Eksperimenter med Heinrich Hertz. Kjente eksperimenter av Hertz

Teorien om elektriske og magnetiske fenomener, skapt av verkene til de beste matematikerne i første halvdel av dette århundre og inntil nylig akseptert av nesten alle forskere, antok i utgangspunktet eksistensen av spesielle vektløse elektriske og magnetiske væsker som har egenskapen til å virke på en avstand. Prinsippet i Newtons doktrine om universell gravitasjon - "actio in distans" - forble veiledende i doktrinen om elektrisitet og magnetisme. Men allerede på 30-tallet den strålende Faraday, forlater uten hensyn spørsmålet om essens elektrisitet og magnetisme, uttrykte helt andre tanker angående deres ytre handlinger. Tiltrekningen og frastøtingen av elektrifiserte legemer, elektrifisering gjennom påvirkning, samspillet mellom magneter og strømmer og til slutt fenomenene Faraday-induksjon representerer ikke manifestasjoner direkte på avstand av egenskapene som ligger i elektriske og magnetiske væsker, men er kun konsekvenser av spesielle endringer i tilstanden til mediet der det er disse som tilsynelatende direkte påvirker hverandre elektriske ladninger, magneter eller ledere med strøm. Siden alle slike handlinger er like observert i tomhet, så vel som i rom fylt med luft eller annet materiale, så i endringene produsert av prosessene med elektrifisering og magnetisering på lufta, Faraday så årsaken til disse fenomenene. Således, på samme måte som gjennom fremveksten av spesielle vibrasjoner av eteren og overføringen av disse vibrasjonene fra partikkel til partikkel, lyser en lyskilde opp et objekt fjernt fra den, og i dette tilfellet bare gjennom spesielle forstyrrelser i mediet til samme eter og overføringen av disse forstyrrelsene fra laget forplanter seg alle elektriske, magnetiske og elektromagnetiske effekter i rommet til laget. En lignende idé var det styrende prinsippet i all Faradays forskning; Det var hun som viktigst førte ham til alle hans berømte oppdagelser. Men det var ikke snart og ikke lett at Faradays lære ble sterkere i vitenskapen. I flere tiår, hvor fenomenene han oppdaget klarte å gjennomgå den mest grundige og detaljerte studien, ble Faradays grunnleggende ideer enten ignorert eller direkte ansett som lite overbevisende og uprøvde. Først i andre halvdel av sekstitallet dukket Faradays talentfulle tilhenger, Clerk Maxwell, som døde så tidlig, opp, som tolket og utviklet Faradays teori, og ga den en strengt matematisk karakter. Maxwell beviste nødvendigheten av eksistensen av en begrenset hastighet der overføringen av effekten av elektrisk strøm eller magnet skjer gjennom et mellommedium. Denne hastigheten, ifølge Maxwell, skal være lik hastigheten som lyset forplanter seg med i mediet som vurderes. Mediet som deltar i overføringen av elektriske og magnetiske handlinger kan ikke være annet enn den samme eteren, som er tillatt i teorien om lys og strålevarme. Prosessen med forplantning av elektriske og magnetiske handlinger i rommet må være kvalitativt den samme som prosessen med forplantning av lysstråler. Alle lover knyttet til lysstråler gjelder fullt ut elektriske stråler. I følge Maxwell er selve lysfenomenet et elektrisk fenomen. En lysstråle er en serie elektriske forstyrrelser, svært små elektriske strømmer, suksessivt eksitert i mediets eter. Hva endringen i miljøet består av under påvirkning av elektrifisering av et eller annet legeme, magnetisering av jern eller dannelse av en strøm i en spole er fortsatt ikke kjent. Maxwells teori gjør det ennå ikke mulig å klart forestille seg selve arten av deformasjonene den antar. Det som er sikkert er det enhver endring deformasjon av mediet produsert i det under påvirkning av elektrifisering av kropper er ledsaget av fremveksten av magnetiske fenomener i dette miljøet, og omvendt, enhver endring i et miljø med deformasjoner som resulterer i det under påvirkning av en eller annen magnetisk prosess, er det ledsaget av eksitering av elektriske handlinger. Hvis det på et eller annet tidspunkt i mediet, deformert av elektrifiseringen av et eller annet legeme, observeres en elektrisk kraft i en kjent retning, dvs. i denne retningen vil en veldig liten elektrifisert ball plassert på et gitt sted begynne å bevege seg, så med enhver økning eller reduksjon i deformasjonen av mediet, sammen med en økning eller reduksjon i den elektriske kraften ved et gitt punkt, vil en magnetisk kraft vises i den i en retning vinkelrett på den elektriske kraften - den magnetiske polen som er plassert her vil motta et trykk inn retningen vinkelrett på den elektriske kraften. Dette er konsekvensen som følger av Maxwells teori om elektrisitet. Til tross for den enorme interessen for Faraday-Maxwell-doktrinen, ble den møtt med tvil av mange. For dristige generaliseringer kom fra denne teorien! Eksperimentene til G. (Heinrich Hertz), utført i 1888, bekreftet til slutt riktigheten av Maxwells teori. G. klarte, så å si, å implementere Maxwells matematiske formler han klarte faktisk å bevise muligheten for eksistensen av elektriske, eller, korrekt, elektromagnetiske stråler. Som allerede nevnt, ifølge Maxwells teori, er forplantningen av en lysstråle i hovedsak forplantningen av elektriske forstyrrelser som suksessivt dannes i eteren, som raskt endrer retning. Retningen som slike forstyrrelser, for eksempel deformasjoner, eksiteres i, er ifølge Maxwell vinkelrett på selve lysstrålen. Herfra er det åpenbart at den direkte eksitasjonen i ethvert legeme av elektriske strømmer som endrer seg veldig raskt i retning, dvs. eksitasjon i en leder av elektriske strømmer av vekslende retning og av svært kort varighet, raskt skulle forårsake tilsvarende elektriske forstyrrelser i eteren som omgir denne lederen. endres i deres retning , det vil si at det skulle forårsake et fenomen kvalitativt ganske likt det en lysstråle representerer. Men det har lenge vært kjent at når et elektrifisert legeme eller en Leyden-krukke utlades, dannes det en hel rekke elektriske strømmer i lederen som utladningen skjer gjennom, vekselvis i den ene eller den andre retningen. Et utladende organ mister ikke umiddelbart sin elektrisitet, tvert imot, under utladningen lades det opp flere ganger med den ene eller den andre elektrisiteten i henhold til skiltet. Påfølgende ladninger som vises på kroppen avtar bare litt etter litt i størrelse. Slike kategorier kalles oscillerende. Varigheten av eksistensen i en leder av to påfølgende strømmer av elektrisitet under en slik utladning, dvs. varigheten elektriske vibrasjoner, eller på annen måte kan tidsintervallet mellom to øyeblikk hvor et utladningslegeme mottar de største ladningene som vises på det etter hverandre, beregnes ut fra formen og størrelsen til utladningslegemet og lederen som en slik utladning skjer gjennom. Ifølge teorien, denne varigheten av elektriske svingninger (T) uttrykt med formelen:

T = 2π√(LC).

Her MED står for elektrisk kapasitet utladende kropp og L - selvinduksjonskoeffisient leder som utladningen skjer gjennom (se). Begge mengdene uttrykkes i henhold til samme system av absolutte enheter. Ved bruk av en vanlig Leyden-krukke, utladet gjennom en ledning som forbinder de to platene, vil varigheten av elektriske svingninger, dvs. T, bestemt i 100 og til og med 10 tusendeler av et sekund. I sine første eksperimenter elektrifiserte G. to metallkuler (30 cm i diameter) forskjellig og lot dem slippe ut gjennom en kort og ganske tykk kobberstang, skåret i midten, hvor det ble dannet en elektrisk gnist mellom de to kulene, som var montert mot hverandre endene av de to halvdelene av stangen. Fig. 1 viser et diagram over G. sine eksperimenter (stavdiameter 0,5 cm, kulediameter b Og b" 3 cm, avstanden mellom disse ballene er ca. 0,75 cm og avstanden mellom midten av ballene S V S" tilsvarer 1 m).

