžių ašys, veikiant vibratoriui, buvo lygiagrečios, rezonatoriuje buvo pastebėtos kibirkštys. Kai vienas iš veidrodžių buvo pasuktas 90° spindulių kryptimi, t.y., veidrodžių ašys sudarė viena kitą stačiu kampu, bet kokie kibirkščių pėdsakai rezonatoriuje išnyko.

Tokiu būdu G. eksperimentai įrodė Maksvelo pozicijos teisingumą. G. vibratorius, kaip ir šviesos šaltinis, į supančią erdvę skleidžia energiją, kuri per elektromagnetinius spindulius perduodama viskam, kas sugeba ją sugerti, paverčiant šią energiją kitu, mūsų pojūčiams prieinamu pavidalu. Elektromagnetiniai spinduliai savo kokybe yra gana panašūs į šilumos ar šviesos spindulius. Jų skirtumas nuo pastarųjų slypi tik atitinkamų bangų ilgiuose. Šviesos bangų ilgis matuojamas dešimtosiomis tūkstantosiomis milimetro dalimis, o vibratorių sužadinamų elektromagnetinių bangų ilgis – metrais. G. atrasti reiškiniai vėliau buvo daugelio fizikų tyrimų objektas. Apskritai G. išvadas visiškai patvirtina šie tyrimai. Be to, dabar žinome, kad elektromagnetinių bangų sklidimo greitis, kaip matyti iš Maksvelo teorijos, keičiasi kartu su terpės, kurioje tokios bangos sklinda, pokyčiais. Šis greitis yra atvirkščiai proporcingas K , (\displaystyle (\sqrt (K)),) Kur K tam tikros terpės vadinamoji dielektrinė konstanta. Žinome, kad elektromagnetinėms bangoms sklindant išilgai laidininkų, elektros virpesiai „slopinami“, kad atsispindėjus elektros spinduliams jų „įtampa“ atitinka Frenelio šviesos spinduliams duotus dėsnius ir kt. G. straipsniai apie nagrinėjamą reiškinį; , surinkta kartu, dabar išleista pavadinimu: H. Hertz, „Untersuchungen über die Ausbreitung der elektrischen Kraft“ (Lpts., 1892).

Heinrichas Rudolfas Hercas (1857-1894) gimė Hamburge, teisininko, vėliau tapusio senatoriumi, sūnus. Hertzas gerai mokėsi, mėgo visus dalykus, rašė poeziją ir mėgo dirbti tekinimo staklėmis. Deja, Hertzui visą gyvenimą trukdė prasta sveikata.

1875 m., baigęs vidurinę mokyklą, Hertzas įstojo į Drezdeną, o po metų – į Miuncheno aukštąją technikos mokyklą, tačiau po antrųjų studijų metų suprato, kad pasirinkdamas profesiją padarė klaidą. Jo pašaukimas – ne inžinerija, o mokslas. Jis įstoja į Berlyno universitetą, kur jo mentoriai yra fizikai Helmholtzas (1821-1894) ir Kirchhoffas (1824-1887). 1880 m. Hertzas anksti baigė universitetą ir gavo daktaro laipsnį. Nuo 1885 m. jis buvo eksperimentinės fizikos profesorius Politechnikos institute Karlsrūhėje, kur buvo atlikti jo garsieji eksperimentai.

• 1932 m. SSRS, o 1933 m. Tarptautinės elektrotechnikos komisijos posėdyje buvo priimtas periodinio proceso dažnio vienetas „hercas“, kuris vėliau buvo įtrauktas į tarptautinę SI vienetų sistemą. 1 hercas yra lygus vienam visiškam virpesiui per vieną sekundę.
• Pasak Hertzo amžininko, fiziko J. Thomsono (1856–1940), Hertzo darbai yra nuostabus eksperimentinių įgūdžių, išradingumo triumfas ir kartu atsargumo darant išvadas pavyzdys.
• Kartą, kai Herco mama pasakė meistrui, kuris mokė berniuką Hertzą sukti, kad Heinrichas tapo profesoriumi, jis labai nusiminė ir pastebėjo:

Oi, kaip gaila. Jis taptų puikiu tekintoju.

