Електромагнітних хвиль - студопедія
Існування електромагнітних вола - змінного електромагнітного поля, що поширюється в просторі з кінцевою швидкістю, - випливає з рівнянь Максвелла (див. § 139). Рівняння Максвелла сформульовані в 1865 р на основі узагальнення емпіричних законів електричних і магнітних явищ. Як уже зазначалося, вирішальну роль для затвердження максвеллівською теорії зіграли досліди Герца (1888), які довели, що електричні та магнітні поля дійсно поширюються у вигляді хвиль, поведінка яких повністю описується рівняннями Максвелла.
Джерелом електромагнітних хвиль в дійсності може бути будь-який електричний коливальний контур або провідник, по якому тече змінний електричний струм, так як для збудження електромагнітних хвиль необхідно створити в просторі змінне електричне поле (струм зміщення) або відповідно змінне магнітне поле. Однак випромінює здатність джерела визначається його формою, розмірами і частотою коливань. Щоб випромінювання відігравало помітну роль, необхідно збільшити обсяг простору, в якому змінне електромагнітне поле створюється. Тому для отримання електромагнітних хвиль непридатні закриті коливальні контури, так як в них електричне поле зосереджено між обкладками конденсатора, а магнітне - усередині котушки індуктивності.
Герц в своїх дослідах, зменшуючи число витків котушки і площу пластин конденсатора, а також розсовуючи їх (рис. 225, а, 6), здійснив перехід від закритого коливального контуру до відкритого коливального контуру (вібратора Герца), який представляє собою два стрижня, розділених іскровим проміжком (рис. 225, в).
Якщо в закритому коливальному контурі змінне електричне поле зосереджено всередині конденсатора (рис. 225, а), то у відкритому воно заповнює навколишній контур простір (рис. 255, в), що істотно підвищує інтенсивність електромагнітного випромінювання. Коливання в такій системі підтримуються за рахунок джерела е.р.с. підключеного до обкладкам конденсатора, а іскровий проміжок застосовується для того, щоб збільшити різницю потенціалів, до якої спочатку заряджаються обкладки.
Для збудження електромагнітних хвиль вібратор Герца В підключався до індуктора І (рис. 226).
Коли напруга на искровом проміжку досягало пробивного значення, виникала іскра, закорачивается обидві половини вібратора, і в ньому виникали вільні затухаючі коливання. При зникненні іскри контур розмикався і коливання припинялися. Потім індуктор знову заряджав конденсатор, виникала іскра й у контурі знову спостерігалися коливання і т. Д. Для реєстрації електромагнітних хвиль Герц користувався другим вібратором, званим резонатором Р, які мають таку ж частоту власних коливань, що і випромінює вібратор, т. Е. Налаштованим в резонанс з вібратором. Коли електромагнітні хвилі досягали резонатора, то в його зазорі проскакувала електрична іскра.
За допомогою описаного вібратора Герц експериментував з електромагнітними хвилями, довжина хвилі яких становила приблизно 3 м. П. Н. Лебедєв, застосовуючи мініатюрний вібратор з тонких платинових стерженьков, отримав міліметрові електромагнітні хвилі з А = 6 - 4 мм. Подальший розвиток методики експерименту в цьому напрямку дозволило в 1923 р українському фізику А. А. Глаголєвої-Аркадьєву (1884-1945) сконструювати масовий випромінювач, в якому короткі електромагнітні хвилі, порушувані коливаннями електричних зарядів в атомах і молекулах, генерувалися за допомогою іскор, проскакує між металевими тирсою, зваженими в маслі, Так були отримані хвилі з l від 50 мм до 80 мкм. Тим самим було доведено існування хвиль, що перекривають інтервал між радіохвилями та інфрачервоним випромінюванням.
Недоліком вібраторів Герца і Лебедєва і масового випромінювача Глаголєвої-Аркадьєву було те, що вільні коливання в них швидко згасали і володіли малою потужністю. Для отримання незатухаючих коливань необхідно створити автоколивальні систему (див. § 146), яка забезпечувала б подачу енергії з частотою, рівній частоті власних коливань контуру. Тому в 20-х роках нашого століття перейшли до генерування електромагнітних хвиль за допомогою електронних ламп. Лампові генератори дозволяють отримувати коливання заданої (практично будь-який) потужності і синусоїдальної форми.
Електромагнітні хвилі, володіючи широким діапазоном частот (або довжин хвиль l = c / v, де з - швидкість електромагнітних хвиль у вакуумі), відрізняються один від одного по способам їх генерації і реєстрації, а також за своїми властивостями. Тому електромагнітні хвилі поділяються на кілька видів: радіохвилі, світлові хвилі, рентгенівське і g-випромінювання (табл.5). Слід зазначити, що межі між різними видами електромагнітних хвиль досить умовні.
Частота хвилі, Гц