Deretter brukte G. i stedet for kuler firkantede metallplater (40 cm på hver side), som han plasserte i ett plan. Lading av slike kuler eller ark ble utført ved bruk av en fungerende Ruhmkorff-spole. Kulene eller arkene ble ladet mange ganger per sekund fra spolen og ble deretter utladet gjennom en kobberstang plassert mellom dem, og skapte en elektrisk gnist i gapet mellom de to kulene b Og b". Varigheten av de elektriske oscillasjonene som ble eksitert i kobberstangen overskred litt 100 tusendels sekund. I sine videre eksperimenter, ved å bruke, i stedet for plater med halvdeler av en kobberstang festet til dem, korte tykke sylindre med sfæriske ender, mellom hvilke en gnist hoppet, mottok G. elektriske vibrasjoner, hvis varighet var bare omtrent en tusen milliondel. av et sekund. Et slikt par kuler, ark eller sylindre, slikt vibrator, som G. kaller det, fra Maxwell-teoriens synspunkt, er det et senter som forplanter elektromagnetiske stråler i rommet, det vil si at det eksiterer elektromagnetiske bølger i eteren, akkurat som enhver lyskilde som eksiterer lysbølger rundt seg selv. Men slike elektromagnetiske stråler eller elektromagnetiske bølger er ikke i stand til å ha en effekt på det menneskelige øyet. Bare i tilfelle når varigheten av hvert elektrisk tog. oscillasjonen ville nå bare en 392-milliarder av et sekund, observatørens øye ville bli imponert av disse svingningene og observatøren ville se en elektromagnetisk stråle. Men for å oppnå en slik hurtighet av elektriske svingninger er det nødvendig vibrator, i størrelse tilsvarende fysiske partikler. Så for å oppdage elektromagnetiske stråler er det nødvendig med spesielle midler i det treffende uttrykket til V. Thomson (nå Lord Kelvin), et spesielt "elektrisk øye". Et slikt "elektrisk øye" ble arrangert av G på den enkleste måten La oss forestille oss at det i en viss avstand fra vibratoren er en annen leder. Forstyrrelser i eteren som eksiteres av vibratoren bør påvirke tilstanden til denne lederen. Denne lederen vil bli utsatt for en påfølgende serie av impulser, som har en tendens til å eksitere i den noe som ligner på det som forårsaket slike forstyrrelser i eteren, dvs. å ha en tendens til å danne elektriske strømmer i den, endre retning i henhold til hastigheten til elektriske svingninger i eteren. selve vibratoren. Men impulser, suksessivt vekslende, er bare i stand til å bidra til hverandre når de er fullstendig rytmiske med de elektriske bevegelsene de faktisk forårsaker i en slik leder. Tross alt er det bare en avstemt streng som er i stand til å vibrere merkbart fra lyden som sendes ut av en annen streng, og er dermed i stand til å bli en uavhengig lydkilde. Så lederen må så å si gi elektrisk resonans med vibratoren. Akkurat som en streng med en gitt lengde og spenning er i stand til svingninger kjent i form av hastighet når den treffes, slik kan en elektrisk impuls i hver leder produsere elektriske svingninger av bare veldefinerte perioder. Å ha bøyd kobbertråd av passende dimensjoner i form av en sirkel eller rektangel, og etterlater bare et lite gap mellom endene av ledningen med små kuler stjålet på dem (fig. 2), hvorav en ved hjelp av en skrue, kunne nærme seg eller bevege seg bort fra den andre, mottok G., som han gjorde navngitt resonator til vibratoren hans (i de fleste av eksperimentene hans, da de ovennevnte kulene eller arkene fungerte som vibratoren, brukte G. kobbertråd 0,2 cm i diameter, bøyd i form av en sirkel med en diameter på 35 cm, som resonator ).

For en vibrator laget av korte tykke sylindre var resonatoren en lignende sirkel av tråd, 0,1 cm tykk og 7,5 cm i diameter. For den samme vibratoren bygde G. i sine senere eksperimenter en resonator med en litt annen form. To rette ledninger, 0,5 cm dia. og 50 cm i lengde, plassert på toppen av den andre med en avstand mellom endene deres på 5 cm; fra begge ender av disse ledningene som vender mot hverandre, trekkes to andre parallelle ledninger på 0,1 cm i diameter vinkelrett på ledningenes retning. og 15 cm i lengde, som festes til gnistmålerkulene. Uansett hvor svake de individuelle impulsene i seg selv er fra forstyrrelser som oppstår i eteren under påvirkning av en vibrator, er de likevel, som fremmer hverandre i aksjon, i stand til å eksitere allerede merkbare elektriske strømmer i resonatoren, manifestert i dannelsen av en gnist mellom kulene på resonatoren. Disse gnistene er veldig små (de nådde 0,001 cm), men er ganske tilstrekkelige til å være et kriterium for eksitering av elektriske oscillasjoner i resonatoren, og tjener etter størrelsen som en indikator på graden av elektrisk forstyrrelse av både resonatoren og resonatoren. eteren som omgir den.

Ved å observere gnistene som dukket opp i en slik resonator, undersøkte Hertz rommet rundt vibratoren i forskjellige avstander og i forskjellige retninger. Ser vi bort fra disse eksperimentene til G. og resultatene som ble oppnådd av ham, la oss gå videre til forskning som bekreftet eksistensen ultimat hastighet for forplantning av elektriske handlinger. En stor skjerm laget av sinkplater ble festet til en av veggene i rommet der forsøkene ble utført. Denne skjermen var koblet til bakken. I en avstand på 13 meter fra skjermen ble en vibrator laget av plater plassert slik at planene på platene var parallelle med skjermens plan og midten mellom vibratorkulene var motsatt midten av skjermen. Hvis en vibrator under drift periodisk eksiterer elektriske forstyrrelser i den omgivende eteren, og hvis disse forstyrrelsene forplanter seg i mediet ikke øyeblikkelig, men med en viss hastighet, da, etter å ha nådd skjermen og reflektert tilbake fra sistnevnte, som lyd og lys forstyrrelser, disse forstyrrelsene, sammen med de som sendes til skjermen av en vibrator, danner i eteren, i rommet mellom skjermen og vibratoren, en tilstand som ligner på den som oppstår under lignende forhold på grunn av interferens av motforplantende bølger , dvs. i dette rommet vil forstyrrelsene få karakter "stående bølger"(se Bølger). Luftens tilstand på steder som tilsvarer "noder" Og "antinoder" av slike bølger bør åpenbart variere betydelig. G. plasserte sin resonator med planet parallelt med skjermen og slik at midten var på en linje trukket fra midten mellom vibratorkulene normalt til skjermens plan. ved forskjellige avstander av resonatoren fra skjermen, er gnistene i den veldig forskjellige i lengde. I nærheten av selve skjermen vises nesten ingen gnister i resonatoren, også ved avstander lik 4,1 og 8,5 m. Tvert imot er gnistene størst når resonatoren er plassert i avstander fra skjermen lik 1,72 m, 6,3 m og 10,8 m. G. konkluderte fra sine eksperimenter at i gjennomsnitt 4,5 m skiller de posisjonene til resonatoren der fenomenene som ble observert i den, dvs. gnister, viser seg å være nesten identiske. G. oppnådde nøyaktig det samme med en annen posisjon av resonatorplanet, når dette planet var vinkelrett på skjermen og gikk gjennom en normal linje trukket til skjermen fra midten mellom vibratorkulene og når symmetriakse resonatoren (dvs. dens diameter passerer gjennom midten mellom kulene) var parallell med denne normalen. Bare med denne posisjonen til resonatorplanet maxima gnister i den ble oppnådd der, i den forrige posisjonen til resonatoren, minima, og tilbake. Så 4,5 m tilsvarer lengden "stående elektromagnetiske bølger" som oppstår mellom skjermen og vibratoren i et rom fylt med luft (de motsatte fenomenene observert i resonatoren i dens to posisjoner, dvs. maksimale gnister i den ene posisjonen og minima i den andre, er fullstendig forklart av det faktum at i en posisjon av resonatorens elektriske oscillasjoner er eksitert i den elektriske krefter, såkalte elektriske deformasjoner i eteren i en annen posisjon de er forårsaket som en konsekvens av forekomsten magnetiske krefter, dvs. de blir begeistret magnetiske deformasjoner).

Langs den "stående bølgen" (l) og etter tid (T), tilsvarende en komplett elektrisk svingning i vibratoren, basert på teorien om dannelsen av periodiske (bølgelignende) forstyrrelser, er det lett å bestemme hastigheten (v), med hvilke slike forstyrrelser overføres i luften. Denne hastigheten

v = (2l)/T.

