تجارب هيرتز. موجات كهرومغناطيسية

إرسال عملك الجيد في قاعدة المعرفة أمر بسيط. استخدم النموذج أدناه

سيكون الطلاب وطلاب الدراسات العليا والعلماء الشباب الذين يستخدمون قاعدة المعرفة في دراساتهم وعملهم ممتنين جدًا لك.

نشر على http://www.allbest.ru/

وزارة التعليم العالي والثانوي بجمهورية أوزبكستان

سميت الجامعة الوطنية لجمهورية أوزبكستان على اسمها ميرزو Ulugbek

كلية الفيزياء

نقل

حسب التخصص: "بصريات"

حول موضوع: "تجارب هاينريش هيرتز"

أعدت بواسطة:

طالبة في السنة الثانية

أندريه أناتوليفيتش السماوية

مشرف:

d.p.ms. الأستاذ.

Valiev Uigun Vakhidovich

طشقند 2015

مقدمة

1. بيان المشكلة

2. ظاهرة مثيرة للاهتمام

3. هزاز هيرتز

4. لفائف Ruhmkorff

5. تجارب الهزاز

خاتمة

المؤلفات

مقدمة

ولد هاينريش هيرتز عام 1857 في هامبورغ (ألمانيا) في عائلة محام. منذ الطفولة ، كان لديه ذاكرة ممتازة وقدرات ممتازة في الرسم واللغات والإبداع التقني وأبدى اهتمامًا بالعلوم الدقيقة. في عام 1880 ، في سن ال 23 ، تخرج من جامعة برلين بدرجة دكتوراه رائعة في الديناميكا الكهربية النظرية. كان مشرف هيرتز الفيزيائي الأوروبي الشهير ج. هيلمهولتز ، الذي عمل هيرتز كمساعد له خلال السنوات الثلاث التالية.

هيلمهولتز ، الذي تعامل مع العديد من المشاكل في الفيزياء ، طور نسخته الخاصة من الديناميكا الكهربية النظرية. تنافست نظريته مع نظريات دبليو ويبر وجيه كيه ماكسويل المقدمة سابقًا. كانت هذه هي النظريات الثلاث الرئيسية للكهرومغناطيسية في ذلك الوقت. ومع ذلك ، كان التأكيد التجريبي مطلوبًا.

1. بيان المشكلة

في عام 1879 ، قامت أكاديمية برلين للعلوم ، بمبادرة من هيلمهولتز ، بطرح مهمة تنافسية: "تحديد ما إذا كانت هناك علاقة تجريبية بين القوى الديناميكية الكهربية والاستقطاب العازل." حل هذه المشكلة أي. التأكيد التجريبي وكان من المفترض أن يعطي إجابة أي من النظريات صحيحة. اقترح هيلمهولتز أن يتولى هيرتز هذه المهمة. حاول هيرتز حل المشكلة باستخدام التذبذبات الكهربائية التي تحدث أثناء تفريغ المكثفات والمحثات. ومع ذلك ، سرعان ما واجه مشكلة - كانت هناك حاجة إلى اهتزازات عالية التردد أكثر بكثير مما يمكن أن تتلقاه في ذلك الوقت.

يمكن الحصول على تذبذبات عالية التردد ، أعلى بكثير من تردد التيار الصناعي (50 هرتز) ، باستخدام دائرة تذبذبية. تردد التذبذبات u = 1 / v (LC) سيكون أكبر ، وأصغر محاثة وسعة الدائرة.

تظهر عملية حسابية بسيطة أنه لإنشاء الترددات التي تمكنت Hertz لاحقًا من الحصول عليها (500 ميجاهرتز) ، هناك حاجة إلى مكثف 2 nF ومحث 2 nH. ومع ذلك ، فإن التقدم الصناعي في ذلك الوقت لم يصل بعد إلى إمكانية إنشاء مثل هذه السعات الصغيرة والمحثات.

2. ظاهرة مثيرة للاهتمام

بعد أن فشل في حل هذه المشكلة ، احتفظ بالأمل في العثور على الجواب. منذ ذلك الحين ، كان كل شيء مرتبط بالاهتزازات الكهربائية يثير اهتمامه دائمًا.

في وقت لاحق ، في خريف عام 1886 ، عند تصحيح أخطاء معدات المحاضرات ، أي فحص ملفات الحث مع فجوة شرارة قابلة للتعديل بدقة بين الكرات المعدنية في نهايات اللفات باستخدام برغي ميكرومتر ، اكتشف هيرتز ظاهرة مثيرة للاهتمام: لإثارة شرارة في أحد الملفات ، ليس من الضروري توصيل بطارية قوية ، الشيء الرئيسي هو أن شرارة تقفز في فجوة الشرارة للملف الأساسي.

أجرى سلسلة من التجارب لتأكيد ملاحظته.

3. هزاز هيرتز

في تجاربه ، للحصول على الموجات الكهرومغناطيسية ، استخدم Hertz جهازًا بسيطًا ، يسمى الآن هزاز Hertz.

