Экспериментальное получение электромагнитных волн

Существование электромагнитных волн - переменного электромагнитного поля, распространяющегося в пространстве с конечной скоростью, вытекает из уравнений Максвелла, сформулированных в 1865 г. на основе обобщения эмпирических законов электрических и магнитных явлений. Решающую роль для утверждения теории Максвелла сыграли опыты Герца, доказавшие, что электрические и магнитные поля действительно распространяются в виде волн, поведение которых полностью описывается уравнениями Максвелла.

Источником электромагнитных волн в действительности может быть любой электрический колебательный контур или проводник, по которому течет переменный ток, т.к. для их возбуждения необходимо создать в пространстве переменное электрическое поле (ток смещения) или соответственно переменное магнитное поле. Однако излучающая способность источника определяется его формой, размерами, частотой колебаний. Чтобы излучение играло заметную роль, необходимо увеличить объем пространства, в котором переменное электромагнитное поле создается. Поэтому для получения электромагнитных волн непригодны закрытые колебательные контуры, т.к. в них электрическое поле сосредоточено между обкладками конденсатора, а магнитное - внутри катушки индуктивности.

Рис.4

Герц в своих опытах, уменьшая число витков катушки и площадь пластин конденсатора, а также раздвигая их (рис.4, а,б), совершил переход от закрытого колебательного контура к открытому (вибратору Герца), представляющему собой два стержня, разделенных искровым промежутком (рис.4,в).

Если в закрытом колебательном контуре переменное электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора (рис.4, а), то в открытом оно заполняет окружающее контур пространство (рис.4, в), что существенно повышает интенсивность электромагнитного излучения. Колебания в такой системе поддерживаются за счет электродвижущей силы источника (э.д.с.), подключенного для того, чтобы увеличить разность потенциалов, до которой первоначально заряжаются обкладки.

Рис. 5

Для возбуждения электромагнитных волн вибратор Герца В подключался к индуктору И (рис.5). Когда напряжение на искомом промежутке достигало пробивного значения, возникала искра, закорачивающая обе половины вибратора, и в нем возникали свободные затухающие колебания. При исчезновении искры контур размыкался, и колебания прекращались. Затем индуктор снова заряжал конденсатор, возникала искра, и в контуре опять наблюдались колебания и т.д.

Для регистрации электромагнитных волн Герц пользовался вторым вибратором, называемым резонатором Р, имеющим такую же частоту, что излучающий вибратор, т.е. настроенный в резонанс с вибратором. Когда электромагнитные волны достигали резонатора, в его заряде проскакивала электрическая искра.

В 20-х годах 20 в. перешли к генерированию электромагнитных волн с помощью электронных ламп, позволяющих получать колебания заданной (практически любой) мощности и синусоидальной формы.

Электромагнитные волны, обладая широким диапазоном частот (или длин волн l=с/n, где с - скорость электромагнитных волн в вакууме), отличаются друг от друга по способам их генерации и регистрации, а также по своим свойствам. Поэтому электромагнитные волны делятся на несколько видов: радиоволны, световые волны, рентгеновское и g - излучения. Следует отметить, что границы между различными видами электромагнитных волн довольно условны.