I G. sine eksperimenter: l= 4,5 m, T= 0,000000028". Herfra v= 320 000 (omtrent) km per sekund, dvs. veldig nær hastigheten til lyset som forplanter seg i luften. G. studerte forplantningen av elektriske vibrasjoner i ledere, det vil si i ledninger. Til dette formålet ble en isolert kobberplate av samme type plassert parallelt med den ene vibratorplaten, hvorfra det kom en lang ledning strukket horisontalt (fig. 3).

I denne ledningen, på grunn av refleksjon av elektriske vibrasjoner fra dens isolerte ende, ble det også dannet "stående bølger", fordelingen av "noder" og "antinoder" av disse langs ledningen G. funnet ved hjelp av en resonator. G. utledet fra disse observasjonene for forplantningshastigheten til elektriske vibrasjoner i en ledning en verdi lik 200 000 km per sekund. Men denne definisjonen er ikke riktig. I følge Maxwells teori skal hastigheten i dette tilfellet være den samme som for luft, dvs. den skal være lik lyshastigheten i luft. (300 000 km per sekund). Eksperimenter utført etter G. av andre observatører bekreftet posisjonen til Maxwells teori.

Ved å ha en kilde til elektromagnetiske bølger, en vibrator og et middel for å detektere slike bølger, en resonator, beviste G. at slike bølger, som lysbølger, er utsatt for refleksjoner og brytninger og at elektriske forstyrrelser i disse bølgene er vinkelrett på retningen av deres utbredelse, dvs. han oppdaget polarisering i elektriske stråler. For dette formålet plasserte han en vibrator som produserer veldig raske elektriske svingninger (en vibrator laget av to korte sylindre) i brennlinjen til et parabolsk sylindrisk speil laget av sink i brennlinjen til et annet lignende speil han plasserte en resonator, som beskrevet ovenfor, laget av to rette ledninger. Ved å rette elektromagnetiske bølger fra det første speilet til en flat metallskjerm, klarte G. ved hjelp av et annet speil å bestemme lovene for refleksjon av elektriske bølger, og ved å tvinge disse bølgene til å passere gjennom et stort prisme laget av asfalt , bestemte han også deres brytning. Lovene for refleksjon og brytning viste seg å være de samme som for lysbølger. Ved å bruke de samme speilene beviste G. at elektriske stråler polarisert, når aksene til to speil plassert overfor hverandre var parallelle under påvirkning av en vibrator, ble det observert gnister i resonatoren. Når et av speilene ble rotert 90° rundt strålenes retning, det vil si at aksene til speilene hadde en rett vinkel på hverandre, forsvant spor av gnister i resonatoren.

På denne måten beviste G. sine eksperimenter riktigheten av Maxwells posisjon. G. vibratoren, som en lyskilde, sender ut energi til det omkringliggende rommet, som gjennom elektromagnetiske stråler overføres til alt som er i stand til å absorbere den, og transformerer denne energien til en annen form som er tilgjengelig for våre sanser. Elektromagnetiske stråler er ganske like i kvalitet som stråler av varme eller lys. Deres forskjell fra sistnevnte ligger bare i lengdene på de tilsvarende bølgene. Lengden på lysbølger måles i ti tusendels millimeter, mens lengden på elektromagnetiske bølger som eksiteres av vibratorer uttrykkes i meter. Fenomenene oppdaget av G. senere fungerte som gjenstand for forskning av mange fysikere. Generelt bekreftes G.s konklusjoner fullt ut av disse studiene. Nå vet vi dessuten at forplantningshastigheten til elektromagnetiske bølger, som følger av Maxwells teori, endres sammen med endringer i mediet som slike bølger forplanter seg i. Denne hastigheten er omvendt proporsjonal √K, Hvor TIL den såkalte dielektriske konstanten til et gitt medium. Vi vet at når elektromagnetiske bølger forplanter seg langs ledere, blir elektriske vibrasjoner "dempet", at når elektriske stråler reflekteres, følger deres "spenning" lovene gitt av Fresnel for lysstråler, etc.

G.s artikler om fenomenet under vurdering, samlet samlet, er nå publisert under tittelen: H. Hertz, “Untersuchungen über die Ausbreitung der elektrischen Kraft” (Lpts., 1892).

OG. Borgman.

  • - fastsatt av forskningsinstitusjoner i produksjon...

    Landbruksordbok-oppslagsbok

  • - eksperimenter med planter i åkeren i dyrkingskar uten bunn, gravd ned i jorda...

    Ordbok over botaniske termer

  • - en radiobølgesender foreslått av ham. fysiker G. Hertz, som beviste eksistensen av elektriske magneter. bølger Hertz brukte kobberstenger med metall...

    Fysisk leksikon

  • - prinsippet om minste krumning, en av variasjonene...

    Fysisk leksikon

  • - eksperimenter utført i henhold til et enkelt skjema og metodikk samtidig på et stort antall punkter for å etablere kvantitative indikatorer på effekten av en viss type, dose, metode og tidspunkt for påføring av gjødsel eller...

    Ordbok over botaniske termer

  • - den enkleste antennen i form av en metallstang. kuler i endene og et gap i midten for å koble til en elektrisk kilde. vibrasjoner, for eksempel en Ruhmkorff-spole eller en last...
  • - en av variantene...

    Naturvitenskap. encyklopedisk ordbok

  • - militærskribent, f. 24. mars 1870, Gen. PC. Oberst...
  • - Prof. Nikol...

    Stort biografisk leksikon

  • - "EXPERIMENTS" - hoved. op. Montaigne...

    Filosofisk leksikon

  • - en by i Glyboksky-distriktet i Chernivtsi-regionen. Ukrainsk SSR, ved elven. Gertsovka, 35 km mot sørøst. fra Chernivtsi og 8 km fra jernbanen. Novoselitsa stasjon. Sy- og syvarefabrikk...
  • - Hertz-dipol, den enkleste antennen brukt av Heinrich Hertz i eksperimenter som bekreftet eksistensen av elektromagnetiske bølger. Det var en kobberstang med metallkuler i endene, hvis brudd...

    Stor sovjetisk leksikon

  • - prinsippet om minste krumning, et av mekanikkens variasjonsprinsipper, som fastslår at i fravær av aktive krefter, av alle kinematisk mulige, dvs. baner tillatt av forbindelser, ...

    Stor sovjetisk leksikon

  • - en opplevelse som var eksperimentelt bevis på diskretiteten til den indre energien til atomet. Iscenesatt i 1913 av J. Frank og G. Hertz. I fig. 1 viser et diagram av eksperimentet...

    Stor sovjetisk leksikon

  • - en by i Ukraina, Chernivtsi-regionen, nær jernbanen. Kunst. Novoselitsa. 2,4 tusen innbyggere. Sy- og syvareproduksjonsforening "Prut". Kjent siden 1408... Fra boken Fra innvandrer til oppfinner forfatter Pupin Mikhail

    IX. Hertz sin oppdagelse Jeg må innrømme at da jeg først kom til Berlin, tok jeg med meg gamle fordommer mot tyskerne, som til en viss grad hindret meg i å venne meg til den nye situasjonen. Teutonismen i Praha, da jeg studerte der, gjorde uutslettelige inntrykk på meg

    Noen farlige opplevelser. Eksperimenter med bifurkasjon. Ekstase av tredje og fjerde grad.

    Fra boken Yoga for Vesten forfatter Kerneyts S

    Noen farlige opplevelser. Eksperimenter med bifurkasjon. Ekstase av tredje og fjerde grad. Alle de følgende eksperimentene er ekstremt farlige. Eleven bør ikke prøve å produsere dem for tidlig, og spesielt før han har drevet bort all frykt og til og med all frykt fra

    HERZISK MEKANIKK

    Fra boken Mekanikk fra antikken til i dag forfatter Grigoryan Ashot Tigranovich

    HERZS MEKANIKK PÅ DET 17. ÅRHUNDRET verkene til Galileo og Newton la det grunnleggende grunnlaget for klassisk mekanikk på 1700- og 1800-tallet. Euler, d'Alembert, Lagrange, Hamilton, Jacobi, Ostrogradsky, basert på disse grunnlagene, bygde et praktfullt byggverk av analytisk mekanikk og utviklet det

    Kapittel 4 HERTZS EVENTYR OG NISTADT-VERDEN

    Fra boken England. Ingen krig, ingen fred forfatter Shirokorad Alexander Borisovich

    8.6.6. Det korte livet til Heinrich Hertz

    Fra boken Verdenshistorie i personer forfatter Fortunatov Vladimir Valentinovich

    8.6.6. Det korte livet til Heinrich Hertz Den tyske fysikeren Heinrich Rudolf Hertz (1857–1894) levde bare trettiseks år, men alle skolebarn kjenner til dette navnet, alle som i det minste er litt kjent med fysikk. Ved Universitetet i Berlin, Heinrichs lærere var kjente vitenskapsmenn Hermann

    Hertz vibrator

    Fra boken Great Encyclopedia of Technology forfatter Team av forfattere

    Hertz-vibrator Hertz-vibratoren er en åpen oscillerende krets som består av to stenger atskilt med et lite gap. Stengene er koblet til en høyspenningskilde, som skaper en gnist i gapet mellom dem i en Hertz vibrator.