هذا الجهاز عبارة عن دائرة تذبذبية مفتوحة (الشكل على اليمين). الدائرة التذبذبية المعتادة الموضحة في الشكل الموجود على اليسار (يمكن تسميتها مغلقة) ليست مناسبة لانبعاث الموجات الكهرومغناطيسية. الحقيقة هي أن المجال الكهربائي المتناوب يتركز بشكل أساسي في مساحة صغيرة جدًا بين ألواح المكثف ، ويتركز المجال المغناطيسي داخل الملف. لكي يكون إشعاع الموجات الكهرومغناطيسية شديدًا بدرجة كافية ، يجب أن تكون منطقة المجال الكهرومغناطيسي المتناوب كبيرة وغير محاطة بألواح معدنية. هناك تشابه مع إشعاع الموجات الصوتية. لا يكاد يشع الخيط المتأرجح أو الشوكة الرنانة بدون صندوق الرنان ، لأنه في هذه الحالة يتم إثارة اهتزازات الهواء في منطقة صغيرة جدًا من الفضاء المجاورة مباشرة للخيط أو فروع الشوكة الرنانة.

تزداد المنطقة التي يتم فيها إنشاء مجال كهربائي متناوب إذا تم فصل ألواح المكثف عن بعضها. نتيجة لذلك ، تقل السعة. سيؤدي تقليل مساحة الألواح في نفس الوقت إلى تقليل السعة. سيؤدي تقليل السعة إلى زيادة التردد الطبيعي لهذه الدائرة التذبذبية. لزيادة التردد بشكل أكبر ، تحتاج إلى استبدال الملف بسلك مستقيم بدون لفات. محاثة السلك المستقيم أقل بكثير من محاثة الملف. بالاستمرار في دفع الألواح بعيدًا وفي نفس الوقت تقليل أبعادها ، سنصل إلى دائرة تذبذبية مفتوحة. إنه مجرد سلك مستقيم. في الدائرة المفتوحة ، لا تتركز الشحنات في النهايات ، ولكن يتم توزيعها في جميع أنحاء الموصل. يتم توجيه التيار في وقت معين في جميع أقسام الموصل في نفس الاتجاه ، لكن القوة الحالية ليست هي نفسها في أقسام مختلفة من الموصل. في النهايات تساوي الصفر ، وفي المنتصف تصل إلى الحد الأقصى.

لإثارة التذبذبات في مثل هذه الدائرة ، من الضروري قطع السلك في المنتصف بحيث تبقى فجوة هوائية صغيرة تسمى فجوة الشرارة. بفضل هذه الفجوة ، من الممكن شحن كلا الموصلين بفارق جهد كبير.

عندما تم نقل شحنة معاكسة كبيرة إلى الكرات ، حدث تفريغ كهربائي بينها وظهرت تذبذبات كهربائية مجانية في الدائرة الكهربائية. بعد كل إعادة شحن للكرات ، تقفز شرارة مرة أخرى بينهما ، وتكررت العملية عدة مرات. بعد أن وضع على مسافة ما من هذه الدائرة ملفًا من الأسلاك به كرتان في نهايته - مرنان - اكتشف هيرتز أنه عندما تقفز شرارة بين كرات الهزاز ، تنشأ شرارة صغيرة بين كرات الرنان. وبالتالي ، أثناء التذبذبات الكهربائية في الدائرة الكهربائية ، ينشأ مجال كهرومغناطيسي متناوب في دوامة في الفراغ المحيط بها. ينشئ هذا المجال تيارًا كهربائيًا في الدائرة الثانوية (مرنان).

نظرًا لانخفاض السعة والتحريض ، يكون تردد التذبذب مرتفعًا جدًا. بطبيعة الحال ، فإن التذبذبات ستخمد لسببين: أولاً ، بسبب وجود مقاومة نشطة في الهزاز ، والتي تكون كبيرة بشكل خاص في فجوة الشرارة ؛ ثانيًا ، نظرًا لأن الهزاز يصدر موجات كهرومغناطيسية ويفقد الطاقة في هذه العملية. بعد توقف التذبذبات ، يقوم المصدر بشحن كلا الموصلات مرة أخرى حتى يحدث انهيار فجوة الشرارة ، ويتكرر كل شيء من البداية. يوضح الشكل أدناه هزاز Hertz متصل في سلسلة ببطارية كلفانية وملف Ruhmkorff.

في أحد الهزازات الأولى التي قام العالم بتجميعها ، على أطراف سلك نحاسي بطول 2.6 متر وقطر 5 مم ، ومجهز بفجوة شرارة في المنتصف ، تم تركيب كرات من الصفيح المنقولة قطرها 0.3 متر ككرات رنين. بعد ذلك ، قام Hertz بإزالة هذه الكرات لزيادة التردد.

