Досвід генріха герца. Знамениті досліди Герца

Теорія електричних і магнітних явищ, створена працями кращих математиків у першій половині цього століття і донедавна приймалася майже всіма вченими, допускала основу існування особливих невагомих електричних і магнітних рідин, які мають властивістю на відстані. Принцип Ньютонова вчення про всесвітнє тяжіння - "actio in distans" - залишався керівним у вченні електрики та магнетизму. Але вже у 30-х роках геніальний Фарадей, залишаючи без розгляду питання про сутностіелектрики та магнетизму, щодо зовнішніх дій їх висловив зовсім інші думки. Притягнення та відштовхування наелектризованих тіл, електризація через вплив, взаємодія магнітів і струмів і, нарешті, явища індукції по Фарадею не є проявами безпосередньо на відстані властивостей, властивих електричним і магнітним рідинам, а становлять лише наслідки особливих змін у стані того середовища, в якому знаходяться ці, мабуть, що прямо впливають один на одного електричні заряди, магніти або провідники зі струмами. Так як усі подібні дії однаково спостерігаються і в порожнечі, як і в просторі, заповненому повітрям або іншою речовиною, то в змінах, що виробляються процесами електризації та намагнічування в ефірі,Фарадей бачив причину цих явищ. Таким чином, як за допомогою виникнення особливих коливань ефіру і передачі цих коливань від частки до частинки світлове джерело висвітлює віддалений від нього який-небудь предмет, так і в даному випадку тільки за допомогою особливих збурень у середовищі того ж ефіру та передачі цих збурень від шару до шару поширюються у просторі всі електричні, магнітні та електромагнітні дії. Подібна ідея була керівною у всіх дослідженнях Фарадея; вона головним чином і привела його до всіх його знаменитих відкриттів. Але нескоро і нелегко вчення Фарадея укріпилося в науці. Цілі десятки років, протягом яких відкриті їм явища встигли зазнати найретельнішого і детального дослідження, основні ідеї Фарадея або ігнорувалися, або прямо вважалися мало переконливими та недоведеними. Тільки в другій половині шістдесятих років з'явився талановитий послідовник Фарадея, який так рано помер, Клерк Максвелл, який витлумачив і розвинув теорію Фарадея, надавши їй строго математичного характеру. Максвелл довів необхідність існування кінцевої швидкості, з якою відбувається за допомогою проміжного середовища передача дій електричного струму або магніту. Ця швидкість, за Максвеллом, повинна дорівнювати тій, з якою в середовищі відбувається поширення світла.Середовище, що бере участь у передачі електричних та магнітних дій, не може бути інше, як той самий ефір, який допускається в теорії світла та променистої теплоти. Процес поширення електричних і магнітних процесів у просторі якісно має бути однаковий з процесом поширення променів світла. Усі закони, які стосуються світлових променів, цілком застосовні до променям електричним.За Максвеллом, саме явище світла - явище електричне. Промінь світла - це ряд електричних збурень, що послідовно збуджуються в ефірі середовища, дуже малих електричних струмів. У чому полягає зміна середовища під впливом електризації якогось тіла, намагнічування заліза або утворення струму в будь-якій котушці - досі не відомо. Теорія Максвелла поки що не дає можливості уявити ясно самий характер передбачуваних нею деформацій. Безсумнівно лише, що всяка змінадеформації середовища, виробленої в ній під впливом електризації тіл, супроводжується виникненням у цьому середовищі явищ магнітних і, навпаки, всяка зміна серед деформацій, які у ній під впливом будь-якого магнітного процесу, супроводжується порушенням електричних процесів. Якщо в будь-якій точці середовища, деформованої електризацією якого-небудь тіла, спостерігається електрична сила по відомому напрямку, тобто по цьому напрямку прийде в рух вміщена в цьому місці дуже маленька наелектризована кулька, то при будь-якому збільшенні або зменшенні деформації середовища разом зі збільшенням чи зменшенням електричної сили у цій точці з'явиться у ній у напрямку, перпендикулярному до електричної сили, сила магнітна - поміщений тут магнітний полюс отримає поштовх у напрямку, перпендикулярному до електричної сили. Таке слідство, що випливає з теорії електрики Максвелла. Незважаючи на величезний інтерес вчення Фарадея-Максвелла, воно багатьма зустріли з сумнівом. Надто вже сміливі узагальнення випливали з цієї теорії! Досліди Г. (Генріх Hertz), зроблені 1888 р., остаточно підтвердили правильність теорії Максвелла. Г. вдалося, так би мовити, реалізувати математичні формули Максвелла, вдалося насправді довести можливість існування електричних променів, або, правильно, електромагнітних. Як вже було помічено, за теорією Максвелла - поширення світлового променя є по суті поширенням електричних збурень, що послідовно утворюються в ефірі, швидко змінюють свій напрям. Напрямок, у якому збуджуються подібні обурення, подібні деформації, за Максвеллом, перпендикулярно до світлового променя. Звідси очевидно, що безпосереднє збудження в якомусь тілі дуже швидко змінюються у напрямку електричних течій, тобто збудження в провіднику електричних струмів змінного напрямку і дуже малої тривалості повинно в оточуючому цей провідник ефірі викликати відповідні електричні обурення, що швидко змінюються у своєму напрямку. , Т. е. повинно викликати явище якісно цілком подібне до того, яке являє собою промінь світла. Але вже було давно відомо, що при розряді якогось наелектризованого тіла або лейденської банки в провіднику, через який відбувається розряд, утворюється ціла низка електричних течій поперемінно то в той, то в інший бік. Тіло, що розряджається, не втрачає відразу своєї електрики, воно, навпаки, під час розряду кілька разів перезаряджається то одним, то іншим за знаком електрикою. Послідовні заряди, що з'являються на тілі, зменшуються лише помалу за своєю величиною. Такі розряди звуться коливальних.Тривалість існування у провіднику двох наступних один за одним течій електрики за такого розряду, тобто тривалість електричних коливань,або інакше - проміжок часу між двома моментами, в які тіло, що розряджається, отримує найбільші послідовно один за одним що є на ньому заряди, може бути обчислена за формою і розмірами розряджається тіла і провідника, через який відбувається такий розряд. За теорією ця тривалість електричних коливань (Т)виражається формулою:

T = 2π√(LC).