    Kapittel 4. 1700 - 1749. Eksperimenter med Gauxby og Gray, elektriske maskiner, "Leyden jar" av Muschenbreck, eksperimenter av Franklin

    forfatter Kuchin Vladimir

    Kapittel 4. 1700 - 1749 Eksperimenter med Gauxby og Gray, elektriske maskiner, «Leyden jar» Muschenbreck, eksperimenter av Franklin 1701 Halley Ved begynnelsen av 1700-tallet foretok engelskmannen Edmund Halley tre reiser til Atlanterhavet, hvor han ble den første som markerer steder på kartet

    Kapittel 8. 1830 - 1839 Faradays eksperimenter, Henrys eksperimenter, Schilling-telegraf, Morse-telegraf, Daniel-element

    Fra boken Populærhistorie – fra strøm til fjernsyn forfatter Kuchin Vladimir

    Kapittel 8. 1830 - 1839 Faradays eksperimenter, Henrys eksperimenter, Schilling-telegraf, Morse-telegraf, Daniel-element 1831 Faraday, Henry I 1831 fullførte fysikeren Michael Faraday en rekke vellykkede eksperimenter, han oppdaget sammenhengen mellom strøm og magnetisme og laget første layout

    Fra boken Ritz's Ballistic Theory and the Picture of the Universe forfatter Semikov Sergey Alexandrovich

    § 4.8 Frank-Hertz-eksperiment Når potensialforskjellen når 4,9 V, vil elektroner i en uelastisk kollisjon med kvikksølvatomer nær gitteret gi dem all energi... Lignende eksperimenter ble senere utført med andre atomer. For dem alle, karakteristisk

I følge Maxwells teori kan elektromagnetiske oscillasjoner som oppstår i en oscillerende krets forplante seg i rommet. I sine arbeider viste han at disse bølgene forplanter seg med en lyshastighet på 300 000 km/s. Imidlertid prøvde mange forskere å tilbakevise Maxwells arbeid, en av dem var Heinrich Hertz. Han var skeptisk til Maxwells arbeid og prøvde å gjennomføre et eksperiment for å motbevise forplantningen av det elektromagnetiske feltet.

Et elektromagnetisk felt som forplanter seg i rommet kalles elektromagnetisk bølge.

I et elektromagnetisk felt er magnetisk induksjon og elektrisk feltstyrke innbyrdes perpendikulære, og fra Maxwells teori fulgte det at planet for magnetisk induksjon og styrke er i en vinkel på 90 0 til den elektromagnetiske bølgens utbredelsesretning (fig. 1). .

Ris. 1. Planene for plassering av magnetisk induksjon og intensitet ()

Heinrich Hertz prøvde å utfordre disse konklusjonene. I sine eksperimenter prøvde han å lage en enhet for å studere elektromagnetiske bølger. For å få en emitter av elektromagnetiske bølger bygde Heinrich Hertz den såkalte Hertz-vibratoren, nå kaller vi den en sendeantenne (fig. 2).

Ris. 2. Hertz vibrator ()

La oss se på hvordan Heinrich Hertz fikk sin radiator eller senderantenne.

Ris. 3. Lukket Hertzian oscillerende krets ()

Etter å ha en lukket oscillerende krets (fig. 3), begynte Hertz å bevege kondensatorplatene i forskjellige retninger, og til slutt ble platene plassert i en vinkel på 180 0, og det viste seg at hvis det oppstod svingninger i denne oscillerende krets, så omsluttet de denne åpne oscillerende kretsen på alle sider. Som et resultat av dette skapte et skiftende elektrisk felt et vekslende magnetfelt, og et vekslende magnetfelt skapte et elektrisk, og så videre. Denne prosessen ble kalt en elektromagnetisk bølge (fig. 4).

Ris. 4. Elektromagnetisk bølgeemisjon ()

Hvis en spenningskilde er koblet til en åpen oscillerende krets, vil en gnist hoppe mellom minus og pluss, som nettopp er en akselererende ladning. Rundt denne ladningen, som beveger seg med akselerasjon, dannes det et vekslende magnetfelt, som skaper et elektrisk vekslende virvelfelt, som igjen skaper et vekslende magnetfelt, og så videre. I følge Heinrich Hertz sin antagelse vil således elektromagnetiske bølger sendes ut. Hensikten med Hertz sitt eksperiment var å observere interaksjonen og forplantningen av elektromagnetiske bølger.

For å motta elektromagnetiske bølger måtte Hertz lage en resonator (fig. 5).

Ris. 5. Hertz-resonator ()

Dette er en oscillerende krets, som var en kuttet lukket leder utstyrt med to kuler, og disse kulene var plassert i forhold til

fra hverandre på kort avstand. En gnist hoppet mellom de to resonatorkulene nesten i samme øyeblikk da gnisten hoppet inn i emitteren (fig. 6).

Figur 6. Emisjon og mottak av elektromagnetiske bølger ()

Det var emisjon av en elektromagnetisk bølge og følgelig mottak av denne bølgen av resonatoren, som ble brukt som mottaker.

Fra denne erfaringen fulgte det at elektromagnetiske bølger eksisterer, de forplanter seg, følgelig, overfører energi, og kan skape en elektrisk strøm i en lukket krets, som er plassert i tilstrekkelig stor avstand fra emitteren til den elektromagnetiske bølgen.

I Hertz sine eksperimenter var avstanden mellom den åpne oscillerende kretsen og resonatoren omtrent tre meter. Dette var nok til å finne ut at en elektromagnetisk bølge kan forplante seg i verdensrommet. Deretter utførte Hertz sine eksperimenter og fant ut hvordan en elektromagnetisk bølge forplanter seg, at noen materialer kan forstyrre forplantningen, for eksempel materialer som leder elektrisk strøm hindrer den elektromagnetiske bølgen i å passere gjennom. Materialer som ikke leder elektrisitet tillot den elektromagnetiske bølgen å passere gjennom.

Eksperimenter av Heinrich Hertz viste muligheten for å sende og motta elektromagnetiske bølger. Deretter begynte mange forskere å jobbe i denne retningen. Den største suksessen ble oppnådd av den russiske forskeren Alexander Popov, som var den første i verden til å overføre informasjon på avstand. Dette er det vi nå kaller radio oversatt til russisk, "radio" betyr "å sende ut informasjon ved hjelp av elektromagnetiske bølger." Ved universitetet i St. Petersburg ble Popovs enhet installert, som mottok det første radiogrammet den besto av bare to ord: Heinrich Hertz.

Faktum er at på dette tidspunktet eksisterte telegrafen (kablet kommunikasjon) og telefonen allerede, og morsekode eksisterte også, ved hjelp av hvilken Popovs ansatt overførte prikker og streker, som ble skrevet ned og dechiffrert på tavlen foran kommisjonen . Popovs radio er selvfølgelig ikke som de moderne mottakerne vi bruker (fig. 7).

Ris. 7. Popovs radiomottaker ()

Popov utførte sine første studier på mottak av elektromagnetiske bølger, ikke med emittere av elektromagnetiske bølger, men med et tordenvær, som mottok lynsignaler, og han kalte mottakeren sin en lynmarkør (fig. 8).

Ris. 8. Popov lyndetektor ()

Popovs fordeler inkluderer muligheten for å lage en mottaksantenne, det var han som viste behovet for å lage en spesiell lang antenne som kunne motta en tilstrekkelig stor mengde energi fra en elektromagnetisk bølge slik at en elektrisk vekselstrøm ville bli indusert i denne antennen.

