Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 28

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 28)

Именно по этим причинам вибратор (и вообще открытые цепи — антенны) излучает электромагнитные волны гораздо лучше, чем колебательный контур. Отсюда ясно, почему любой современный радиопередатчик обязательно содержит, кроме генератора незатухающих электрических колебаний, еще и ту илн иную незамкнутую проволочную цепь — а и т е н н у. Антенна и является самим излучателем волн, играя такую же роль, как резонансный ящик для камертона или дека музыкального инструмента для струны. В зависимости от назначения передатчика различны схемы генераторов, их мощности, длина волны, устройство антенны и т. п., но существо дела не меняется: во всяком передатчике имеется генератор незатухающих колебаний, связанный с открытой излучающей цепью — антенной (Я 60, 61).

Излучвемав антенной энергии пропорпнональна мощности электрических колебаний в ней, т. е. квадрату амплитуды этих колебаний. Рис. Н9, Схема радиопередатчика: антенна / иидуктивно связана через «удлинительнум» катушку ус колебательным контуром 8 генератора. Нижний копен аи. тенин заземлен с Естественно поэтому увеличивать амплитуду колебаний в антенне, вес. пользовавшись дли этого настройкой антенны в резонанс на чвстоту генераторгь В случае простого вибрвтора дли этого достаточно сделать его длину равной половине длины волны, соответствующей частоте генератора. Но этот способ пригоден, очевидно, лишь до тех пор, пока речь идет о ие слишком длинных волнах. )(ля волн' в десятки метров и бочее приходится идти нз то, что антенна короче полуволны, а настройку антенны в резонанс осуществлять включением в антенну дополнительной катушки нндуктнвности.

Одновременно зта катушка может быть нспользована для связи антенны с генератором (рнс. ! )9). Заземление нижнего конца антенны также равносильно ее уллнненню (примерна вдвое). Позтому заземление антенн широко применяется для волн более длинных, чем метровые. А Рис. )2!. )Твойная синфазная антенна сильно излучает по направлениям ОА н ОВ и не излу. чает по направлениям ОС н ОО Рис.

)20. Излучение простой вертикальной знтенаы во все стороны одинаково Придавая антеннам различную форму, можно получать от них наорзвленное излучение. Так, например, простая вертикальная антенна излучает по всем горизонтальным направлениям одинаково (рнс, )20), Антенна же, состоящая нз двух вертикальных проводов, колебания в которых совершаются в одинаковой фазе, з расстояние между которыми равно полуволне, вследствие интерференции сильно излучает в неправ.

лениях, перпендикулярных к плоскости проводов (рис. )2!), и практн. чески не излучает в нх плоскости 146 $57. Опыты Герца по получению и исследованию электромагнитных волн. Опыты Лебедева. Теория Максвелла не только предсказала существование электромагнитных волн, но и указалз условия, необходимые для успеха опытов: достаточно высокая частота электрических колебаний и о т к р ы т а я ф о р м а ц еп и. Герц, предпринимая в 1888 г.

свои известные опыты, постарался выполнить эти условия: он заменил колебательный контур прямолинейным вибратором. Для возбуждения электрических колебаний в то время был известен только один способ — и с к р о в о й р а зр я д. На рис. 122 изображена схема соответствующего устройства (вибратор Герца). Вибратор 1 имеет посередине разрыв 2 — искровой промежуток, к концам которого подводится напряжение от повышающего трансформатора. Указанная схема вполне аналогична схеме на рис.

51, рассмотренной в $28, только вместо замкнутого контура с Рис. !22. Схема вибратора Герца Рис. !23. Приемные вибратор и виток даи опытов Герца Для обнаружения волн Герц использовал второй вибратор с гораздо меньшей длиной искрового промежутка (доли миллиметра вместо 7,5 мм в излучающем вибраторе). Кроме такого п р и е м н о г о вибратора, применялся н п р и е и н ы й виток, согнутый из проволони в виде прямоугольника и тоже прерванный очень малым искровым промежутком (рис. 123). Под действием электромагнитной волны в этих приемниках возникают вынужденные колебания. Если приемники (вибратор или виток) настроены в резонанс на частоту излучателя, то при определенных условиях, которые мы рассмотрим дальше (2 59), в их искровых промежутках проснанивают очень маленькие и слабые искорки.