Hertzo eksperimentai

Maxwellas teigė, kad elektromagnetinės bangos turi atspindžio, lūžio, difrakcijos ir kt. Tačiau bet kuri teorija pasitvirtina tik ją patvirtinus praktikoje. Tačiau tuo metu nei pats Maksvelas, nei kas nors kitas nežinojo, kaip eksperimentiškai gauti elektromagnetines bangas. Tai įvyko tik po 1888 m., kai G. Hertzas eksperimentiniu būdu atrado elektromagnetines bangas ir paskelbė savo darbo rezultatus.

Hertz vibratorius. Atvira virpesių grandinė.

Hertz vibratoriaus idėja. Atvira virpesių grandinė.

Iš Maksvelo teorijos žinoma

Tik pagreitintas judantis krūvis gali skleisti elektromagnetinę bangą,

kad elektromagnetinės bangos energija yra proporcinga ketvirtajai jos dažnio laipsniai.

Akivaizdu, kad svyravimų grandinėje krūviai juda pagreitintu greičiu, todėl lengviausia juos panaudoti elektromagnetinėms bangoms skleisti. Tačiau būtina pasirūpinti, kad krūvių svyravimų dažnis būtų kuo didesnis. Iš Tomsono ciklinio virpesių dažnio grandinėje formulės išplaukia, kad norint padidinti dažnį, reikia sumažinti grandinės talpą ir induktyvumą.

Vibratoriuje vykstančių reiškinių esmė trumpai tokia. Ruhmkorff induktorius antrinės apvijos galuose sukuria labai aukštą, maždaug dešimčių kilovoltų, įtampą, kuri įkrauna sferas priešingų ženklų krūviais. Tam tikru momentu vibratoriaus kibirkšties tarpelyje atsiranda elektrinė kibirkštis, todėl jos oro tarpo varža tampa tokia maža, kad vibratoriuje atsiranda aukšto dažnio slopinami virpesiai, trunkantys tol, kol yra kibirkštis. Kadangi vibratorius yra atvira virpesių grandinė, skleidžiamos elektromagnetinės bangos.

Priėmimo žiedą Hertz pavadino „rezonatoriumi“. Eksperimentai parodė, kad keičiant rezonatoriaus geometriją – dydį, santykinę padėtį ir atstumą vibratoriaus atžvilgiu – galima pasiekti „harmoniją“ arba „sintoniją“ (rezonansą) tarp elektromagnetinių bangų šaltinio ir imtuvo. Rezonanso buvimas buvo išreikštas kibirkščių atsiradimu rezonatoriaus kibirkšties tarpelyje, reaguojant į vibratoriuje kylančią kibirkštį.

„Dirbu kaip gamyklos darbuotojas ir laiku, ir charakteriu, kiekvieną rankos pakėlimą kartoju tūkstantį kartų“, – rašė profesorius 1877 metais laiške tėvams. Kaip sunkūs buvo eksperimentai su bangomis, kurios vis dar buvo pakankamai ilgos, kad būtų galima tirti patalpose (palyginti su šviesos bangomis), matyti iš toliau pateiktų pavyzdžių. Kad būtų galima sufokusuoti elektromagnetines bangas, iš cinkuotos geležies lakšto buvo išlenktas 2x1,5 m dydžio parabolinis veidrodis. Kai vibratorius buvo pastatytas į veidrodžio židinį, buvo sukurtas lygiagretus spindulių srautas. Norėdami įrodyti šių spindulių lūžį, iš asfalto buvo pagaminta prizmė lygiašonio trikampio pavidalu, kurio šoninis paviršius yra 1,2 m, aukštis 1,5 m ir masė 1200 kg.

Hertzo eksperimentų rezultatai

Po daugybės daug darbo reikalaujančių ir itin sumaniai surežisuotų eksperimentų, naudojant paprasčiausias, galima sakyti, turimas priemones, eksperimentatorius savo tikslą pasiekė. Buvo galima išmatuoti bangų ilgius ir apskaičiuoti jų sklidimo greitį. buvo įrodyta

atspindžio buvimas,

refrakcija,

difrakcija,

bangų trukdžiai ir poliarizacija.

išmatuotas elektromagnetinių bangų greitis

Po jo pranešimo 1888 m. gruodžio 13 d. Berlyno universitete ir publikacijų 1877 – 78 m. Hercas tapo vienu populiariausių mokslininkų, o elektromagnetinės bangos buvo pradėtos paprastai vadinti „Herco spinduliais“.