4. لفائف Ruhmkorff

ملف Ruhmkorff ، الذي استخدمه Heinrich Hertz في تجاربه ، والذي سمي على اسم الفيزيائي الألماني Heinrich Ruhmkorff ، يتكون من جزء أسطواني بقضيب حديدي مركزي بداخله ، يتم فيه لف سلك أساسي سميك. يتم لف عدة آلاف من لفات الملف الثانوي من سلك رفيع جدًا فوق الملف الأولي. اللف الأساسي متصل ببطارية من العناصر الكيميائية ومكثف. يتم إدخال قاطع (صفارة) ومفتاح في نفس الدائرة. الغرض من القاطع هو إغلاق الدائرة وفتحها بالتناوب بسرعة. والنتيجة هي أنه مع كل إغلاق وفتح في الدائرة الأولية ، تظهر تيارات فورية قوية في الملف الثانوي: عند الانقطاع ، التيار المباشر (من نفس اتجاه تيار اللف الأساسي) وعند الإغلاق ، ينعكس . عندما يتم إغلاق الملف الأولي ، يتدفق تيار متزايد خلاله. يخزن ملف Ruhmkorff الطاقة في القلب على شكل مجال مغناطيسي. طاقة المجال المغناطيسي هي:

ج - التدفق المغناطيسي ،

L هو تحريض ملف أو ملف مع التيار.

عندما يصل المجال المغناطيسي إلى قيمة معينة ، ينجذب المحرك وتفتح الدائرة. عندما يتم فتح الدائرة في كلا الملفين ، يحدث ارتفاع في الجهد (EMF الخلفي) ، والذي يتناسب طرديًا مع عدد لفات اللفات ، كبيرة الحجم حتى في اللف الأولي ، وحتى أكثر في الثانوية ، الجهد العالي منها يكسر فجوة الهواء بين أطراف الملف الثانوي (جهد انهيار الهواء يساوي تقريبًا 3 كيلو فولت بمقدار 1 مم). يشحن EMF الخلفي في الملف الأولي المكثف C من خلال المقاومة المنخفضة للبطارية للعناصر الكيميائية.

5. تجارب Vibratoالروم

تجربة هاينريش هيرتز

تلقى هيرتز موجات كهرومغناطيسية عن طريق إثارة سلسلة من نبضات التيار المتناوب السريع في هزاز باستخدام مصدر جهد عالي. تسبب تذبذبات الشحنات الكهربائية في الهزاز موجة كهرومغناطيسية. لا يتم تنفيذ سوى التذبذبات في الهزاز ليس بواسطة جسيم مشحون واحد ، ولكن بواسطة عدد كبير من الإلكترونات التي تتحرك بالتناغم.

في نواقل الموجات الكهرومغناطيسية E؟ وب؟ عمودي على بعضها البعض ، والمتجه E؟ تقع في الطائرة التي تمر عبر الهزاز ، والمتجه ب؟ عمودي على هذا المستوى.

يوضح الشكل خطوط المجالات المغناطيسية الكهربائية والحثية حول الهزاز عند نقطة زمنية ثابتة: في المستوى الأفقي توجد خطوط تحريض المجال المغناطيسي ، وفي المستوى الرأسي - خطوط شدة المجال الكهربائي. يحدث إشعاع الأمواج بأقصى شدة في الاتجاه العمودي لمحور الهزاز. لا يوجد إشعاع على طول المحور.

لم ينجح هيرتز في اكتشاف ذلك على الفور. من أجل تجاربه ، أظلم غرفته. وكان يمشي مع رنان يراقب ، أحيانًا حتى من خلال عدسة مكبرة ، حيث ستظهر شرارة في الغرفة ، بالنسبة للمولد.

أثناء تجربة الهزاز ، لاحظ العالم أن النمط الذي يبدو طبيعيًا تمامًا مع إضعاف الشرارة في الرنان مع زيادة المسافة إلى مصدر الاهتزازات ينتهك عندما يكون الرنان بالقرب من الجدران أو بالقرب من موقد حديدي.

بعد الكثير من التفكير ، أدرك هيرتز أن الأمر يتعلق بانعكاس الموجات ، وأن السلوك الغريب للشرارة في الرنان بالقرب من الجدران لم يكن أكثر من تداخل. لتأكيد ذلك ، قام بتثبيت لوح معدني مؤرض على الحائط ووضع هزاز أمامه. مع وجود الرنان في يديه ، بدأ يتحرك ببطء في اتجاه عمودي على الحائط. في هذه الحالة ، اتضح أن الرنان يسقط بشكل دوري ، على فترات منتظمة ، في مناطق ميتة لا توجد فيها شرارة. كانت هذه مناطق التقى فيها الموجة المباشرة للهزاز مع الموجة المنعكسة من المرحلة المعاكسة وتم إخمادها ، مما أكد تمامًا وجود عمليات التداخل.