Наблюдая появление или отсутствие таких искорок при различных условиях излучения и распространения волн, а также при различных расположениях прием- нинов, можно было судить о свойствах наблюдаемых волн. О трудности этих опытов говорит, например, то, что искорки в приемниках большей частью можно было видеть только в темноте и неутомленным глазом. В своих опытах Герц осуществил получение электро.

магнитных волн н сумел воспроизвести с этими волнами все явления, типичные для любых волн; образование «тени» позади хорошо отражающих (металлических) предметов, отражение от металлических листов, преломление в боль- 147 конденсатором и катушкой здесь применена открытая цепь, обеспечивающая хорошее излучение. Возбуждение же колебаний в этой цепи происходит совершенно так же, как описано в $ 28, так что в вибраторе вознинают регулярно повторяющиеся вспышки высокочастотных затухающих колебаний (рис.

52). Период этих колебаний и, следовательно, длина излучаемых электромагнитных волн задаются размерами вибратора (2 56). шой призме, сделанной из асфальта, образование стоячей волны в результате интерференции волны, падающей отвесно на металлический лист, со встречной волной, отраженной этим листом. Было исследовано также направление векторов Е и В электрического и магнитного полей в электромагнитных волнах; оказалось, что электромагнитные волны имеют такие же свойства, какие были известны у световых волн (поляризация, р 59). Таким образом, опыты Герца подвели прочную основу под теорию Максвелла; электромагнитные волны, предсказанные максвелловской теорией (р 55), оказались реализованными на опыте. Выдающегося успеха в исследовании электромагнитных волн достиг русский физик Петр Николаевич Лебедев (1866 — 1912). В 1895 г.

он получил с помощью вибраторов миллиметровых размеров волны длиной 6 мм, которые, как сам он писал, «...были ближе к более длинным волнам теплового спектра *), чем к электрическим волнам, которыми вначале пользовался Герц...». С такими волнами Лебедев получил все «оптические» явления — интерференцию, поляризацию, отражение, преломление и даже двойное преломление в призме, вырезанной из кристаллической серы.

Вся аппаратура, собственноручно сделанная Лебедевым для этих опытов, в особенности приемный вибратор, состоящий из двух кусочков проволоки длиной 3 мм с микроскопическим термоэлементом, впаянным между ними, представляет собой замечательный образец экспериментального искусства. Некоторые оригинальные приборы Лебедева изображены на рис. 124. 9 58.

Электромагнитная теория света, Шкала электромагнитных волн. Теория электромагнитных волн позволила объяснить с единой точки зрения множество разнообразных электромагнитяых явлений. Но из этой теории вытекал еще один вывод огромной важности, Пользуясь данными, полученными из измерения чисто электрических величин (сил взаимодействия между токами и между зарядами), Максвелл смог вычислить скорость, с которой должны распространяться электромагнитные волны, Результат оказался поразительным: скорость получилась равной 300 000 кмис, т.

е. совпала с измеренной оптическими способами скоростью света. Максвелл выдвинул тогда смелое предложение, что свет по природе своей *) То есть и инфракрасным, ААЗ есть электромагнитное явление, что световые волны — это лишь разновидность электромагнитных волн, а именно, волны с очень высокими частотами, порядка ! Оы герц. Опыты Герца, доказавшие сушествование электромагнитных волн и позволившие подтвердить заключение Максвелла о том, что эти волны распространяются с такой же Рис !24. Приборы Лебедева для опытов с электромагнитными вол- нами длиной 6 мм скоростью, как и свет, послужили сильным доводом в пользу электромагнитной теории света. Множество других явлений, как из числа известных ранее, так и открытых впоследствии, показало настолько тесную связь между оптическими и электромагнитными явлениями, что электромагнитная природа света превратилась из предположения в твердо установленный факт.

Характеристики

Список файлов книги