Электромагниттік толқындар шығару. Герц тәжірибелері

Электромагниттік толқындар  шығару. Герц тәжірибелері

Уикипедия — ашық энциклопедиясынан  алынған мәлімет

Кез келген теорияның дұрыс  не дұрыс емесін дәлелдеуде эксперимент  басты рөл атқарады. Электромагниттік толқындардың табиғатта бар екеніне  Максвелл сенімді еді. Максвелл теориясына сол замандағы физиктердің басым  көпшілігі сияқты алғашқыда күмәнмен қараған неміс ғалымы Генрих Герц 1887— 1888 жылдары электромагниттік толқындардың бар екенін эксперимент жүзінде  ашты.

Ашық вибратор[өңдеу]

Тәжірибе жүзінде  электромагниттік толқынды қалай алуға  болады? Сендер білетін (§1.1) тербелмелі контурдағы электромагниттік өріс тербелісі  кеңістікте тарала алмайды. Себебі айнымалы электр өрісі түгелге дерлік конденсатор  астарларының арасында, ал магнит өрісі  катушканың ішінде жинақталған (3.7, а-сурет). мұндай контур жабық контур деп аталады. Конденсатор астарларын бір-бірінен  алшақ татсақ, электр өрісі кеңістіктің  кеңірек аймағын қамти бастайды. Конденсатордың сыйымдылығы кемігенде  Томсон формуласы бойынша меншікті тербеліс жиілігі  артады. Егер катушканың орам сандарын да азайта бастасақ, онда индуктивтік  кемиді (3.7, ә-сурет). Конденсатор  пластиналарының аудандарын кішірейте  отырып, әрі катушканы жазып, созып  жіберсек, түзу сымның кесіндісі шығады (3.7, б-сурет).

Бұл құрылғы ашық тербелмелі контур немесе Герц вибраторы деп  аталады. Ашық вибратордың сыйымдылығы  мен индуктивтігі өте аз. Сондықтан  вибратордағы электромагниттік өріс тербелістерінің  меншікті жиілігі аса жоғары болады. Тұйықталған тізбектегі айнымалы токтың ток күші өткізгіштің өне бойында  бірдей болса, ашық вибратордағы жағдай басқаша. Бірдей уақыт мезетінде  вибратордың түрлі бөлігіндегі  ток күші әр түрлі, оның ортасында  ток күші максимум мәнге жеткенде ұштарында нөлге тең. Ашық вибратордағы ток күші максимал болған кезде, оның айналасындағы кеңістікте туындайтын магнит өрісі де максимум мәніне жетеді. Ал электр өрісінің кернеулігі нөлге  тең (3.8, а-сурет). Ширек периодтан () соң  ток күші нөлге тең болып, енді вибратордың ұштарында электр зарядтары  шоғырланады (3.8, ә-сурет). Электр өрісінің кернеулігі максимал мәнге дейін  артады. Осылайша ток пен зарядтардың  тербелістері, яғни электромагниттік тербелістер пайда болады да, өріс вибратор маңындағы кеңістікті толық  қамтиды.

Сонымен, ашық вибраторды қоршаған кеңістікте өзгермелі магнит өрісінің әсерінен құйынды электр өрісі туса, өз кезегінде, өзгермелі электр өрісі  құйынды магнит өрісін туғызады. Нәтижесінде  вибратордан үлкен қашықтықта өрістің  тербелісі таралады, яғни электромагниттік толқын туады.