Тут Зпозначає електроємністьтіла, що розряджається і L - коефіцієнт самоіндукціїпровідника, через який відбуватиметься розряд (див.). Обидві величини виражені відповідно до тієї самої системи абсолютних одиниць. При вживанні звичайної лейденської банки, що розряджається через дріт, що з'єднує її обкладки, тривалість електричних коливань, тобто. Т,визначається у 100 і навіть у 10-тисячних частках секунди. Г. у перших своїх дослідах електризував різноіменно дві металеві кулі (30 см в діам.) і надавав їм розряджатися через короткий і досить товстий мідний стрижень, розрізаний посередині, де й утворилася електрична іскра між двома кульками, які були укріплені на звернених один до одного кінцях двох половин стрижня. Фіг. 1 зображує схему дослідів Р. (діам. стрижня 0,5 см, діам. кульок bі b" 3 см, проміжок між цими кульками близько 0,75 см та відстань між центрами куль Sв S"одно 1 м).

Згодом замість куль Г. використовував металеві квадратні листи (40 см в кожній стороні), які поміщав в одній площині. Зарядження таких куль або листів проводилося за допомогою діючої Румкорфової котушки. Кулі або листи багато разів на секунду заряджалися від котушки і потім розряджалися через мідний стрижень, що знаходиться між ними, з утворенням електричної іскри в проміжку між двома кульками. bі b".Тривалість електричних коливань, що збуджувалися при цьому в мідному стрижні, перевищувала лише одну 100-тисячну частку секунди. У подальших своїх дослідах, вживаючи замість листів з прикріпленими до них половинами мідного стрижня, короткі товсті циліндри з кулястими кінцями, між якими і проскакувала іскра, Р. отримував електричні коливання, тривалість яких була всього близько тисячі мільйонів секунди. Така пара куль, листів чи циліндрів, такий вібратор,як називає це Р., з точки зору Максвеллової теорії, є центром, що розповсюджує в просторі електромагнітні промені, тобто збуджуючим в ефірі електромагнітні хвилі абсолютно подібно до будь-якого світлового джерела, що збуджує навколо себе світлові хвилі. Але подібні електромагнітні промені або електромагнітні хвилі не в змозі надавати дії на око людини. Тільки в тому випадку, коли тривалість кожного електрич. коливання досягла б всього однієї 392-більйонної частки секунди, око спостерігача отримало б враження від цих коливань і спостерігач побачив би електромагнітний промінь. Але для досягнення подібної швидкості електричних коливань необхідний вібратор,за розмірами відповідний фізичним часткам. Отже, для виявлення електромагнітних променів потрібні спеціальні засоби, необхідний, за влучним висловом В. Томсона (нині лорда Кельвіна), особливе "електричне око". Таке "електричне око" найпростішим чином влаштував Г. Уявімо, що в деякій відстані від вібратора знаходиться інший провідник. Обурення в ефірі, які збуджуються вібратором, повинні позначитися на стані цього провідника. Цей провідник буде схильний до послідовного ряду імпульсів, що прагнуть порушити в ньому подібне до того, що спричинило такі обурення в ефірі, тобто прагнуть утворити в ньому електричні течії, що змінюються у напрямку відповідно швидкості електричних коливань у самому вібраторі. Але імпульси, що послідовно чергуються, тільки тоді можуть сприяти один одному, коли вони будуть цілком ритмічні з викликаними ними насправді електричними рухами в такому провіднику. Адже тільки в унісон налаштована струна може прийти в помітне тремтіння від звуку, що видається іншою струною, і, таким чином, може стати самостійним звуковим джерелом. Отже, провідник повинен так би мовити, електрично резонувати вібратору. Як струна даної довжини і натягнутості здатна приходити від удару у відомі за швидкістю коливання, так і в кожному провіднику від електричного імпульсу можуть утворитися електричні коливання лише певних періодів. Зігнувши відповідних розмірів мідний дріт у вигляді кола або прямокутника, залишивши лише маленький просвіт між кінцями дроту з вкраденими на них маленькими кульками (фіг. 2), з яких один за допомогою гвинта міг наближатися або віддалятися від іншого, Р. і отримав, як він назвав, резонаторсвоєму вібратору (здебільшого своїх дослідів, коли вібратором служили згадані вище кулі або листи, Р. використовував як резонатор мідний дріт 0,2 см діам., зігнутий у вигляді кола, діаметр якого 35 см).

Для вібратора з коротких товстих циліндрів резонатором служив подібний круг з дроту, товщиною в 0,1 см, що має в діаметрі 7,5 см. Для того ж вібратора в пізніших своїх дослідах Г. влаштував дещо інший форми резонатор. Два прямі дроти, 0,5 см діам. і 50 см довжини, розташовуються одна на продовженні іншої з відстанню між їх кінцями 5 см; від обох звернених один до одного кінців цих дротів перпендикулярно до напрямку дротів проводять дві інші паралельні дроти в 0,1 см діам. і 15 см довжини, які і приєднуються до кульок іскроміра. Як не слабкі власними силами окремі імпульси від обурень, які у ефірі під впливом вібратора, вони, тим щонайменше, сприяючи у дії одне одному, може у резонаторі порушити вже помітні електричні течії, що у витворі іскорки між кульками резонатора. Ці іскорки дуже малі (вони доходили до 0,001 см), але цілком достатні, щоб бути критерієм збудження в резонаторі електричних коливань і своєю величиною служити покажчиком ступеня електричного збурення як резонатора, так і оточуючого ефіру.

