Учебник - Электричество - Калашников С.Г. (1238776), страница 120
Текст из файла (страница 120)
Чтобы быстропеременные токи не ухо- нзлУ"и(ии(ий ~Р"ии"ый дили из вибратора в источник напряжения, между вибратором и источником были включены В дросссли Д. Д Для обнаружения электромагнитных волн Герц применял вибраторы различной формы. Наиболее простым является т прямой открытый вибратор, тождественный по форме и равд мерам с излуча4ощим вибратором (рис.
417). Под действием переменного электрического поля проходящей электромагнитной волны электроны внутри ( с 1 1 7 ( 1 и ь ( т 1 1 и и а в н б Р а о Р а н а ч и н а ю с о в е Р ш а т ь вынужденные колебания, отчего в вибраторе появляется быстроперемснный ток, а между обеими половинами вибратора — переменное напряжение Если длина приемного вибратора равна длине излучающего, то собственные частоты обоих диполей совпадают и электрические колебания в приемном диполе усиливаются вследствие резонанса Появление переменного напряжения Герц обнаруживал по возникновению электрической искорки в микроскопическом зазоре в середине вибратора или по свечению миниатюрной газоразрядной трубки Т, включенной между обеими половинами вибратора В настоящее время для генериро- Г вания электромагнитных волн пользуются почти исключительно ламповыми К генераторами, которые позволяют по- В лучать электрические колебания практически любой мощности и притом правильной синусоидальной формы.
Для иа 418 ВозбуждеииидивозбУждениЯ колебаний в вибРатоРе и и „„и(,и„(ии „,аииеи„ можно между обеими его половинами го генератора ВВ включить один или несколько витков связи 1рис. 418) и расположить их вблизи катушки индуктивности К лампового генератора Г 1магиитная связь). Существуют и другие способы связи между вибраторами и генератором. Чтобы усилить колебания в вибраторе, используют явление резонанса, для чего частоту генератора делают равной одной из 555 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ НСОЛЕДОВАНИЕ 1 241 собственных частот вибратора, обычно частоте основного его колебания. Для обнаружения электрических колебаний в приемном вибраторе можно пользоваться небольшой электрической лампой Л (рис.
419 а), включенной в его середине ВВ (в пучности тока). Этот способ удобен для демонстрационных целей, когда расстояние между приемным и излучающим вибраторами невелико, и поэтому колебания в приемном вибраторе достаточно сильны. В случае более слабых колебаний в вибратор можно включить кристаллический детектор Р (рис. 419 б) и к его концам присоединить гальванометр постоянного тока. Так как сопротивление детектора зависит от направления тока (9 203), то напряжение на детекторе различно в разные полупериоды колебаний: оно велико, если ток течет в запорном направлении, н мало при токе противоположного направления. Поэтому появляется постоянная саста,вляющая напряжения на детекторе и в гальванометре возникает постоянный ток. еея ~щ, Если поместить прием- В ный вибратор (диполь), например изображенный на е б рис. 419 а, вблизи излучающего диполя, то можно ви- Рис 419 Приемный диполь для обнадеть, что лампа сильнее ружения электромагнитных волн индиВСЕ1'О НВКЯЛИВЗСТСЯ В ТОМ гогэорее1 является ла~1па накаливания случае, когда оба ди1юля 11а- (а), кристаллический детектор с гельварвллельны.
Если же прием- и е р (б) ный диполь ориентирован перпендикулярно к излучающему, то лампа не накаливается совсем. Так как электрические колебания в приемном диполе могут появиться только в том случае, если электрическое поле электромагнитной волны имеет составляющую вдоль диполя, то такой опыт показывает, что электрическое поле в электромагнитной волне параллельно оси диполя. Это справедливо для всех точек плоскости, перпендикулярной к оси диноля н проходящей через его середину. Отметим, что волны (механические и электрические), в которых колебания происходят параллельно какому-либо определенному направлению, называют лине11но поляризованными. Встречая на своем пути достаточно большие (по сравнению с длиной волны) проводящие поверхности, электромагнитные сВОБОдные электромлгни'гные ВОлны Гл ххп! волны отражаются от них.
Пользуясь этим, можно получить направленные электромагнитные волны, подобные параллельному пучку света. Это можно сделать, например, помещая небольшой излучающий диполь в фокус металлического параболического зеркала. Встречая границу двух различных диэлектриков, электромагнитные волны, подобно свету, преломляются. Закон преломления электромагнитных волн имеет такой же вид, как и для света. Если волна, распространяющаяся в вакууме (практически — в воздухе), встречает поверхность диэлектрика под углом падения г, то Е1П1/Е1ПГ = и, где г — угол преломления, и — показатель преломления диэлектрика, не зависящий от углов 1 и г.