La oss vurdere hvilke deler Popovs mottaker besto av. Hoveddelen av mottakeren var kohereren (et glassrør fylt med metallspon (fig. 9)).

Denne tilstanden av jernspåner har høy elektrisk motstand, i denne tilstanden passerte ikke kohereren elektrisk strøm, men så snart en liten gnist slapp gjennom kohereren (for dette var det to kontakter som ble separert), ble sagfliset sintret og motstanden til kohereren avtok hundrevis av ganger.

Den neste delen av Popov-mottakeren er en elektrisk bjelle (fig. 10).

Ris. 10. Elektrisk ringeklokke i Popov-mottakeren ()

Det var den elektriske klokken som kunngjorde mottak av en elektromagnetisk bølge. I tillegg til den elektriske klokken hadde Popovs mottaker en likestrømskilde - et batteri (fig. 7), som sørget for driften av hele mottakeren. Og, selvfølgelig, mottaksantennen, som Popov reiste i ballonger (fig. 11).

Ris. 11. Mottaksantenne ()

Operasjonen til mottakeren var som følger: batteriet skapte en elektrisk strøm i kretsen der kohereren og klokken var koblet sammen. Den elektriske klokken kunne ikke ringe, siden kohereren hadde høy elektrisk motstand, strømmen gikk ikke, og det var nødvendig å velge ønsket motstand. Når en elektromagnetisk bølge traff mottaksantennen, ble det indusert en elektrisk strøm i den, den elektriske strømmen fra antennen og strømkilden til sammen var ganske stor - i det øyeblikket hoppet en gnist, den sammenhengende sagflisen sintret, og en elektrisk strøm gikk gjennom enheten. Klokken begynte å ringe (fig. 12).

Ris. 12. Driftsprinsippet til Popov-mottakeren ()

I tillegg til klokken hadde Popovs mottaker en slagmekanisme utformet på en slik måte at den traff klokken og kohereren samtidig, og derved rystet kohereren. Da den elektromagnetiske bølgen kom, ringte klokken, kohereren ristet - sagfliset spredte seg, og i det øyeblikket økte motstanden igjen, den elektriske strømmen sluttet å strømme gjennom kohereren. Klokken sluttet å ringe til neste mottak av den elektromagnetiske bølgen. Slik fungerte Popovs mottaker.

Popov påpekte følgende: Mottakeren kan fungere ganske bra over lange avstander, men for dette er det nødvendig å lage en veldig god emitter av elektromagnetiske bølger - dette var problemet på den tiden.

Den første overføringen med Popovs enhet fant sted i en avstand på 25 meter, og på bare noen få år var avstanden allerede mer enn 50 kilometer. I dag kan vi ved hjelp av radiobølger overføre informasjon over hele kloden.

Ikke bare Popov jobbet i dette området, den italienske forskeren Marconi klarte å introdusere oppfinnelsen sin i produksjon nesten over hele verden. Derfor kom de første radiomottakerne til oss fra utlandet. Vi vil se på prinsippene for moderne radiokommunikasjon i de følgende leksjonene.

Bibliografi

  1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fysikk (grunnnivå) - M.: Mnemosyne, 2012.
  2. Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fysikk 10. klasse. - M.: Mnemosyne, 2014.
  3. Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fysikk-9. - M.: Utdanning, 1990.

Hjemmelekser

  1. Hvilke konklusjoner til Maxwell prøvde Heinrich Hertz å utfordre?
  2. Gi definisjonen av en elektromagnetisk bølge.
  3. Nevn driftsprinsippet til Popov-mottakeren.
  1. Internettportal Mirit.ru ().
  2. Internett-portal Ido.tsu.ru ().
  3. Internett-portal Reftrend.ru ().

I følge Maxwells teori kan elektromagnetiske oscillasjoner som oppstår i en oscillerende krets forplante seg i rommet. I sine arbeider viste han at disse bølgene forplanter seg med en lyshastighet på 300 000 km/s. Imidlertid prøvde mange forskere å tilbakevise Maxwells arbeid, en av dem var Heinrich Hertz. Han var skeptisk til Maxwells arbeid og prøvde å gjennomføre et eksperiment for å motbevise forplantningen av det elektromagnetiske feltet.

Et elektromagnetisk felt som forplanter seg i rommet kalles elektromagnetisk bølge.

I et elektromagnetisk felt er magnetisk induksjon og elektrisk feltstyrke innbyrdes perpendikulære, og fra Maxwells teori fulgte det at planet for magnetisk induksjon og styrke er i en vinkel på 90 0 til den elektromagnetiske bølgens utbredelsesretning (fig. 1). .

Ris. 1. Planene for plassering av magnetisk induksjon og intensitet ()

Heinrich Hertz prøvde å utfordre disse konklusjonene. I sine eksperimenter prøvde han å lage en enhet for å studere elektromagnetiske bølger. For å få en emitter av elektromagnetiske bølger bygde Heinrich Hertz den såkalte Hertz-vibratoren, nå kaller vi den en sendeantenne (fig. 2).

Ris. 2. Hertz vibrator ()

La oss se på hvordan Heinrich Hertz fikk sin radiator eller senderantenne.

Ris. 3. Lukket Hertzian oscillerende krets ()

Etter å ha en lukket oscillerende krets (fig. 3), begynte Hertz å bevege kondensatorplatene i forskjellige retninger, og til slutt ble platene plassert i en vinkel på 180 0, og det viste seg at hvis det oppstod svingninger i denne oscillerende krets, så omsluttet de denne åpne oscillerende kretsen på alle sider. Som et resultat av dette skapte et skiftende elektrisk felt et vekslende magnetfelt, og et vekslende magnetfelt skapte et elektrisk, og så videre. Denne prosessen ble kalt en elektromagnetisk bølge (fig. 4).

Ris. 4. Elektromagnetisk bølgeemisjon ()

Hvis en spenningskilde er koblet til en åpen oscillerende krets, vil en gnist hoppe mellom minus og pluss, som nettopp er en akselererende ladning. Rundt denne ladningen, som beveger seg med akselerasjon, dannes det et vekslende magnetfelt, som skaper et elektrisk vekslende virvelfelt, som igjen skaper et vekslende magnetfelt, og så videre. I følge Heinrich Hertz sin antagelse vil således elektromagnetiske bølger sendes ut. Hensikten med Hertz sitt eksperiment var å observere interaksjonen og forplantningen av elektromagnetiske bølger.

For å motta elektromagnetiske bølger måtte Hertz lage en resonator (fig. 5).

Ris. 5. Hertz-resonator ()

Dette er en oscillerende krets, som var en kuttet lukket leder utstyrt med to kuler, og disse kulene var plassert i forhold til

fra hverandre på kort avstand. En gnist hoppet mellom de to resonatorkulene nesten i samme øyeblikk da gnisten hoppet inn i emitteren (fig. 6).

Figur 6. Emisjon og mottak av elektromagnetiske bølger ()

Det var emisjon av en elektromagnetisk bølge og følgelig mottak av denne bølgen av resonatoren, som ble brukt som mottaker.

Fra denne erfaringen fulgte det at elektromagnetiske bølger eksisterer, de forplanter seg, følgelig, overfører energi, og kan skape en elektrisk strøm i en lukket krets, som er plassert i tilstrekkelig stor avstand fra emitteren til den elektromagnetiske bølgen.

I Hertz sine eksperimenter var avstanden mellom den åpne oscillerende kretsen og resonatoren omtrent tre meter. Dette var nok til å finne ut at en elektromagnetisk bølge kan forplante seg i verdensrommet. Deretter utførte Hertz sine eksperimenter og fant ut hvordan en elektromagnetisk bølge forplanter seg, at noen materialer kan forstyrre forplantningen, for eksempel materialer som leder elektrisk strøm hindrer den elektromagnetiske bølgen i å passere gjennom. Materialer som ikke leder elektrisitet tillot den elektromagnetiske bølgen å passere gjennom.

Eksperimenter av Heinrich Hertz viste muligheten for å sende og motta elektromagnetiske bølger. Deretter begynte mange forskere å jobbe i denne retningen. Den største suksessen ble oppnådd av den russiske forskeren Alexander Popov, som var den første i verden til å overføre informasjon på avstand. Dette er det vi nå kaller radio oversatt til russisk, "radio" betyr "å sende ut informasjon ved hjelp av elektromagnetiske bølger." Ved universitetet i St. Petersburg ble Popovs enhet installert, som mottok det første radiogrammet den besto av bare to ord: Heinrich Hertz.