За допомогою спостереження іскорок, які у подібному резонаторі, Герц і обстежив різних відстанях й у різних напрямах простір біля вібратора. Залишаючи осторонь ці досліди Г. і ті результати, які були отримані ним, перейдемо до досліджень, що підтвердили існування кінцевоюшвидкості поширення електричних процесів. До однієї зі стін тієї зали, в якій проводилися досліди, було приставлено великих розмірів екран, зроблений із цинкових листів. Цей екран з'єднувався із землею. У відстані 13 метрів від екрану був поміщений вібратор із пластин так, що площини його пластин були паралельні площині екрану і середина між кульками вібратора припадала проти середини екрану. Якщо вібратор під час своєї дії збуджує періодично електричні збурення в навколишньому ефірі і якщо ці збурення поширюються в середовищі не миттєво, а з деякою швидкістю, то, досягнувши екрану і відбившись назад від останнього, подібно до звукових і світлових збурень, ці збурення разом з тими, які посилаються до екрану вібратором, утворюють в ефірі, в просторі між екраном і вібратором стан, аналогічний тому, що відбувається за подібних умов внаслідок інтерференції зустрічних хвиль, тобто в цьому просторі обурення набудуть характеру "стоячих хвиль"(Див. Хвилі). Стан ефіру у місцях, що відповідають "вузлам"і "пучностям"таких хвиль, очевидно, має значно відрізнятися. Поміщаючи свій резонатор, площиною паралельно екрану і так, що його центр припадав на лінії, проведеній із середини між кульками вібратора нормально до площини екрану, Г. спостерігав за різних відстанях резонатора від екрана дуже різні за довжиною іскорки у ньому.Поблизу самого екрана майже зовсім не спостерігається в резонаторі появи іскорок, також у відстанях, рівних 4,1 і 8,5 м. Навпаки, іскорки виходять найбільшими, коли резонатор міститься у відстанях від екрану, рівних 1,72 м, 6,3 м і 10,8 м. р. зі своїх дослідів вивів, що в середньому 4,5 м відокремлюють один від одного положення резонатора, в яких спостерігаються в ньому явища, тобто іскорки, виявляються близько однаковими. Так само отримав Г. і при іншому положенні площини резонатора, коли ця площина була перпендикулярна до екрану і проходила через нормальну лінію, проведену до екрану з середини між кульками вібратора і коли вісь симетріїрезонатора (тобто його діаметр, що проходить через середину між його кульками) була паралельна цій нормалі. Тільки за такого положення площини резонатора maximaіскор у ньому виходили там, де у колишньому становищі резонатора спостерігалися minima,і назад. Отже, 4,5 м відповідають довжині "стоячих електромагнітних хвиль",виникли між екраном і вібратором в просторі, наповненому повітрям (протилежні явища, що спостерігаються в резонаторі в двох його положеннях, тобто maxima іскор в одному положенні і minima в іншому, цілком пояснюється тим, що в одному положенні резонатора електричні коливання збуджуються в ньому електричними силами,т.з. електричними деформаціями в ефірі, в іншому положенні вони викликаються як наслідки виникнення сил магнітних,тобто збуджуються магнітними деформаціями).

По довжині "стоячої хвилі" (l)і за часом (T),відповідному одному повному електричному коливанню у вібраторі, на підставі теорії утворення періодичних (хвилястих) збурень, легко визначити швидкість (v),з якою передаються у повітрі подібні обурення. Ця швидкість

v = (2l)/T.

У дослідах Г.: l= 4,5 м, Т= 0,000000028". Звідси v= 320000 (приблизно) км на секунду, т. е. дуже близько дорівнює швидкості поширення повітря світла. Р. досліджував поширення електричних коливань та у провідниках, тобто у дротах. З цією метою паралельно одній пластині вібратора містилася ізольована така ж мідна пластина, від якої йшла довга, натягнута горизонтально, дріт (фіг. 3).

У цьому дроті, внаслідок відображення електричних коливань від ізольованого її кінця, утворювалися також "стоячі хвилі", розподіл "вузлів" і "пучностей" яких вздовж дроту Г. знаходив за допомогою резонатора. Г. вивів з цих спостережень для швидкості поширення електричних коливань у дроті величину, що дорівнює 200 000 км в секунду. Але це визначення не вірне. По теорії Максвелла і в даному випадку швидкість повинна бути та ж, що і для повітря, тобто повинна дорівнювати швидкості світла в пов. (300 000 км в секунду). Досліди, зроблені за Г. іншими спостерігачами, підтвердили положення теорії Максвелла.

Маючи джерело електромагнітних хвиль, вібратор, і засоби виявлення таких хвиль, резонатор, Г. довів, що подібні хвилі, як і хвилі світлові, піддаються відбиттям і заломленням і що електричні збурення в цих хвилях перпендикулярні до напряму їх поширення, тобто виявив поляризаціюв електричних променях. З цією метою він помістив вібратор, що дає дуже швидкі електричні коливання (вібратор з двох коротких циліндрів), у фокальній лінії параболічного циліндричного дзеркала, приготовленого з цинку, у фокальній лінії іншого такого ж дзеркала помістив резонатор, як було описано вище, з двох прямих дротів . Направляючи електромагнітні хвилі від першого дзеркала на будь-який плоский металевий екран, Р. за допомогою іншого дзеркала міг визначити закони відображення електричних хвиль, а змушуючи проходити ці хвилі через велику призму, приготовлену з асфальту, визначив і заломлення їх. Закони відображення та заломлення вийшли ті ж, що і для світлових хвиль. За допомогою цих же дзеркал Г. довів, що електричні промені поляризовані,коли осі двох дзеркал, поставлених один проти одного, були паралельні при дії вібратора, спостерігалися іскри в резонаторі. Коли ж одне із дзеркал було повернуто біля напрямку променів на 90°, тобто осі дзеркал становили між собою прямий кут, кожен слід іскорок у резонаторі зникав.