При этом направления падающей и преломленной волн и направление нормали к границе лежат в одной плоскости. Нетрудно получить на опыте свободные стоячие электромагнитные волны, подобные рассмотренным в 9 232, но существующие без нанравляющих проводов. Если направить электромагнитную волну из параболического рефлектора нормально на металлический лист, то между листом и рефлектором появятся падающая н отраженная волны, распространяющиеся в противоположных направлениях.
Эти волны., складываясь, образуют стоячую волну с равноотстоящими друг от друга пучностями и узлами. Для обнаружения пучностей и узлов электрического поля может служить диполь, расположенный параллельно излучагощему диполю и ил1еющий ту же длину, что и последний. Перемещая его вдоль нормали к зеркалу, можно видеть, что отклонения гальванометра, соединенного с детектором, периодически достигагот максимума (пучности электрического поля) и минимума (узлы электрического поля), причем у поверхности металлического листа находится узел электрического поля.
Измеряя расстояние о т между соседними узлами или пучностями, можно определить длину волны А, а отсюда, зная частоту колебаний генератора, найти и скорость распространения свободных электромагнитных волн (ср. 9 234). Указанные свойства электромагнитных волн были установлены еще Герцем.
Дальнейшие опыты показали, что электромагнитным волнам присущи не только этн, но и все другие свойства света. Особое место среди этих исследований занимают опыты П Н Лебедева (189б г ) по распространению электромагнитных волн в анизотропных кристэзн1эх (сера), диэлектрическая проницаемость которых зависит от направления электрического поля Так как большие кристаллы получить трудно, а размеры кристаллов должны быть велики но сравнению с длиной волны, то Лебедев разработал способ получения весьма коротких электромагнитных волн с длиной всего около б мм, которые излучались миниатюрным искровым вибратором 567 1 242 энеРГия электромагнитных ВОлн В этих опытах Лебедев получил двойное преломление электромагнитных волн и воспроизвел все основные явления, наблюдаемые при прохождении света сквозь кристаллы. й 242.
Энергия электромагнитных волн Мы видели (2 241), что электромагнитные волны способны производить различные действия: они накаливают нить лампы, включенной в диполь, вызывают отклонение стрелки гальванометра, соединенного с детектором, и т.п. Это показывает, что электромагнитные волны переносят определенную энергию. Рассмотрим в поле электромагнитной волны произвольную площадку Я (рис. 420) и вычислим энергию ЬИ», переносимую электромагнитной волной через эту площадку за малое вре- Рис. 420.
К вычислению потока энергии электромагнитных волн мя сзс. Для этого построим на площадке Я, как на основании, параллелепипед, ребра которого параллельны скорости распространения волны з» и имеют длину исзь. Объем этого параллелепипеда равен »'.зт = ЯНЬгсозст, где сг — угол между нормалью и к площадке Я и скоростью ч. Так как за время Ьс волна проходит расстояние и Ь|, то очевидно, что через нашу площадку пройдет энергия ЬИ», заключенная внутри указанного параллелепипеда. Поэтому, если и есть энергия единицы объема поля (объемная плотность энергии), то ЬИ» = иЬт = НЯНЕ соз ст.
Объемная плотность энергии электромагнитной волны складывается из энергии электрического поля аеоЕ2(2 и энергии магнитного поля дроН2»2: и = (ееоЕ~+ 2зроН~)/2. Напряженности Е и Н в электромагнитной волне связаны соотношением .к»» ео Е = /рдо Н. Поэтому можно также написать и = аеоЕ = »г»зоН = ~/ерзlкодоЕН. 568 СВОБОДНЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ ГЛ ХХП1 Учитывая вщв, что о = 1/ /Е11 /голо, имеем ЛИ1 = ЕН$ сов о Ы. Следовательно, энергия, проходящая через площадку 5 в единицу времени, или дИ'/д~, равна дИ'/д1 = ЕНБ соэ О. Полученный результат можно представить в более удобной форме. Введем вектор потока электромагнитной энергии, определяемый следующим образом: Р = [ЕН).
(242.1) В электромагнитной волне Е и Н перпендикулярны друг к другу, и поэтому поток электромагнитной энергии Р = ЕН. Направление жс вектора Р перпендикулярно к Е и Н, т.е. совпадает с направлением скорости распространения волны т. Тогда (242.1) можно представить в виде дИ'/д1 = Р„Я. (242.2) Здесь Р„= Рсоэс1 есть проекция вектора Р на направление нормали и к площадке Я. Таким образом, движение энергии в электромагнитном поле можно вполне охарактеризовать при помощи потока энергии Р. Его направление дает направление движения энергии. Модуль же потока энергии равен энергии, проходящей за единицу времени через поверхность с площадью, равной единице, перпендикулярную к направлению движения энергии. Понятие вектора потока энергии было введено Н.А.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