Герц Генрих Рудольф (1857 Гамбург - 1894) - Немiстiң ғұлама ғалымы. Жеке мектепте және гимназияда оқып жүргенiнде Герц өзiнiң ойлап табуға және қол өнерiне қабiлетi бар екендiгiн танытты. Гимназяны  тәмамдағаннан кейiн Герц инженер  болсам деп армандайды. Бiрақ армия  қатарындағы қызметiнен, инженерлiк  дайындықтан өткенiне қарамастан, ол физикамен шұғылдануды жөн көрдi. Мюнхен университетiне түсiп, онда Герц математикамен көп шұғылданды, физика классиктерiнiң еңбектерiн оқыды. 1878 ж. Герц Берлин университетiне ауысады, ол жерде немiс физиктерiнiң жетекшiсi Г.Гельмгольц оған ұстаздық етедi. 1870 ж. Герц докторлық диссертациясын қорғайды да, Гельмгольцтiң ассистентi болып тағайындалады. Берлинде қызмет еткен 3 жыл iшiнде әр түрлi тақырыптарда 15 мақала дайындаған (электромагнетизм, қатты материалдар, ғылыми аспаптарды құрастыру және т.б.). 1883 ж. Герц Киль университетiне приват-доцент қызметiне ауысады, одан кейiн Карисруэге ауысады. Герцтiң электромагниттiк толқындардың бар екендiгiн дәлелдеуге әкелiп тiреген зерттеу жұмыстары осы Карлсруэнiң жоғарғы техникалық мектебiнде басталды. Электромагнитiк толқындарды зерттей келе, Герц электромагниттiк толқындар мен жарық толқындарының негiзгi қасиеттерiнiң бiрдей екенiн дәлелдеп бердi. 1888 ж. бiрiншi рет фотоэффект құбылысын ашты. Оның құрметiне барлық толқындар және тербелiстер жиiлiгiнiң өлшем бiрлiгiн Герц (Гц) деп атады

Герц тәжірибелері[өңдеу]

Электромагниттік толқынды алу үшін Герц жұқа ауа қабаты арқылы бөлінген түзу өткізгіштің бірдей екі  бөлігінен тұратын вибраторды қолданған (3.9, а-сурет). Ауа аралығымен бөлінгендіктен вибратордың екі тармағына жоғары кернеу көзінің көмегімен едәуір зарядтар беру мүмкін болды. Потенциалдар айырымы белгілі бір мәнге  жеткенде электрлік ұшқын байқалады. Иондалған ауамен электр зарядтары  вибратордың бір жартысынан екіншісіне ағып, ток импульсін береді.

Сөйтіп, ашық контурда электромагниттік тербелістер туады. Аса шапшаң өзгеретін  ток, ток көзі арқылы тұйықталмай, тек  контурда ғана өнуі тиіс. Оны вибратормен  ток көзінің арасына дроссель қосу арқылы реттейді. Ашық контурдағы электромагниттік тербелістің тез  өшіп қалуының басты себебі — толқын шығарғанда энергия тасымалданады  және контурда жылу энергиясы бөлінеді.

Электромагниттік толқындардың электр өрісінің  және магнит индукциясының  векторлары бір-біріне перпендикуляр.  векторы вибратор арқылы өтетін жазықтықта жатады, ал  векторы осы жазықтыққа және толқынның таралу бағытына перпендикуляр. Сол себепті магнит индукциясының  сызықтары вибраторға перпендикуляр  концентрлі шеңберлерді құрайды. Магнит сызықтары қашықтықтағы нүктелерде өзінің бағытын өзгертеді (3.10-сурет). Электромагниттік толқынның интенсивтігі вибратор осіне перпендикуляр бағытта  максимал болып, осьтің бойымен таралмайды.

Электромагниттік толқынды қабылдап тіркеу үшін Герц қабылдағыш деп атаған екінші вибраторды (немесе резонаторды) қолданған (3.9, ә-сурет). Ашық контурдан тарайтын толқынның айнымалы 3.10-сурет электр өрісінің әсерінен қабылдағышта электрондар еріксіз  тербеледі, шапшаң өзгеретін индукциялық  ток қоздырылады. Вибраторлардың өлшемдері  бірдей болса, онда екеуіндегі электромагниттік тербелістердің меншікті жиіліктері сәйкес болғандықтан, резонанс салдарынан қабылдағыштағы еріксіз тербелістердің амплитудасы айтарлықтай үлкен болады. Осы еріксіз тербелістерді Герц қабылдағыш антенаның арасындағы өте кішкентай саңылауда пайда болған ұшқындарды бақылау арқылы аңғарған. Герц өзінің тәжірибелерінде электромагниттік толқынды алумен ғана шектелген жоқ. Ол электромагниттік толқынның басқа толқындарға тән қасиеттерін зерттеген. Тәжірибе жүзінде электромагниттік толқынның жылдамдығын анықтайды, ол жарық жылдамдығына тең болып шықты. Сонымен, Герцтің эксперименттік зерттеулерінде Максвеллдің теориялық болжамдары нақтылы дәлелденді және жарықтың электромагниттік теориясын жасаудың алғашқы баспалдағы салынды.[1]