تسبب هذا في بهجة حقيقية للعالم العلمي بأسره. علاوة على ذلك ، أظهر بسهولة استقامة انتشار الإشعاع. عندما تم حظر المسار من الهزاز إلى الرنان بواسطة شاشة معدنية ، اختفت الشرارات الموجودة في الرنان تمامًا. في الوقت نفسه ، اتضح أن العوازل (العوازل) شفافة للموجات الكهرومغناطيسية. بنفس السهولة ، تم توضيح تشابه كامل مع قوانين انعكاس الضوء - لهذا ، تم تثبيت الهزاز والرنان على جانب واحد من صفيحة معدنية مؤرضة ، والتي لعبت دور المرآة ، والمساواة بين زوايا السقوط وتم فحص الانعكاس.

كانت التجربة الأكثر وضوحًا هي تجربة إثبات إمكانية انكسار الإشعاع الكهرومغناطيسي. لهذا ، تم استخدام منشور إسفلتي يزن أكثر من طن. كان المنشور على شكل مثلث متساوي الساقين بطول 1.2 متر وزاوية أعلى 300. من خلال توجيه "الحزمة الكهربائية" في منشور الإسفلت ، سجل هيرتز انحرافه بمقدار 320 ، والذي يتوافق مع قيمة مقبولة لمعامل الانكسار يساوي 1.69.

في تجاربه ، لم يثبت Hertz بشكل تجريبي وجود الموجات الكهرومغناطيسية فحسب ، بل درس أيضًا جميع الظواهر النموذجية لأي موجات: الانعكاس من الأسطح المعدنية ، والانكسار في منشور عازل كبير ، وتداخل موجة متنقلة مع موجة انعكاسية من معدن. مرآة ، إلخ. من الناحية التجريبية ، كان من الممكن أيضًا قياس سرعة الموجات الكهرومغناطيسية ، والتي تبين أنها تساوي سرعة الضوء في الفراغ. هذه النتائج هي واحدة من أقوى البراهين على صحة نظرية ماكسويل الكهرومغناطيسية ، والتي بموجبها يكون الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية.

خاتمة

بعد سبع سنوات من هيرتز ، وجدت الموجات الكهرومغناطيسية تطبيقًا في الاتصالات اللاسلكية. من الجدير بالذكر أن المخترع الروسي للراديو ألكسندر ستيبانوفيتش بوبوف في أول صورة إشعاعية له عام 1896 أرسل كلمتين: "هاينريش هيرتز".

إلالمؤلفات

1. مكتبة "الكم" العدد 1 ، 1988

2. Landsberg GS، Optics - M: FIZMATLIT، 2003، 848s.

3. Kaliteevsky N.I. ، "Wave optics" ، موسكو: Vyssh. المدرسة ، 1978 ، 383 ثانية

4. http://www.physbook.ru/

5.https: //ru.wikipedia.org

6. http://ido.tsu.ru

7. http://alexandr4784.narod.ru

استضافت على Allbest.ru

وثائق مماثلة

    سيرة موجزة عن جي هيرتز. تأكيد تجريبي لنظرية ماكسويل نتيجة لخلق عالم فيزيائي ألماني لهزاز (باعث) ورنان (مستقبل) للموجات الكهرومغناطيسية. تصميم الهزاز آلية حدوث شرارة كهربائية.

    عرض تقديمي ، تمت الإضافة في 01/15/2013

    مفهوم الموجة واختلافها عن التذبذب. أهمية اكتشاف الموجات الكهرومغناطيسية بواسطة J. Maxwell ، مؤكدة تجارب G. Hertz وتجارب P. Lebedev. عملية وسرعة انتشار المجال الكهرومغناطيسي. خصائص وحجم الموجات الكهرومغناطيسية.

    الملخص ، تمت الإضافة في 07/10/2011

    السير الذاتية لجي هيرتز ودي.فرانك. عملهم المشترك: دراسة تفاعل الإلكترونات مع ذرات الغازات النبيلة منخفضة الكثافة. تحليل طاقات الإلكترونات التي تعرضت للتصادم مع الذرات. خصائص المصباح المملوء بالفراغ والغاز.

    الملخص ، تمت الإضافة في 12/27/2008

    نظام ماكسويل للمعادلات في الصيغ التفاضلية والتكاملية. بحث بواسطة R. Hertz. سرعة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية. اكتشاف التأثير الكهروضوئي. حساب الضغط الخفيف. الطاقة والاندفاع وكتلة المجالات الكهرومغناطيسية. ناقل Umov-Poynting.

    عرض تقديمي ، تمت الإضافة بتاريخ 03/14/2016

    التقييم العددي للاعتماد بين المعلمات في حل مشكلة هيرتز لأسطوانة في جلبة. ثبات صفيحة مستطيلة ذات حمولة متغيرة خطيًا على الأطراف. تحديد ترددات وأنماط التذبذبات الطبيعية للمضلعات المنتظمة.

    تمت إضافة أطروحة في 12/12/2013

    اكتشاف الأشعة السينية بواسطة Winghelm Conrad Roentgen. نشر مقال "حول نوع جديد من الأشعة" في مجلة Würzburg Physico-Medical Society. تجارب هيتورف وكروكس وهيرتز ولينارد. جائزة نوبل في الفيزياء.

