Необходимым и достаточным условием излучения электромагнитных волн является движение заряда с ускорением

Максвелл показал, что интенсивность излучения пропорциональна квадрату ускорения: .

Заряд может двигаться с ускорением по прямой, по окружности или совершать колебательное движение – во всех случаях он излучает. Заряд, движущийся равномерно, не излучает – это очевидно из принципа относительности: ведь можно найти ИСО, в которой заряд покоится, значит, не излучает.

Чтобы излучалась волна достаточной интенсивности, ускорение должно быть достаточно велико.

Наиболее удобно использовать для излучения колебательное движение зарядов с большой частотой . При гармонических колебаниях , поэтому .

Колебательное движение зарядов создается в колебательном контуре. При технической частоте 50 Гц контур практически не излучает. Для заметного излучения надо создать частоты порядка сотен МГц (10⁵ Гц).

Собственная частота контура . Контур с большой собственной частотой – это контур с очень малыми L и C.

Обычный LC-контур для излучения не подходит. Во-первых, у него слишком большие значения L и C. Во-вторых, он «закрытый», т.е. электрическое и магнитные поля почти целиком сосредоточены в конденсаторе и катушке, а в окружающее их пространство практически не проникают.

Электромагнитные волны впервые получены на опыте и исследованы Генрихом Герцем в 1887-1888 гг. (через 7 лет после смерти Максвелла, их предсказавшего).

Герц использовал «открытый» контур (его также называют «вибратором Герца» и «электрическим диполем Герца»).

Область, в которой создается переменное электрическое поле, увеличивается, если раздвигать пластины конденсатора. Емкость при этом уменьшается. Одновременное уменьшение площади пластин еще больше уменьшит емкость. Для уменьшения индуктивности нужно заменить катушку прямым проводом без витков. Продолжая раздвигать пластины и уменьшая одновременно их размеры, мы придем к открытому колебательному контуру. Это просто отрезок прямого провода. В открытом контуре заряды не сосредоточены на концах, а распределены по всему проводнику. Ток в каждый 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 посредине достигает максимума (пучность тока). Электрическое и магнитное поля окружают провод.

Чтобы создать между концами провода высокое напряжение, провод разрезают посредине так, чтобы остался небольшой воздушный промежуток, называемый искровым. Когда напряжение на промежутке достигает пробойного значения, проскакивает искра, замыкающая контур, и в нем возникали затухающие колебания высокой частоты.

Герц использовал медный стержень длины 26 см с металлическими шарами на концах, в искровой промежуток которого включалась катушка Румкорфа (источник высокого напряжения). Вибратор давал колебания с частотой порядка 5×10⁸ Гц, что соответствует длине волны около 60 см.

Сегодня, когда у нас есть генераторы переменного напряжения высокой частоты (ламповые или на транзисторах), мы можем возбуждать незатухающие колебания в контуре, соединив его с генератором. Чтобы вынужденные колебания имели большую амплитуду, частота генератора должна быть близка к собственной частоте контура. При этом длина излучаемой волны примерно вдвое больше длины контура (антенны).

Картина взаимопорождающих электрического и магнитного полей, излучаемых вибратором, изображена на рисунках ниже.

Для приема волн служит такой же открытый контур, но в искровой промежуток вставлена лампочка. Поле волны возбуждает движение электронов (переменный ток) в приемном контуре: лампочка горит.

Date: 2015-06-11; view: 716; Нарушение авторских прав