Таким чином дослідами Г. доведено правильність становища Максвелла. Вібратор Р., подібно до світлового джерела, випромінює в навколишній простір енергію, за допомогою електромагнітних променів, що передається всьому тому, що в змозі поглинути її, перетворюючи цю енергію в іншу форму, доступну для наших органів чуття. Електромагнітні промені за якістю цілком подібні до променів тепла або світла. Їхня відмінність від останніх полягає лише в довжинах відповідних хвиль. Довжина світлових хвиль вимірюється в десятитисячних частках міліметра, довжина електромагнітних хвиль, що збуджуються вібраторами, виражається метрами.Знайдені Р. явища служили згодом предметом досліджень багатьох фізиків. Загалом висновки Р. цілком підтверджуються цими дослідженнями. Нині ми знаємо, крім того, що швидкість поширення електромагнітних хвиль, як це і слідує за теорією Максвелла, змінюється разом із змінами середовища, в якому подібні хвилі поширюються. Ця швидкість обернено пропорційна √K,де Дотак звана діелектрична стала даного середовища. Ми знаємо, що при поширенні електромагнітних хвиль уздовж провідників відбувається "загасання" електричних коливань, що при відображенні електричних променів їх "напруга" слідує законам, даним Френелем для променів світла і т.д.

Статті Р., що стосуються цього явища, зібрані разом, нині видані під назвою: H. Hertz, "Untersuchungen über die Ausbreitung der elektrischen Kraft" (Лпц., 1892).

І. Боргман.

- закладаються науково-дослідними установами з виробництва...
Сільськогосподарський словник-довідник
- досліди з рослинами в польових умовах у вегетаційних судинах без дна, вкопаних у ґрунт.
Словник ботанічних термінів
- випромінювач радіохвиль, запропонований ним. фізиком Г. Герцем, що довело існування ел.-магн. хвиль. Герц застосовував мідні стрижні з металу.
Фізична енциклопедія
- принцип найменшої кривизни, один з варіантів...
Фізична енциклопедія
- досліди, що проводяться за єдиною схемою та методикою одночасно у великій кількості пунктів з метою встановлення кількісних показників дії певного виду, дози, способу та часу внесення добрива або...
Словник ботанічних термінів
- Найпростіша антена у вигляді стрижня з металлич. кулями на кінцях і розривом посередині для підключення джерела електрич. коливань, напр, котушки Румкорфа чи навантаження.
- один з варіантів...
Природознавство. Енциклопедичний словник
- Військовий письменник, нар. 24 березня 1870 р., Ген. шт. полковн...
- Проф. Нікол...
Велика біографічна енциклопедія
- "ДОСВІТИ" - осн. соч. Монтеня...
Філософська енциклопедія
- місто у Глибокому районі Чернівецької обл. УСРР, на нар. Герцівці, за 35 км на Ю.-В. від м. Чернівці та за 8 км від ж.-д. станції Новоселиця. Швейно-галантерейна фабрика...
- диполь Герца, найпростіша антена, якою користувався Генріх Герц у дослідах, що підтвердили існування електромагнітних хвиль. Це був мідний стрижень із металевими кулями на кінцях, у розрив якого...
Велика Радянська Енциклопедія
- принцип найменшої кривизни, один з варіаційних принципів механіки, що встановлює, що за відсутності активних сил з усіх кінематично можливих, тобто траєкторій, що допускаються зв'язками,...
Велика Радянська Енциклопедія
- Досвід, що був експериментальним доказом дискретності внутрішньої енергії Атома. Поставлений у 1913 Дж. Франком та Г. Герцем. На рис. 1 наведена схема досвіду...
Велика Радянська Енциклопедія
- місто в Україні, Чернівецька обл., поблизу ж.-д. ст. Новоселиця. 2,4 тис. мешканців. Швейно-галантерейне виробниче об'єднання "Прут". Відомий з 1408... З книги Від іммігранта до винахідника автора Пупін Михайло
IX. Відкриття Герца Я повинен зізнатися, що, приїхавши вперше до Берліна, я привіз із собою старі упередження проти німців, які заважали мені певною мірою звикнути до нової обстановки. Тевтонізм у Празі, коли я навчався там, залишив незабутні враження в моєму

Деякі небезпечні досліди. Досліди роздвоєння. Екстаз третього та четвертого ступенів.
З книги Йога для заходу автора Кернейц С
Деякі небезпечні досліди. Досліди роздвоєння. Екстаз третього та четвертого ступенів. Усі нижченаведені досліди дуже небезпечні. Учень не повинен намагатися виробляти їх передчасно і особливо перш ніж він не прожене будь-який страх і навіть будь-яке побоювання в

МЕХАНІКА ГЕРЦЯ
З книги Механіка від античності до наших днів автора Григор'ян Ашот Тигранович
МЕХАНІКА ГЕРЦЯ У XVII ст. працями Галілея та Ньютона були закладені принципові основи класичної механіки. У XVIII та XIX ст. Ейлер, Даламбер, Лагранж, Гамільтон, Якобі, Остроградський, виходячи з цих основ, збудували чудову будівлю аналітичної механіки та розробили її

Глава 4 АВАНТЮРА ГЕРЦЯ І НІШТАДТСЬКИЙ СВІТ
Із книги Англія. Ні війни, ні миру автора Широкорад Олександр Борисович
8.6.6. Коротке життя Генріха Герца
З книги Всесвітня історія в обличчях автора Фортунатов Володимир Валентинович
8.6.6. Коротке життя Генріха Герца Німецький фізик Генріх Рудольф Герц (1857–1894) прожив лише тридцять шість років, але це прізвище знає кожен школяр, будь-хто, хто хоча б трохи знайомий з фізикою. У Берлінському університеті вчителями Генріха були відомі вчені Герман

Вібратор герца
З книги Велика енциклопедія техніки автора Колектив авторів
Вібратор Герца Вібратор Герца – це відкритий коливальний контур, що складається з двох розділених невеликим проміжком стрижнів. Стрижні підключаються до джерела високої напруги, що створює іскру в проміжку між ними. У вібраторі Герца порушуються