    عرض تقديمي ، تمت إضافة 02/10/2011

    مفهوم الموجات الكهرومغناطيسية وجوهرها وخصائصها وتاريخ الاكتشاف والبحث وأهميتها في حياة الإنسان. أنواع الموجات الكهرومغناطيسية وخصائصها المميزة. مجالات تطبيق الموجات الكهرومغناطيسية في الحياة اليومية وتأثيرها على جسم الإنسان.

    الملخص ، تمت الإضافة في 02/25/2009

    تحديد شدة المجال المغناطيسي لهزاز أولي في المنطقة القريبة. معادلات الموجة المتنقلة. طولها وسرعة انتشارها في المنطقة البعيدة. اتجاهات ناقل Poynting. قوة ومقاومة إشعاع الموجات الكهرومغناطيسية.

    عرض تقديمي ، تمت الإضافة في 08/13/2013

    الطرق الأساسية وطرق تحديد ووصف حالة الاستقطاب الإشعاعي. الشروط الحدودية لوسائط الدوران الطبيعي. صيغ العلاقة بين اتساع الحادث والموجات المنعكسة والمنكسرة. حل مسائل سقوط الموجة الكهرومغناطيسية.

    ورقة مصطلح ، تمت إضافة 2014/04/13

    العلاقة بين الحقول المغناطيسية المتناوبة والكهربائية. خواص المجالات والموجات الكهرومغناطيسية. خصوصية نطاقات الإشعاع المقابل وتطبيقها في الحياة اليومية. تأثير الموجات الكهرومغناطيسية على جسم الانسان والحماية منها.

ولد هاينريش رودولف هيرتز (1857-1894) في هامبورغ ، وهو ابن محام أصبح لاحقًا سيناتورًا. درس هيرتز جيدًا ، وأحب جميع المواد ، وكتب الشعر وكان مولعًا بالعمل في مخرطة. لسوء الحظ ، عانى هيرتز من تدهور صحته طوال حياته.

في عام 1875 ، بعد تخرجه من صالة الألعاب الرياضية ، دخل هيرتز دريسدن ، وبعد ذلك بعام ، إلى مدرسة ميونيخ التقنية العليا ، ولكن بعد السنة الثانية من الدراسة ، أدرك أنه ارتكب خطأ في اختيار مهنة. مهنته ليست هندسة ، بل علم. دخل جامعة برلين ، حيث كان معلمه الفيزيائيين هيلمهولتز (1821-1894) وكيرشوف (1824-1887). في عام 1880 ، تخرج هيرتز من الجامعة قبل الموعد المحدد ، وحصل على الدكتوراه. منذ عام 1885 كان أستاذًا للفيزياء التجريبية في معهد كارلسروه للفنون التطبيقية ، حيث أجريت تجاربه الشهيرة.

  • في عام 1932 في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، وفي عام 1933 في اجتماع اللجنة الكهرتقنية الدولية ، تم اعتماد وحدة التردد للعملية الدورية "هرتز" ، والتي تم تضمينها بعد ذلك في النظام الدولي لوحدات SI. 1 هرتز يساوي تذبذبًا كاملاً في ثانية واحدة.
  • وفقًا لعالم الفيزياء ج.
  • ذات مرة ، عندما أخبرت والدة هيرتز الحرفي الذي علم الصبي هيرتز الأعمال التي تحولت إلى أن هاينريش أصبح أستاذًا ، كان منزعجًا للغاية ولاحظ:

آه ، يا للأسف. كان سيصنع مقلدًا ممتازًا.

تجارب هيرتز

جادل ماكسويل بأن الموجات الكهرومغناطيسية لها خصائص الانعكاس والانكسار والحيود وما إلى ذلك. لكن أي نظرية لا تثبت إلا بعد تأكيدها في الممارسة. ولكن في ذلك الوقت ، لم يكن ماكسويل نفسه ولا أي شخص آخر قادرًا على الحصول تجريبيًا على الموجات الكهرومغناطيسية. حدث هذا فقط بعد عام 1888 ، عندما اكتشف جي هيرتز تجريبياً الموجات الكهرومغناطيسية ونشر نتائج عمله.

هزاز هيرتز. فتح دائرة تذبذبية.
فكرة هزاز هيرتز. فتح دائرة تذبذبية.

ومن المعروف من نظرية ماكسويل أن

    فقط الشحنة سريعة الحركة يمكنها أن تصدر موجة كهرومغناطيسية ،

    أن طاقة الموجة الكهرومغناطيسية تتناسب مع القوة الرابعة لترددها.

من الواضح أن الشحنات المتسارعة تتحرك في الدائرة التذبذبية ، لذلك من الأسهل استخدامها لإشعاع الموجات الكهرومغناطيسية. لكن من الضروري التأكد من أن تواتر تذبذبات الشحن يصبح أعلى ما يمكن. من صيغة طومسون للتردد الدوري للتذبذبات في الدائرة ، يترتب على ذلك أنه من أجل زيادة التردد ، من الضروري تقليل السعة والتحريض في الدائرة.