Faktum er at på dette tidspunktet eksisterte telegrafen (kablet kommunikasjon) og telefonen allerede, og morsekode eksisterte også, ved hjelp av hvilken Popovs ansatt overførte prikker og streker, som ble skrevet ned og dechiffrert på tavlen foran kommisjonen . Popovs radio er selvfølgelig ikke som de moderne mottakerne vi bruker (fig. 7).

Ris. 7. Popovs radiomottaker ()

Popov utførte sine første studier på mottak av elektromagnetiske bølger, ikke med emittere av elektromagnetiske bølger, men med et tordenvær, som mottok lynsignaler, og han kalte mottakeren sin en lynmarkør (fig. 8).

Ris. 8. Popov lyndetektor ()

Popovs fordeler inkluderer muligheten for å lage en mottaksantenne, det var han som viste behovet for å lage en spesiell lang antenne som kunne motta en tilstrekkelig stor mengde energi fra en elektromagnetisk bølge slik at en elektrisk vekselstrøm ville bli indusert i denne antennen.

La oss vurdere hvilke deler Popovs mottaker besto av. Hoveddelen av mottakeren var kohereren (et glassrør fylt med metallspon (fig. 9)).

Denne tilstanden av jernspåner har høy elektrisk motstand, i denne tilstanden passerte ikke kohereren elektrisk strøm, men så snart en liten gnist slapp gjennom kohereren (for dette var det to kontakter som ble separert), ble sagfliset sintret og motstanden til kohereren avtok hundrevis av ganger.

Den neste delen av Popov-mottakeren er en elektrisk bjelle (fig. 10).

Ris. 10. Elektrisk ringeklokke i Popov-mottakeren ()

Det var den elektriske klokken som kunngjorde mottak av en elektromagnetisk bølge. I tillegg til den elektriske klokken hadde Popovs mottaker en likestrømskilde - et batteri (fig. 7), som sørget for driften av hele mottakeren. Og, selvfølgelig, mottaksantennen, som Popov reiste i ballonger (fig. 11).

Ris. 11. Mottaksantenne ()

Operasjonen til mottakeren var som følger: batteriet skapte en elektrisk strøm i kretsen der kohereren og klokken var koblet sammen. Den elektriske klokken kunne ikke ringe, siden kohereren hadde høy elektrisk motstand, strømmen gikk ikke, og det var nødvendig å velge ønsket motstand. Når en elektromagnetisk bølge traff mottaksantennen, ble det indusert en elektrisk strøm i den, den elektriske strømmen fra antennen og strømkilden til sammen var ganske stor - i det øyeblikket hoppet en gnist, den sammenhengende sagflisen sintret, og en elektrisk strøm gikk gjennom enheten. Klokken begynte å ringe (fig. 12).

Ris. 12. Driftsprinsippet til Popov-mottakeren ()

I tillegg til klokken hadde Popovs mottaker en slagmekanisme utformet på en slik måte at den traff klokken og kohereren samtidig, og derved rystet kohereren. Da den elektromagnetiske bølgen kom, ringte klokken, kohereren ristet - sagfliset spredte seg, og i det øyeblikket økte motstanden igjen, den elektriske strømmen sluttet å strømme gjennom kohereren. Klokken sluttet å ringe til neste mottak av den elektromagnetiske bølgen. Slik fungerte Popovs mottaker.

Popov påpekte følgende: Mottakeren kan fungere ganske bra over lange avstander, men for dette er det nødvendig å lage en veldig god emitter av elektromagnetiske bølger - dette var problemet på den tiden.

Den første overføringen med Popovs enhet fant sted i en avstand på 25 meter, og på bare noen få år var avstanden allerede mer enn 50 kilometer. I dag kan vi ved hjelp av radiobølger overføre informasjon over hele kloden.

Ikke bare Popov jobbet i dette området, den italienske forskeren Marconi klarte å introdusere oppfinnelsen sin i produksjon nesten over hele verden. Derfor kom de første radiomottakerne til oss fra utlandet. Vi vil se på prinsippene for moderne radiokommunikasjon i de følgende leksjonene.

Bibliografi

  1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fysikk (grunnnivå) - M.: Mnemosyne, 2012.
  2. Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fysikk 10. klasse. - M.: Mnemosyne, 2014.
  3. Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fysikk-9. - M.: Utdanning, 1990.

Hjemmelekser

  1. Hvilke konklusjoner til Maxwell prøvde Heinrich Hertz å utfordre?
  2. Gi definisjonen av en elektromagnetisk bølge.
  3. Nevn driftsprinsippet til Popov-mottakeren.
  1. Internettportal Mirit.ru ().
  2. Internett-portal Ido.tsu.ru ().
  3. Internett-portal Reftrend.ru ().

I 1888 oppdaget Hertz elektromagnetiske bølger eksperimentelt og studerte egenskapene deres.

Hertz trengte i hovedsak å løse to eksperimentelle problemer.

1. Hvordan få en elektromagnetisk bølge?

2. Hvordan oppdage elektromagnetisk bølge?

For å oppnå elektromagnetiske bølger, er det nødvendig å skape et skiftende elektrisk eller magnetisk felt i et område i rommet. Varierende felt eksisterer i en oscillerende krets. Problemet er at disse feltene er lokalisert i et veldig lite, begrenset romområde: det elektriske feltet mellom kondensatorplatene, magnetfeltet inne i spolen.

Du kan øke arealet som okkuperes av feltene ved å flytte kondensatorplatene fra hverandre og redusere antall omdreininger på spolen.

I grensen blir kretsen som består av en kondensator og en spole omgjort til et stykke ledning, som kalles en åpen oscillerende krets eller Hertzian vibrator. Magnetiske linjer omgir vibratoren, elektriske feltlinjer begynner og slutter ved selve vibratoren.

Når avstanden mellom kondensatorplatene øker, reduseres dens elektriske kapasitet C. Å redusere antall omdreininger av spolen fører til en reduksjon i induktansen L. Endring av kretsparametrene i samsvar med Thomsons formel fører til en reduksjon i perioden og en økning i frekvensen av oscillasjoner i kretsen. Svingningsperioden i kretsen avtar så mye at den blir sammenlignbar med tidspunktet for forplantning av det elektromagnetiske feltet langs ledningen. Dette betyr at prosessen med strømflyt i en åpen oscillerende krets slutter å være kvasistasjonær: strømstyrken i forskjellige deler av vibratoren vil ikke lenger være den samme.

Prosessene som skjer i en åpen oscillerende krets tilsvarer svingningene til en fast streng, hvor det som kjent etableres en stående bølge. Lignende stående bølger etableres for ladning og strøm i en åpen oscillerende krets.

Det er klart at i endene av vibratoren er strømmen alltid null. Strømmen endres langs kretsen, dens amplitude er maksimal i midten (der spolen pleide å være).

Når strømmen i kretsen er maksimal, er ladningstettheten langs vibratoren null. Figuren viser fordelingen av strøm og ladning langs vibratoren. Det er ikke noe elektrisk felt rundt vibratoren for øyeblikket, magnetfeltet er på sitt maksimum.

Etter en fjerdedel av perioden blir strømmen null, og magnetfeltet rundt vibratoren «forsvinner også». Den maksimale ladningstettheten observeres nær endene av vibratoren. ladningsfordelingen er vist i figuren. Det elektriske feltet nær vibratoren er på sitt maksimum for øyeblikket.

Det skiftende magnetiske feltet rundt vibratoren genererer et elektrisk virvelfelt, og det skiftende magnetfeltet genererer et magnetfelt. Vibratoren blir en kilde til elektromagnetiske bølger. Bølgen går i en retning vinkelrett på vibratoren; svingninger av den elektriske feltstyrkevektoren i bølgen skjer parallelt med vibratoren. Magnetfeltinduksjonsvektoren oscillerer i et plan vinkelrett på vibratoren.

