Открытый колебательный контур.

Источником гармонических электромагнитных волн является открытый колебательный контур. Излучение рассмотренного выше закрытого колебательного контура мало, так как он излучает в окружающее пространство ничтожную часть энергии (рис. 1).

Рис. 1

Это объясняется тем, что этот контур представляет собой почти замкнутую электрическую цепь. В этой цепи сила тока в данный момент времени одинакова во всех ее участках. Такой контур очень слабо излучает электромагнитные волны. Каждому участку витка катушки контура соответствует близко расположенный участок на противоположном конце диаметра витка, по которому ток проходит в противоположном направлении (рис. 2). На большом расстоянии от витка эти участки создают магнитные поля, индукции которых почти равны по модулю и направлены в противоположные стороны. В результате вдали от контура поля ослабляют друг друга, так что магнитное поле оказывается сосредоточенным лишь внутри катушки.

Рис. 2

Так же обстоит дело с электрическими полями зарядов на обкладках конденсатора. Заряды равны по модулю и противоположны по знаку. Почти все электрическое поле сосредоточено между пластинами, а вдали от них поля зарядов противоположных знаков почти целиком компенсируют друг друга.

Таким образом, большая частота колебаний в колебательном контуре еще не гарантирует интенсивное излучение электромагнитных волн, хотя энергия излучения

Необходимо перейти от закрытого колебательного контура к открытому. Если контур состоит из катушки и двух пластин, не параллельных друг другу (рис. 3), то чем под большим углом развернуты эти пластины, тем более свободно электромагнитные волны излучаются в окружающее пространство.

Рис. 3

Предельным случаем является разнесение пластин на противоположные стороны катушки. При таком преобразовании контура будет изменяться частота электромагнитных волн. Как известно,

ν = 1/2π (70)

где С = ƐƐ₀S/d.Если раздвигать пластины конденсатора, то его емкость при этом будет уменьшаться, так как увеличивается d. Можно уменьшить и индуктивность катушки, если заменить ее прямым проводом (рис. 3, а, б, в).

Частота колебаний в контуре возрастает. Таким образом, мы получили — антенну. В антенне заряды уже не сосредоточены на концах, а распределены по всему проводнику. Ток в данный момент времени во всех сечениях проводника направлен в одну и ту же сторону, но сила тока не одинакова в различных сечениях проводника. На концах она равна нулю, а посередине достигает максимума. (Напомним, что в обычных цепях переменного тока сила тока во всех сечениях в данный момент времени одинакова.)

Впервые электромагнитные волны экспериментально получил, передал на расстояние (правда, в пределах стола) и принял Генрих Герц. В качестве колебательных контуров он использовал так называемые диполи Герца (вибраторы Герца): два стержня с шариками, между которыми оставлен определенный зазор. К шарикам от индукционной катушки подводили достаточно высокое напряжение, и между ними проскакивала искра — высокочастотный разряд (переменный ток). Следовательно, в пространстве возникало быстропеременное электромагнитное поле, распространялась электромагнитная волна, интенсивность которой была наибольшей в направлении, перпендикулярном вектору напряженности .

Введено понятие вибратора Герца, приведена рабочая схема вибратора Герца, рассмотрен переход от замкнутого контура к электрическому диполю

Посредством вибратора, резонатора и отражательных металлических экранов Герц доказал существование предсказанных Максвеллом электромагнитных волн, распространяющихся в свободном пространстве. Он доказал их тождественность световым волнам (сходство явлений отражения, преломления, интерференции и поляризации) и сумел измерить их длину.

Приемник электромагнитных волн Г. Герц сделал аналогичным образом, только расстояние между шариками было уменьшено. Герц наблюдал электромагнитные колебания в приемном вибраторе по искоркам, проскакивающим между проводниками приемного вибратора.

Г. Герц не только получил электромагнитные волны, но и обнаружил, что они ведут себя подобно другим видам волн. Он наблюдал отражение электромагнитных волн от металлического листа, установил, что они распространяются прямолинейно в однородной среде, испытывают преломление на границе прозрачных сред, наблюдал интерференцию и на основании экспериментальных данных определил длину электромагнитной волны В опытах Герца λ = 66 см. А при известной частоте можно вычислить скорость распространения электромагнитных волн Он рассчитал, что , т.е. она равна скорости света в вакууме.

Дата добавления: 2015-09-03