فيما يلي جوهر الظاهرة التي تحدث في الهزاز. يولد مغو Ruhmkorff جهدًا عاليًا جدًا ، بترتيب عشرات الكيلوفولت ، في نهايات ملفه الثانوي ، والذي يشحن الكرات بشحنات ذات علامات معاكسة. في لحظة معينة ، تظهر شرارة كهربائية في فجوة الشرارة في الهزاز ، مما يجعل مقاومة فجوة الهواء صغيرة جدًا بحيث تحدث التذبذبات المخمدة عالية التردد في الهزاز ، وتستمر طوال فترة وجود الشرارة. نظرًا لأن الهزاز عبارة عن دائرة تذبذبية مفتوحة ، فإن الموجات الكهرومغناطيسية تنبعث.

أطلق هيرتز على الحلقة المستقبلة اسم "الرنان". أظهرت التجارب أنه من خلال تغيير هندسة الرنان - الحجم والموضع والمسافة بالنسبة إلى الهزاز - يمكنك تحقيق "الانسجام" أو "التوليف" (الرنين) بين مصدر الموجات الكهرومغناطيسية وجهاز الاستقبال. تم التعبير عن وجود الرنين في ظهور شرارات في فجوة الشرارة في الرنان استجابةً لشرارة تنشأ في الهزاز. في تجارب Hertz ، كان طول الشرارة المرسلة 3-7 مم ، وكانت الشرارة في الرنان بضعة أعشار من المليمتر. كان من الممكن رؤية مثل هذه الشرارة في الظلام فقط ، وحتى بعد ذلك باستخدام عدسة مكبرة.

كتب الأستاذ في رسالة إلى والديه في عام 1877: "أعمل كعامل مصنع من حيث الوقت والشخصية ، أكرر كل يد ترفع ألف مرة". يمكن رؤية مدى صعوبة التجارب مع الموجات الطويلة بما يكفي لدراستها في الداخل (مقارنة بموجات الضوء) من الأمثلة التالية. لإمكانية تركيز الموجات الكهرومغناطيسية ، تم منحني مرآة مكافئة من لوح من الحديد المجلفن بأبعاد 2x1.5 م. عندما تم وضع الهزاز في بؤرة المرآة ، تم إنشاء تيار متوازي من الأشعة. لإثبات انكسار هذه الأشعة ، تم صنع منشور من الأسفلت على شكل مثلث متساوي الساقين وجه جانبي يبلغ 1.2 متر وارتفاعه 1.5 متر وكتلة 1200 كجم.

نتائج تجارب هيرتز

بعد سلسلة ضخمة من التجارب التي تتطلب عمالة مكثفة وبارعة للغاية ، باستخدام أبسط الوسائل المرتجلة ، إذا جاز التعبير ، حقق المجرب هدفه. كان من الممكن قياس الأطوال الموجية وحساب سرعة انتشارها. تم إثباته

    حضور انعكاس

    الانكسار

    الانحراف،

    تدخل واستقطاب الموجات.

    قياس سرعة الموجة الكهرومغناطيسية

بعد تقريره في 13 ديسمبر 1888 في جامعة برلين والمنشورات في 1877 - 78. أصبح هيرتز واحدًا من أشهر العلماء ، وبدأ يشار إلى الموجات الكهرومغناطيسية عالميًا باسم "أشعة هيرتز".

وفقًا لنظرية ماكسويل ، يمكن أن تنتشر التذبذبات الكهرومغناطيسية الناشئة في دائرة متذبذبة في الفضاء. أظهر في عمله أن هذه الموجات تنتشر بسرعة الضوء 300000 كم / ثانية. ومع ذلك ، حاول العديد من العلماء دحض عمل ماكسويل ، وكان أحدهم هاينريش هيرتز. كان متشككًا في عمل ماكسويل وحاول إجراء تجربة لدحض انتشار المجال الكهرومغناطيسي.

يسمى المجال الكهرومغناطيسي المنتشر في الفضاء موجه كهرومغناطيسية.

في المجال الكهرومغناطيسي ، يكون الحث المغناطيسي وقوة المجال الكهربائي متعامدين بشكل متبادل ، ومن نظرية ماكسويل تتبعت أن مستوى موقع الحث المغناطيسي والقوة بزاوية 90 0 في اتجاه انتشار الموجات الكهرومغناطيسية (الشكل 1) .

أرز. 1. مستويات موقع الحث المغناطيسي والتوتر ()

وحاولت هذه الاستنتاجات تحدي هاينريش هيرتز. حاول في تجاربه إنشاء جهاز لدراسة الموجات الكهرومغناطيسية. من أجل الحصول على باعث للموجات الكهرومغناطيسية ، بنى Heinrich Hertz ما يسمى بهزاز Hertz ، والآن نسميه هوائي الإرسال (الشكل 2).