Vibratoren som Hertz brukte i sine eksperimenter var en rett leder som ble delt i to. Halvdelene av vibratoren ble adskilt av en liten luftspalte. Via strupespoler ble vibratorhalvdelene koblet til en høyspentkilde. Chokespolene sørget for en langsom ladeprosess for vibratorhalvdelene. Etter hvert som ladningen akkumulerte, økte det elektriske feltet i gapet. Så snart størrelsen på dette feltet nådde sammenbruddsverdien, hoppet en gnist mellom halvdelene av vibratoren. Mens gnisten lukket luftgapet, oppsto høyfrekvente svingninger i vibratoren og den sendte ut en elektromagnetisk bølge.

Bølgelengden som sendes ut av en vibrator avhenger av størrelsen. La oss dra nytte av at det etableres en stående strømbølge i vibratoren. Nodene til denne stående bølgen er plassert i endene av vibratoren (det er ingen strøm her), antinoden til den stående bølgen er i midten - her er strømmen maksimal. Avstanden mellom nodene til en stående bølge er lik halve bølgelengden, derfor

Hvor L– lengden på vibratoren.

For å oppdage en elektromagnetisk bølge kan du dra nytte av at et elektrisk felt virker på ladninger. Under påvirkning av den elektriske komponenten i den elektromagnetiske bølgen bør frie ladninger i lederen komme i rettet bevegelse, dvs. gjeldende skal vises.

I sine eksperimenter brukte Hertz en mottaksvibrator av samme størrelse som den som sender. Dette sikret likheten mellom de naturlige vibrasjonsfrekvensene til vibratorene, nødvendig for å oppnå resonans i mottaksvibratoren. For å lykkes med å motta en bølge, bør mottaksvibratoren plasseres parallelt med den elektriske feltstyrkevektoren, slik at elektronene i lederen under påvirkning av elektrisk kraft kunne bevege seg i en retningsretning. Den høyfrekvente strømmen i mottakerlederen ble oppdaget av gløden fra et lite gassutladningsrør koblet mellom halvdelene av mottaksvibratoren.

Du kan "fange" bølgen med en mottakskrets, plassere den i samme plan med en utstrålende vibrator. Med dette arrangementet av kretsen vil den magnetiske induksjonsvektoren være vinkelrett på kretsen, og den magnetiske fluksen som trenger inn i kretsen vil være maksimal. Når den magnetiske fluksen endres, vil en induksjonsstrøm vises i kretsen, hvis indikator igjen betjenes av et lite gassutladningsrør.



Hertz oppdaget ikke bare en elektromagnetisk bølge, men observerte også dens egenskaper: refleksjon, refraksjon, interferens, diffraksjon.

Test "elektromagnetiske bølger"

1. Hva er en elektromagnetisk bølge?

A. prosessen med forplantning av elektriske vibrasjoner i et elastisk medium

B. prosessen med forplantning av et elektrisk felt i endring

B. prosessen med forplantning av skiftende elektriske og magnetiske felt i rommet

D. prosessen med forplantning av elektriske vibrasjoner i et vakuum

2. Hva svinger i en elektromagnetisk bølge?

A. elektroner

B. eventuelle ladede partikler

B. elektrisk felt

D. elektriske og magnetiske felt

3. Hvilken type bølger er en elektromagnetisk bølge?

A. til tverrgående

B. til langsgående

B. EMF kan være både tverrgående og langsgående - avhengig av miljøet den forplanter seg i

D. Elektromagnetiske bølger kan være både tverrgående og langsgående - avhengig av metoden for emisjonen

4. Hvordan er den elektriske feltstyrken og magnetfeltinduksjonsvektorene i bølgen lokalisert i forhold til hverandre?

5. Hvor er den relative posisjonen til hastighetsvektorene, elektrisk feltstyrke og magnetfeltinduksjon i bølgen korrekt vist?

6. Hva kan sies om fasene til oscillasjonene til de elektriske feltstyrkevektorene og magnetfeltinduksjonen i bølgen?

A. vektor og oscillere i en fase

B. vektor og oscillere i motfase

B. vektoroscillasjoner ligger etter i fase fra vektoroscillasjoner med

G. vektoroscillasjoner ligger etter i fase fra vektoroscillasjoner med

7. Angi forholdet mellom øyeblikksverdiene til de elektriske feltstyrkevektorene og magnetfeltinduksjonen i bølgen.

EN.

I.

8. Gi et uttrykk for å beregne hastigheten til en elektromagnetisk bølge i et vakuum.

EN. B.V.G.

9. Forholdet mellom forplantningshastigheten til elektromagnetiske bølger i et medium og hastigheten til elektromagnetiske bølger i et vakuum...

A. > 1 B.< 1 В. = 1

G. i noen miljøer > 1, i andre miljøer< 1.

10. Blant radiobølger med lang, kort og ultrakort rekkevidde har bølger den høyeste forplantningshastigheten i vakuum...

A. lang rekkevidde

B. kort rekkevidde

V. ultrakort rekkevidde

D. forplantningshastighetene til bølger i alle områder er de samme

11. En elektromagnetisk bølge bærer...

A. Stoff

B. Energi

B. Impuls

D. Energi og fart

12. I hvilket tilfelle oppstår strålingen fra en elektromagnetisk bølge?

A. elektronet beveger seg jevnt og rettlinjet

B. vekselstrøm flyter langs spiralen til en glødelampe

B. en likestrøm flyter langs spiralen til en lommelyktlampe

G. en ladet kule flyter i olje

13. En oscillerende ladning sender ut en elektromagnetisk bølge. Hvordan vil amplituden til oscillasjonene til den elektriske feltstyrkevektoren endres hvis amplituden til ladningssvingningene øker 2 ganger ved en konstant frekvens?

A. vil øke 2 ganger

B. vil øke 4 ganger

G. vil reduseres med 2 ganger

D. vil ikke endre seg

14. En oscillerende ladning sender ut en elektromagnetisk bølge. Hvordan vil amplituden til oscillasjonene til den elektriske feltstyrkevektoren endres hvis frekvensen av ladningssvingninger øker med 2 ganger ved en konstant amplitude?

A. vil ikke endre seg

B. vil øke 2 ganger

V. vil øke 4 ganger

G. vil øke 8 ganger

15. En oscillerende ladning sender ut en elektromagnetisk bølge. Hvordan vil intensiteten til den utsendte bølgen endre seg hvis frekvensen av ladningssvingninger dobles ved en konstant amplitude?

A. vil ikke endre seg

B. vil øke 2 ganger

V. vil øke 4 ganger

G. vil øke 8 ganger

16. I hvilken retning er intensiteten til den elektromagnetiske bølgen som sendes ut av Hertz-vibratoren maksimalt?

A. intensiteten til bølgen er den samme i alle retninger

B. langs vibratorens akse

B. i retninger langs median perpendikulærene til vibratoren

D. svaret avhenger av de geometriske dimensjonene til vibratoren

17. Bølgelengden som skip sender SOS-nødsignalet med er 600 m. Ved hvilken frekvens sendes slike signaler?

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

18. Hvis speiloverflaten som en elektromagnetisk bølge faller på erstattes av en absolutt svart, så vil trykket som produseres av bølgen på overflaten...

A. vil øke 2 ganger

B. reduseres med 2 ganger

V. vil reduseres med 4 ganger

G. vil ikke endre seg

19. Ved betjening av en radar - en enhet som brukes til å bestemme avstanden til et objekt - brukes fenomenet...

Likte du siden? Like for venner:

I følge Maxwells teori kan elektromagnetiske oscillasjoner som oppstår i en oscillerende krets forplante seg i rommet. I sine arbeider viste han at disse bølgene forplanter seg med en lyshastighet på 300 000 km/s. Imidlertid prøvde mange forskere å tilbakevise Maxwells arbeid, en av dem var Heinrich Hertz. Han var skeptisk til Maxwells arbeid og prøvde å gjennomføre et eksperiment for å motbevise forplantningen av det elektromagnetiske feltet.

Et elektromagnetisk felt som forplanter seg i rommet kalles elektromagnetisk bølge.

I et elektromagnetisk felt er magnetisk induksjon og elektrisk feltstyrke innbyrdes perpendikulære, og fra Maxwells teori fulgte det at planet for magnetisk induksjon og styrke er i en vinkel på 90 0 til den elektromagnetiske bølgens utbredelsesretning (fig. 1). .

Ris. 1. Planene for plassering av magnetisk induksjon og intensitet ()

Heinrich Hertz prøvde å utfordre disse konklusjonene. I sine eksperimenter prøvde han å lage en enhet for å studere elektromagnetiske bølger. For å få en emitter av elektromagnetiske bølger bygde Heinrich Hertz den såkalte Hertz-vibratoren, nå kaller vi den en sendeantenne (fig. 2).