Глава 4. 1700 - 1749 Досвіди Гауксбі та Грея, електричні машини, «лейденська банка» Мушенбрека, досліди Франкліна
автора Кучин Володимир
Глава 4. 1700 р. - 1749 р. Досвіди Гауксбі та Грея, електричні машини, «лейденська банка» Мушенбрека, досліди Франкліна 1701 р. Галлей На рубежі 18-го століття англієць Едмунд Галлей зробив три плавання в Атлантичний океан, в першим став відзначати на карті місця

Глава 8. 1830 - 1839 Досвіди Фарадея, досліди Генрі, телеграф Шиллінга, телеграф Морзе, елемент Даніеля
З книги Популярна історія – від електрики до телебачення автора Кучин Володимир
Глава 8. 1830 р. - 1839 р. Досвіди Фарадея, досліди Генрі, телеграф Шиллінга, телеграф Морзе, елемент Даніеля 1831 р. Фарадей, Генрі У 1831 році фізик Майкл Фарадей завершив ряд вдалих експериментів, він виявив зв'язок між струмом і магнет перший макет
З книги Балістична теорія Ритца та картина світобудови автора Семіков Сергій Олександрович
§ 4.8 Досвід Франка-Герца Коли різниця потенціалів досягне 4,9 В, електрони при непружному зіткненні з атомами ртуті поблизу сітки віддадуть їм усю свою енергію… Аналогічні досліди були проведені з іншими атомами. Для всіх них були отримані характерні

Електромагнітні коливання, що виникають у коливальному контурі, за теорією Максвелла можуть поширюватися у просторі. У своїх роботах він показав, що ці хвилі поширюються зі швидкістю світла 300 000 км/с. Проте дуже багато вчених намагалися спростувати роботу Максвелла, одним із них був Генріх Герц. Він скептично ставився до робіт Максвелла і спробував провести експеримент із спростування поширення електромагнітного поля.

Електромагнітне поле, що розповсюджується в просторі, називається електромагнітною хвилею.

У електромагнітному полі магнітна індукція та напруженість електричного поля розташовуються взаємно перпендикулярно, і з теорії Максвелла випливало, що площина розташування магнітної індукції та напруженості знаходиться під кутом 90 0 напряму поширення електромагнітної хвилі (Рис. 1).

Мал. 1. Площини розташування магнітної індукції та напруженості ()

Ці висновки спробував оскаржити Генріх Герц. У своїх дослідах він спробував створити пристрій вивчення електромагнітної хвилі. Для того щоб отримати випромінювач електромагнітних хвиль, Генріх Герц побудував так званий вібратор Герца, зараз ми називаємо його антеною, що передає (Рис. 2).

Мал. 2. Вібратор Герца ()

Розглянемо, як Генріх Герц отримав свій випромінювач або антену, що передає.

Мал. 3.Закритий коливальний контур Герца ()

Маючи в наявності закритий коливальний контур (Мал. 3), Герц став розводити обкладки конденсатора в різні сторони і, зрештою, обкладки розташувалися під кутом 180 0 , при цьому вийшло, що якщо в цьому коливальному контурі відбувалися коливання, то вони обволікали цей відкритий коливальний контур з усіх боків. В результаті цього електричне поле, що змінюється, створювало змінне магнітне, а змінне магнітне створювало електричне і так далі. Цей процес і стали називати електромагнітною хвилею (рис. 4).

Мал. 4. Випромінювання електромагнітної хвилі ()

Якщо до відкритого коливального контуру підключити джерело напруги, то між мінусом і плюсом буде проскакувати іскра, що якраз і є заряд, що прискорено рухається. Навколо цього заряду, що рухається з прискоренням, утворюється змінне магнітне поле, яке створює змінне вихрове електричне поле, яке, своєю чергою, створює змінне магнітне, і так далі. Таким чином, за припущенням Генріха Герца відбуватиметься випромінювання електромагнітних хвиль. Метою експерименту Герца було спостерігати взаємодію та поширення електромагнітних хвиль.

Для прийняття електромагнітних хвиль Герц довелося зробити резонатор (Рис. 5).

Мал. 5. Резонатор Герца ()

Це коливальний контур, який був розрізаним замкнутим провідником, з двома кульками, і ці кульки розташовувалися відносно

один від одного на невеликій відстані. Між двома кульками резонатора проскакувала іскра майже в ту саму мить, коли проскакувала іскра в випромінювач (Рис. 6).

Малюнок 6. Випромінювання та прийом електромагнітної хвилі ()

В наявності було випромінювання електромагнітної хвилі і, відповідно, прийом цієї хвилі резонатором, який використовувався як приймач.

З цього досвіду випливало, що електромагнітні хвилі є, вони поширюються, відповідно, переносять енергію, можуть створювати електричний струм у замкнутому контурі, який знаходиться на великій відстані від випромінювача електромагнітної хвилі.

У дослідах Герца відстань між відкритим коливальним контуром та резонатором складала близько трьох метрів. Цього було достатньо, щоб з'ясувати, що електромагнітна хвиля може поширюватись у просторі. Надалі Герц проводив свої експерименти і з'ясував, як поширюється електромагнітна хвиля, деякі матеріали можуть перешкоджати поширенню, наприклад матеріали, які проводять електричний струм, не давали проходити електромагнітної хвилі. Матеріали, які проводять електричний струм, давали електромагнітної хвилі пройти.

Досліди Генріха Герца показали можливість передачі та прийому електромагнітних хвиль. Надалі багато вчених почали працювати у цьому напрямі. Найбільших успіхів досяг російський учений Олександр Попов, саме йому вдалося першому у світі здійснити передачу інформації на відстані. Це те, що ми зараз називаємо радіо, у перекладі російською мовою «радіо» означає «випромінювати», за допомогою електромагнітних хвиль бездротова передача інформації була здійснена 7 травня 1895 року. В університеті Санкт-Петербурга був поставлений прилад Попова, який і прийняв першу радіограму, вона складалася лише з двох слів: Генріх Герц.