أرز. 2. هزاز هيرتز ()

ضع في اعتبارك كيف حصل هاينريش هيرتز على هوائي الإرسال أو الباعث.

أرز. 3. دائرة تذبذبية هيرتز مغلقة ()

بوجود دائرة تذبذبية مغلقة متاحة (الشكل 3) ، بدأ Hertz في فصل لوحات المكثف في اتجاهات مختلفة ، وفي النهاية ، كانت الألواح موجودة بزاوية 180 0 ، واتضح أنه إذا حدثت التذبذبات في هذا التذبذب الدائرة ، ثم قاموا بتغليف هذه الدائرة التذبذبية المفتوحة من جميع الجوانب. نتيجة لذلك ، خلق مجال كهربائي متغير مجالًا مغناطيسيًا متناوبًا ، وخلق مجال مغناطيسي متناوب مجالًا كهربائيًا ، وهكذا. أصبحت هذه العملية معروفة باسم الموجة الكهرومغناطيسية (الشكل 4).

أرز. 4. انبعاث الموجات الكهرومغناطيسية ()

إذا كان مصدر الجهد متصلاً بدائرة تذبذبية مفتوحة ، فإن شرارة ستقفز بين ناقص وما فوق ، وهي بالضبط الشحنة سريعة الحركة. حول هذه الشحنة المتسارعة ، يتم تشكيل مجال مغناطيسي متناوب ، مما يخلق مجالًا كهربائيًا متناوبًا ، والذي بدوره يخلق مجالًا مغناطيسيًا متناوبًا ، وما إلى ذلك. وبالتالي ، وفقًا لافتراض هاينريش هيرتز ، ستنبعث الموجات الكهرومغناطيسية. كان الغرض من تجربة هيرتز هو مراقبة تفاعل وانتشار الموجات الكهرومغناطيسية.

لتلقي الموجات الكهرومغناطيسية ، كان على هيرتز أن يصنع مرنانًا (الشكل 5).

أرز. 5. مرنان هيرتز ()

هذه دائرة تذبذبية ، وهي عبارة عن موصل مغلق ومقطع مزود بكرتين ، وكانت هذه الكرات متوضعة نسبيًا

من بعضهما البعض على مسافة قصيرة. قفزت شرارة بين كرتَي الرنان تقريبًا في نفس اللحظة تقريبًا عندما قفزت الشرارة إلى الباعث (الشكل 6).

الشكل 6. انبعاث واستقبال الموجة الكهرومغناطيسية ()

كان هناك انبعاث لموجة كهرومغناطيسية ، وبالتالي ، استقبال هذه الموجة بواسطة مرنان ، والذي تم استخدامه كمستقبل.

من هذه التجربة ، تبع ذلك وجود موجات كهرومغناطيسية ، تنتشر ، على التوالي ، تحمل الطاقة ، ويمكن أن تخلق تيارًا كهربائيًا في دائرة مغلقة ، تقع على مسافة كبيرة بما فيه الكفاية من باعث الموجة الكهرومغناطيسية.

في تجارب هيرتز ، كانت المسافة بين الدائرة التذبذبية المفتوحة والمرنان حوالي ثلاثة أمتار. كان هذا كافياً لمعرفة أن الموجة الكهرومغناطيسية يمكن أن تنتشر في الفضاء. في وقت لاحق ، أجرى هيرتز تجاربه واكتشف كيف تنتشر الموجة الكهرومغناطيسية ، وأن بعض المواد يمكن أن تعيق الانتشار ، على سبيل المثال ، المواد التي توصل الكهرباء تمنع الموجة الكهرومغناطيسية من المرور. المواد التي لا توصل الكهرباء سمحت للموجة الكهرومغناطيسية بالمرور.

أظهرت تجارب هاينريش هيرتز إمكانية إرسال واستقبال الموجات الكهرومغناطيسية. بعد ذلك ، بدأ العديد من العلماء في العمل في هذا الاتجاه. حقق العالم الروسي ألكسندر بوبوف أكبر نجاح ، وكان أول من قام بنقل المعلومات عن بعد في العالم. هذا ما نسميه الآن الراديو ، المترجم إلى الروسية ، "راديو" يعني "إشعاع" ، بمساعدة الموجات الكهرومغناطيسية ، تم إجراء نقل لاسلكي للمعلومات في 7 مايو 1895. في جامعة سانت بطرسبرغ ، تم توفير جهاز بوبوف ، والذي تلقى أول صورة إشعاعية ، وكان يتألف من كلمتين فقط: هاينريش هيرتز.

الحقيقة هي أنه بحلول هذا الوقت كان التلغراف (الاتصال السلكي) والهاتف موجودين بالفعل ، كان هناك أيضًا شفرة مورس ، والتي بمساعدة موظف بوبوف قام بنقل النقاط والشرطات ، والتي تم تسجيلها وفك تشفيرها على اللوحة أمام اللجنة . بالطبع ، راديو بوبوف ليس مثل أجهزة الاستقبال الحديثة التي نستخدمها (الشكل 7).