Ris. 2. Hertz vibrator ()

La oss se på hvordan Heinrich Hertz fikk sin radiator eller senderantenne.

Ris. 3. Lukket Hertzian oscillerende krets ()

Etter å ha en lukket oscillerende krets (fig. 3), begynte Hertz å bevege kondensatorplatene i forskjellige retninger, og til slutt ble platene plassert i en vinkel på 180 0, og det viste seg at hvis det oppstod svingninger i denne oscillerende krets, så omsluttet de denne åpne oscillerende kretsen på alle sider. Som et resultat av dette skapte et skiftende elektrisk felt et vekslende magnetfelt, og et vekslende magnetfelt skapte et elektrisk, og så videre. Denne prosessen ble kalt en elektromagnetisk bølge (fig. 4).

Ris. 4. Elektromagnetisk bølgeemisjon ()

Hvis en spenningskilde er koblet til en åpen oscillerende krets, vil en gnist hoppe mellom minus og pluss, som nettopp er en akselererende ladning. Rundt denne ladningen, som beveger seg med akselerasjon, dannes det et vekslende magnetfelt, som skaper et elektrisk vekslende virvelfelt, som igjen skaper et vekslende magnetfelt, og så videre. I følge Heinrich Hertz sin antagelse vil således elektromagnetiske bølger sendes ut. Hensikten med Hertz sitt eksperiment var å observere interaksjonen og forplantningen av elektromagnetiske bølger.

For å motta elektromagnetiske bølger måtte Hertz lage en resonator (fig. 5).

Ris. 5. Hertz-resonator ()

Dette er en oscillerende krets, som var en kuttet lukket leder utstyrt med to kuler, og disse kulene var plassert i forhold til

fra hverandre på kort avstand. En gnist hoppet mellom de to resonatorkulene nesten i samme øyeblikk da gnisten hoppet inn i emitteren (fig. 6).

Figur 6. Emisjon og mottak av elektromagnetiske bølger ()

Det var emisjon av en elektromagnetisk bølge og følgelig mottak av denne bølgen av resonatoren, som ble brukt som mottaker.

Fra denne erfaringen fulgte det at elektromagnetiske bølger eksisterer, de forplanter seg, følgelig, overfører energi, og kan skape en elektrisk strøm i en lukket krets, som er plassert i tilstrekkelig stor avstand fra emitteren til den elektromagnetiske bølgen.

I Hertz sine eksperimenter var avstanden mellom den åpne oscillerende kretsen og resonatoren omtrent tre meter. Dette var nok til å finne ut at en elektromagnetisk bølge kan forplante seg i verdensrommet. Deretter utførte Hertz sine eksperimenter og fant ut hvordan en elektromagnetisk bølge forplanter seg, at noen materialer kan forstyrre forplantningen, for eksempel materialer som leder elektrisk strøm hindrer den elektromagnetiske bølgen i å passere gjennom. Materialer som ikke leder elektrisitet tillot den elektromagnetiske bølgen å passere gjennom.

Eksperimenter av Heinrich Hertz viste muligheten for å sende og motta elektromagnetiske bølger. Deretter begynte mange forskere å jobbe i denne retningen. Den største suksessen ble oppnådd av den russiske forskeren Alexander Popov, som var den første i verden til å overføre informasjon på avstand. Dette er det vi nå kaller radio oversatt til russisk, "radio" betyr "å sende ut informasjon ved hjelp av elektromagnetiske bølger." Ved universitetet i St. Petersburg ble Popovs enhet installert, som mottok det første radiogrammet den besto av bare to ord: Heinrich Hertz.

Faktum er at på dette tidspunktet eksisterte telegrafen (kablet kommunikasjon) og telefonen allerede, og morsekode eksisterte også, ved hjelp av hvilken Popovs ansatt overførte prikker og streker, som ble skrevet ned og dechiffrert på tavlen foran kommisjonen . Popovs radio er selvfølgelig ikke som de moderne mottakerne vi bruker (fig. 7).

Ris. 7. Popovs radiomottaker ()

Popov utførte sine første studier på mottak av elektromagnetiske bølger, ikke med emittere av elektromagnetiske bølger, men med et tordenvær, som mottok lynsignaler, og han kalte mottakeren sin en lynmarkør (fig. 8).

Ris. 8. Popov lyndetektor ()

Popovs fordeler inkluderer muligheten for å lage en mottaksantenne, det var han som viste behovet for å lage en spesiell lang antenne som kunne motta en tilstrekkelig stor mengde energi fra en elektromagnetisk bølge slik at en elektrisk vekselstrøm ville bli indusert i denne antennen.

La oss vurdere hvilke deler Popovs mottaker besto av. Hoveddelen av mottakeren var kohereren (et glassrør fylt med metallspon (fig. 9)).

Denne tilstanden av jernspåner har høy elektrisk motstand, i denne tilstanden passerte ikke kohereren elektrisk strøm, men så snart en liten gnist slapp gjennom kohereren (for dette var det to kontakter som ble separert), ble sagfliset sintret og motstanden til kohereren avtok hundrevis av ganger.

Den neste delen av Popov-mottakeren er en elektrisk bjelle (fig. 10).

Ris. 10. Elektrisk ringeklokke i Popov-mottakeren ()

Det var den elektriske klokken som kunngjorde mottak av en elektromagnetisk bølge. I tillegg til den elektriske klokken hadde Popovs mottaker en likestrømskilde - et batteri (fig. 7), som sørget for driften av hele mottakeren. Og, selvfølgelig, mottaksantennen, som Popov reiste i ballonger (fig. 11).

Ris. 11. Mottaksantenne ()

Operasjonen til mottakeren var som følger: batteriet skapte en elektrisk strøm i kretsen der kohereren og klokken var koblet sammen. Den elektriske klokken kunne ikke ringe, siden kohereren hadde høy elektrisk motstand, strømmen gikk ikke, og det var nødvendig å velge ønsket motstand. Når en elektromagnetisk bølge traff mottaksantennen, ble det indusert en elektrisk strøm i den, den elektriske strømmen fra antennen og strømkilden til sammen var ganske stor - i det øyeblikket hoppet en gnist, den sammenhengende sagflisen sintret, og en elektrisk strøm gikk gjennom enheten. Klokken begynte å ringe (fig. 12).

Ris. 12. Driftsprinsippet til Popov-mottakeren ()

I tillegg til klokken hadde Popovs mottaker en slagmekanisme utformet på en slik måte at den traff klokken og kohereren samtidig, og derved rystet kohereren. Da den elektromagnetiske bølgen kom, ringte klokken, kohereren ristet - sagfliset spredte seg, og i det øyeblikket økte motstanden igjen, den elektriske strømmen sluttet å strømme gjennom kohereren. Klokken sluttet å ringe til neste mottak av den elektromagnetiske bølgen. Slik fungerte Popovs mottaker.

Popov påpekte følgende: Mottakeren kan fungere ganske bra over lange avstander, men for dette er det nødvendig å lage en veldig god emitter av elektromagnetiske bølger - dette var problemet på den tiden.

Den første overføringen med Popovs enhet fant sted i en avstand på 25 meter, og på bare noen få år var avstanden allerede mer enn 50 kilometer. I dag kan vi ved hjelp av radiobølger overføre informasjon over hele kloden.

Ikke bare Popov jobbet i dette området, den italienske forskeren Marconi klarte å introdusere oppfinnelsen sin i produksjon nesten over hele verden. Derfor kom de første radiomottakerne til oss fra utlandet. Vi vil se på prinsippene for moderne radiokommunikasjon i de følgende leksjonene.

Bibliografi

  1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fysikk (grunnnivå) - M.: Mnemosyne, 2012.
  2. Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fysikk 10. klasse. - M.: Mnemosyne, 2014.
  3. Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fysikk-9. - M.: Utdanning, 1990.

Hjemmelekser

  1. Hvilke konklusjoner til Maxwell prøvde Heinrich Hertz å utfordre?
  2. Gi definisjonen av en elektromagnetisk bølge.
  3. Nevn driftsprinsippet til Popov-mottakeren.
  1. Internettportal Mirit.ru ().
  2. Internett-portal Ido.tsu.ru ().
  3. Internett-portal Reftrend.ru ().