Справа в тому, що до цього часу телеграф (провідниковий зв'язок) і телефон вже існували, існувала й абетка Морзе, за допомогою якої співробітник Попова передавав точки та тире, які на дошці перед комісією записувалися та розшифровувалися. Радіо Попова, звичайно, не схоже на сучасні приймачі, якими користуємося (Рис. 7).

Мал. 7. Радіоприймач Попова ()

Перші дослідження з прийому електромагнітних хвиль Попов проводив не з випромінювачами електромагнітних хвиль, а з грозою, приймаючи сигнали блискавок, і свій приймач назвав грозовідмітник (Рис. 8).

Мал. 8. Грозовідмітник Попова ()

До заслуг Попова належить можливість створення приймальної антени, саме він показав необхідність створення спеціальної довгої антени, яка б приймати досить багато енергії від електромагнітної хвилі, щоб у цій антені індукувався електричний змінний струм.

Розглянемо, з яких же частин складався приймач Попова. Основною частиною приймача був когерер (скляна трубка, заповнена металевою тирсою (Рис. 9)).

Такий стан залізної тирси має великий електричний опір, в такому стані когерер електричного струму не пропускав, але, варто було проскочити невеликій іскорці через когерер (для цього там знаходилися два контакти, які були розділені), і тирса спікалася і опір когерера зменшувався в сотні разів.

Наступна частина приймача Попова – електричний дзвінок (Рис. 10).

Мал. 10. Електричний дзвінок у приймачі Попова ()

Саме електричний дзвінок сповіщав про прийом електромагнітної хвилі. Крім електричного дзвінка у приймачі Попова було джерело постійного струму – батарея (Рис. 7), яка забезпечувала роботу всього приймача. І, звичайно, приймальна антена, яку Попов піднімав на повітряних кулях (Рис. 11).

Мал. 11. Приймальна антена ()

Робота приймача полягала в наступному: батарея створювала електричний струм у ланцюзі, до якого було включено когерер та дзвінок. Електричний дзвінок було дзвеніти, оскільки когерер володів великим електричним опором, струм не проходив, і потрібно було підібрати потрібне опір. Коли на приймальну антену потрапляла електромагнітна хвиля, в ній індукувався електричний струм, електричний струм від антени та джерела живлення разом був досить великим - у цей момент проскакувала іскра, тирса когерера спікалася, і по приладу проходив електричний струм. Дзвінок починав дзвеніти (Рис. 12).

Мал. 12. Принцип роботи приймача Попова ()

У приймачі Попова окрім дзвінка був ударний механізм, виконаний таким чином, що ударяв одночасно по дзвіночку та когереру, тим самим струшуючи когерер. Коли електромагнітна хвиля приходила, дзвінок дзвенів, когерер струшувався - тирса розсипалася, і в цей момент знову опір збільшувався, електричний струм переставав протікати по когереру. Дзвінок переставав дзвеніти до наступного прийому електромагнітної хвилі. У такий спосіб і працював приймач Попова.

Попов вказував на таке: приймач може працювати досить добре і на великих відстанях, але для цього необхідно створити дуже добрий випромінювач електромагнітних хвиль – у цьому була проблема того часу.

Перша передача приладом Попова відбулася на відстані 25 метрів, і буквально за кілька років відстань вже становила понад 50 кілометрів. Сьогодні за допомогою радіохвиль ми можемо передавати інформацію по всій земній кулі.

Не тільки Попов працював у цій галузі, італійський вчений Марконі зумів впровадити свій винахід у виробництво практично у всьому світі. Тому перші радіоприймачі прийшли до нас із-за кордону. Принципи сучасного радіозв'язку ми розглянемо наступні заняття.

Список літератури

Тихомирова С.А., Яворський Б.М. Фізика (базовий рівень) – М.: Мнемозіна, 2012.
Генденштейн Л.Е., Дік Ю.І. Фізика 10 клас. – К.: Мнемозіна, 2014.
Кікоїн І.К., Кікоїн А.К. Фізика-9. - М: Просвітництво, 1990.

Домашнє завдання

Які висновки Максвелла спробував оскаржити Генріх Герц?
Дайте визначення електромагнітної хвилі.
Назвіть принцип роботи приймача Попова.

Інтернет-портал Mirit.ru().
Інтернет-портал Ido.tsu.ru().
Інтернет-портал Reftrend.ru().

Електромагнітне поле, що розповсюджується в просторі, називається електромагнітною хвилею.

Мал. 1. Площини розташування магнітної індукції та напруженості ()

Мал. 2. Вібратор Герца ()

Розглянемо, як Генріх Герц отримав свій випромінювач або антену, що передає.

Мал. 3.Закритий коливальний контур Герца ()

Мал. 4. Випромінювання електромагнітної хвилі ()

Для прийняття електромагнітних хвиль Герц довелося зробити резонатор (Рис. 5).

Мал. 5. Резонатор Герца ()

Малюнок 6. Випромінювання та прийом електромагнітної хвилі ()

Мал. 7. Радіоприймач Попова ()

Мал. 8. Грозовідмітник Попова ()

Наступна частина приймача Попова – електричний дзвінок (Рис. 10).

Мал. 10. Електричний дзвінок у приймачі Попова ()

Мал. 11. Приймальна антена ()

Мал. 12. Принцип роботи приймача Попова ()

Список літератури

Тихомирова С.А., Яворський Б.М. Фізика (базовий рівень) – М.: Мнемозіна, 2012.
Генденштейн Л.Е., Дік Ю.І. Фізика 10 клас. – К.: Мнемозіна, 2014.
Кікоїн І.К., Кікоїн А.К. Фізика-9. - М: Просвітництво, 1990.

Домашнє завдання

Які висновки Максвелла спробував оскаржити Генріх Герц?
Дайте визначення електромагнітної хвилі.
Назвіть принцип роботи приймача Попова.

Інтернет-портал Mirit.ru().
Інтернет-портал Ido.tsu.ru().
Інтернет-портал Reftrend.ru().

У 1888 році Герц експериментально виявив електромагнітні хвилі та досліджував їх властивості.

Фактично Герцу необхідно було вирішити дві експериментальні проблеми.

1. Як отримати електромагнітну хвилю?

2. Як виявити електромагнітну хвилю?

Щоб отримати ЕМВ, необхідно в будь-якій області простору створити електричне або магнітне поле, що змінюється. Поля, що змінюються, існують в коливальному контурі. Проблема полягає в тому, що ці поля локалізовані в дуже малій, обмеженій ділянці простору: електричне поле між обкладками конденсатора, магнітне – усередині котушки.

Можна збільшити область, яку займають поля, розсуваючи обкладки конденсатора і зменшуючи кількість витків котушки.

У межі контур, що складається з конденсатора і котушки, перетворюється на відрізок дроту, який називається відкритим коливальним контуром або вібратором Герца. Магнітні лінії охоплюють вібратор, силові лінії електричного поля починаються та закінчуються на самому вібраторі.

У разі збільшення відстані між обкладками конденсатора його електроємність C зменшується. Зменшення числа витків котушки призводить до зменшення її індуктивності L. Зміна параметрів контуру відповідно до формули Томсона призводить до зменшення періоду та збільшення частоти коливань у контурі. Період коливань у контурі зменшується настільки, що стає порівнянним з часом поширення електромагнітного поля вздовж дроту. Це означає, що процес перебігу струму у відкритому коливальному контурі перестає бути квазістаціонарним: сила струму в різних ділянках вібратора вже не буде однаковою.

Процеси, що відбуваються у відкритому коливальному контурі, еквівалентні коливанням закріпленої струни, в якій, як відомо, встановлюється стояча хвиля. Аналогічні стоячі хвилі встановлюються для заряду та струму у відкритому коливальному контурі.

Зрозуміло, що на торцях вібратора струм завжди дорівнює нулю. Уздовж контуру змінюється струм, його амплітуда максимальна посередині (там, де раніше була котушка).

Коли струм у контурі максимальний, щільність заряду вздовж вібратора дорівнює нулю. На малюнку показано розподіл струму та заряду вздовж вібратора. Електричне поле довкола вібратора в цей момент відсутнє, магнітне поле максимально.

Через чверть періоду струм стає рівним нулю, магнітне поле навколо вібратора теж "зникає". Максимальна щільність заряду спостерігається поблизу кінців вібратора, розподіл заряду показано малюнку. Електричне поле поблизу вібратора зараз максимально.

Магнітне поле, що змінюється навколо вібратора породжує вихрове електричне поле, а магнітне поле, що змінюється, породжує магнітне поле. Вібратор стає джерелом електромагнітної хвилі. Хвиля біжить у напрямку, перпендикулярному вібратору, коливання вектора напруженості електричного поля хвилі відбуваються паралельно вібратору. Вектор індукції магнітного поля коливається в площині перпендикулярної вібратору.

Вібратор, який Герц використовував у дослідах, був прямий провідник, розрізаний навпіл. Половинки вібратора поділяв невеликий повітряний проміжок. Через дросельні котушки половинки вібратора підключалися до джерела високої напруги. Дросельні котушки забезпечували повільний процес зарядки половинок вібратора. У міру накопичення заряду зростало електричне поле у зазорі. Щойно величина цього поля досягала пробійного значення, між половинками вібратора проскакувала іскра. Поки іскра замикала повітряний проміжок, у вібраторі відбувалися високочастотні коливання, він випромінював електромагнітну хвилю.

Довжина хвилі, що випромінюється вібратором, залежить від його розмірів. Скористаємося тим фактом, що у вібраторі встановлюється стояча хвиля струму. Вузли цієї стоячої хвилі розташовуються на кінцях вібратора (тут немає струму), пучність стоячої хвилі посередині - тут струм максимальний. Відстань між вузлами стоячої хвилі дорівнює половині довжини хвилі, отже,

де L- Довжина вібратора.

Для виявлення електромагнітної хвилі можна скористатися тим, що електричне поле діє на заряди. Під впливом електричної складової ЭМВ вільні заряди у провіднику повинні прийти у спрямоване рух, тобто. має з'явитися струм.

У своїх дослідах Герц використовував приймальний вібратор такого самого розміру, як і передавальний. Тим самим було забезпечувалося рівність власних частот коливань вібраторів, необхідне отримання резонансу в приймальному вібраторі. Для успішного прийому хвилі приймальний вібратор слід розташувати паралельно вектору напруженості електричного поля , щоб під дією електричної сили електрони в провіднику могли прийти в спрямований рух. Високочастотний струм приймаючого провідника виявлявся по світінню маленької газорозрядної трубки, включеної між половинками приймального вібратора.

Можна «зловити» хвилю приймальним контуром, розташовуючи його в одній площині у вібратором, що випромінює. При такому розташуванні контуру вектор магнітної індукції перпендикулярний контуру, а пронизливий контур магнітний потік максимальний. При зміні магнітного потоку в контурі виникне індукційний струм, індикатором якого знову служить невелика газорозрядна трубка.

Герц як виявив електромагнітну хвилю, а й поспостерігав її властивості: відбиток, заломлення, інтерференцію, дифракцію.

Тест «Електромагнітні хвилі»

1. Що таке електромагнітна хвиля?

А. процес поширення електричних коливань у пружному середовищі

Б. процес поширення змінного електричного поля

В. процес поширення мінливих електричного та магнітного полів у просторі

Г. процес поширення електричних коливань у вакуумі

2. Що коливається в електромагнітній хвилі?

А. електрони

Б. будь-які заряджені частинки

В. електричне поле

Г. електричне та магнітне поля

3. Якого виду хвиль належить електромагнітна хвиля?

А. до поперечних

Б. до поздовжнім

В. ЕМВ може бути як поперечною, так і поздовжньою – залежно від середовища, в якому вона поширюється

Г. ЕМВ може бути як поперечною, так і поздовжньою – залежно від способу її випромінювання

4. Як розташовуються щодо один одного вектори напруженості електричного поля та індукції магнітного поля у хвилі?

5. Де правильно показано взаємне розташування векторів швидкості, напруженості електричного поля та індукції магнітного поля у хвилі?

6. Що можна сказати про фази коливань векторів напруженості електричного поля та індукції магнітного поля у хвилі?

А. вектор і коливаються в одній фазі

Б. вектора і коливаються у протифазі

В. коливання вектора відстають по фазі від коливань вектора

Г. коливання вектора відстають по фазі від коливань вектора

7. Вкажіть зв'язок між миттєвими значеннями векторів напруженості електричного поля та індукції магнітного поля у хвилі.

А.

Ст.

8. Вкажіть вираз для розрахунку швидкості електромагнітної хвилі у вакуумі.

А. Б. В. Г.

9. Відношення швидкості поширення електромагнітних хвиль у середовищі до швидкості електромагнітних хвиль у вакуумі.

А. > 1 Б.< 1 В. = 1

Р. в одних середовищах > 1, в інших середовищах< 1.

10. Серед радіохвиль довгого, короткого та ультракороткого діапазону найбільшу швидкість поширення у вакуумі мають хвилі.

А. довгого діапазону

Б. короткого діапазону

В. ультракороткого діапазону

Р. швидкості поширення хвиль всіх діапазонів однакові

11. Електромагнітна хвиля переносить…

А. Речовина

Б. Енергію

В. Імпульс

Г. Енергію та імпульс

12. У якому разі відбувається випромінювання електромагнітної хвилі?

А. електрон рухається рівномірно та прямолінійно

Б. по спіралі лампи розжарювання тече змінний струм

Ст по спіралі лампи кишенькового ліхтарика тече постійний струм

Г. заряджена сфера плаває в олії

13. Заряд, що коливається, випромінює електромагнітну хвилю. Як зміниться амплітуда коливань вектора напруженості електричного поля, якщо при незмінній частоті амплітуда коливань заряду збільшиться у 2 рази?

А. збільшиться у 2 рази

Б. збільшиться у 4 рази

Р. зменшиться у 2 рази

Д. не зміниться

14. Заряд, що коливається, випромінює електромагнітну хвилю. Як зміниться амплітуда коливань вектора напруженості електричного поля, якщо при незмінній амплітуді частота коливань заряду збільшиться у 2 рази?

А. не зміниться

Б. збільшиться у 2 рази

Ст збільшиться в 4 рази

Р. збільшиться у 8 разів

15. Заряд, що коливається, випромінює електромагнітну хвилю. Як зміниться інтенсивність хвилі, що випромінюється, якщо при незмінній амплітуді частота коливань заряду збільшиться в 2 рази?

А. не зміниться

Б. збільшиться у 2 рази

Ст збільшиться в 4 рази

Р. збільшиться у 8 разів

16. У якому напрямку інтенсивність електромагнітної хвилі, що випромінюється вібратором Герца, максимальна?

А. інтенсивність хвилі однакова в усіх напрямках

Б. вздовж осі вібратора

Ст у напрямках вздовж серединних перпендикулярів до вібратора

Р. відповідь залежить від геометричних розмірів вібратора

17. Довжина хвилі, де судна передають сигнал лиха SOS, дорівнює 600 м. На якій частоті передаються такі сигнали?

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

18. Якщо дзеркальну поверхню, на яку падає електромагнітна хвиля, замінити абсолютно чорну, то тиск, що виробляється хвилею на поверхню, …

А. збільшиться у 2 рази

Б. зменшиться у 2 рази

Ст зменшиться в 4 рази

Г. не зміниться

19. Працюючи радіолокатора – приладу, службовця визначення відстані до об'єкта, - використовується явище…

Сподобалася сторінка? Лайкні для друзів:

Електромагнітне поле, що розповсюджується в просторі, називається електромагнітною хвилею.

Мал. 1. Площини розташування магнітної індукції та напруженості ()

Мал. 2. Вібратор Герца ()

Розглянемо, як Генріх Герц отримав свій випромінювач або антену, що передає.

Мал. 3.Закритий коливальний контур Герца ()

Мал. 4. Випромінювання електромагнітної хвилі ()

Для прийняття електромагнітних хвиль Герц довелося зробити резонатор (Рис. 5).

Мал. 5. Резонатор Герца ()

Малюнок 6. Випромінювання та прийом електромагнітної хвилі ()

Мал. 7. Радіоприймач Попова ()

Мал. 8. Грозовідмітник Попова ()

Наступна частина приймача Попова – електричний дзвінок (Рис. 10).

Мал. 10. Електричний дзвінок у приймачі Попова ()

Мал. 11. Приймальна антена ()

Мал. 12. Принцип роботи приймача Попова ()

Список літератури

Тихомирова С.А., Яворський Б.М. Фізика (базовий рівень) – М.: Мнемозіна, 2012.
Генденштейн Л.Е., Дік Ю.І. Фізика 10 клас. – К.: Мнемозіна, 2014.
Кікоїн І.К., Кікоїн А.К. Фізика-9. - М: Просвітництво, 1990.

Домашнє завдання

Які висновки Максвелла спробував оскаржити Генріх Герц?
Дайте визначення електромагнітної хвилі.
Назвіть принцип роботи приймача Попова.

Інтернет-портал Mirit.ru().
Інтернет-портал Ido.tsu.ru().
Інтернет-портал Reftrend.ru().

Досвід генріха герца. Знамениті досліди Герца

Деякі небезпечні досліди. Досліди роздвоєння. Екстаз третього та четвертого ступенів.

МЕХАНІКА ГЕРЦЯ

Глава 4 АВАНТЮРА ГЕРЦЯ І НІШТАДТСЬКИЙ СВІТ

8.6.6. Коротке життя Генріха Герца

Вібратор герца

Глава 4. 1700 - 1749 Досвіди Гауксбі та Грея, електричні машини, «лейденська банка» Мушенбрека, досліди Франкліна

Глава 8. 1830 - 1839 Досвіди Фарадея, досліди Генрі, телеграф Шиллінга, телеграф Морзе, елемент Даніеля