أرز. 7. جهاز استقبال راديو Popov ()

أجرى بوبوف الدراسات الأولى حول استقبال الموجات الكهرومغناطيسية ليس مع بواعث الموجات الكهرومغناطيسية ، ولكن مع عاصفة رعدية ، يستقبل إشارات برق ، وأطلق على جهاز الاستقبال الخاص به كاشف البرق (الشكل 8).

أرز. 8. مهاجم صاعقة بوبوف ()

تشمل مزايا بوبوف إمكانية إنشاء هوائي استقبال ، حيث أظهر الحاجة إلى إنشاء هوائي طويل خاص يمكنه استقبال كمية كبيرة من الطاقة من الموجة الكهرومغناطيسية بحيث يتم إحداث تيار كهربائي متناوب في هذا الهوائي .

فكر في الأجزاء التي يتكون منها جهاز استقبال بوبوف. كان الجزء الرئيسي من جهاز الاستقبال متماسكًا (أنبوب زجاجي مملوء ببطاقات معدنية (الشكل 9)).

تتمتع هذه الحالة من برادة الحديد بمقاومة كهربائية عالية ، وفي هذه الحالة لا يمرر المتماسك تيارًا كهربائيًا ، ولكن بمجرد انزلاق شرارة صغيرة عبر التماسك (لهذا كان هناك اتصالان منفصلان) ، تم تلبيد البرادة وانخفضت مقاومة المتماسك مئات المرات.

الجزء التالي من مستقبل بوبوف هو جرس كهربائي (الشكل 10).

أرز. 10. جرس كهربائي في جهاز استقبال بوبوف ()

كان جرسًا كهربائيًا يعلن عن استقبال موجة كهرومغناطيسية. بالإضافة إلى الجرس الكهربائي ، كان لدى مستقبل Popov مصدر تيار مباشر - بطارية (الشكل 7) ، والتي تضمن تشغيل جهاز الاستقبال بالكامل. وبالطبع هوائي الاستقبال الذي رفعه بوبوف في بالونات (الشكل 11).

أرز. 11. هوائي الاستقبال ()

كان تشغيل جهاز الاستقبال على النحو التالي: خلقت البطارية تيارًا كهربائيًا في الدائرة ، حيث تم تضمين المتماسك والجرس. لا يمكن أن يرن الجرس الكهربائي ، نظرًا لأن التماسك لديه مقاومة كهربائية كبيرة ، والتيار لا يمر ، وكان من الضروري تحديد المقاومة المطلوبة. عندما اصطدمت موجة كهرومغناطيسية بهوائي الاستقبال ، نشأ تيار كهربائي فيه ، وكان التيار الكهربائي من الهوائي ومصدر الطاقة معًا كبيرًا جدًا - في تلك اللحظة قفزت شرارة ، وتلبد نشارة الخشب المتماسكة ، وتمر تيار كهربائي عبرها الجهاز. بدأ الجرس يرن (الشكل 12).

أرز. 12. مبدأ تشغيل جهاز الاستقبال Popov ()

في مستقبل بوبوف ، بالإضافة إلى الجرس ، كانت هناك آلية قرع مصممة بحيث تضرب الجرس والمتماسك في وقت واحد ، وبالتالي تهز المتماسك. عندما جاءت الموجة الكهرومغناطيسية ، رن الجرس ، اهتز التماسك - انهارت نشارة الخشب ، وفي تلك اللحظة زادت المقاومة مرة أخرى ، توقف التيار الكهربائي عن التدفق عبر التماسك. توقف الجرس عن الرنين حتى الاستقبال التالي لموجة كهرومغناطيسية. هذه هي الطريقة التي عمل بها جهاز استقبال بوبوف.

أشار بوبوف إلى ما يلي: يمكن أن يعمل جهاز الاستقبال جيدًا على مسافات طويلة ، ولكن من الضروري إنشاء باعث جيد جدًا للموجات الكهرومغناطيسية - كانت هذه هي مشكلة ذلك الوقت.

تم الإرسال الأول بواسطة جهاز بوبوف على مسافة 25 مترًا ، وفي غضون سنوات قليلة فقط أصبحت المسافة بالفعل أكثر من 50 كيلومترًا. اليوم ، بمساعدة موجات الراديو ، يمكننا نقل المعلومات حول العالم.

لم يعمل بوبوف فقط في هذا المجال ، فقد تمكن العالم الإيطالي ماركوني من إدخال اختراعه في الإنتاج في جميع أنحاء العالم تقريبًا. لذلك ، أتت إلينا أجهزة استقبال الراديو الأولى من الخارج. سننظر في مبادئ الاتصال اللاسلكي الحديث في الدرس التالي.

فهرس

  1. تيخوميروفا إس إيه ، يافورسكي بي إم. الفيزياء (المستوى الأساسي) - M: Mnemozina، 2012.
  2. جيندينشتاين إل إي ، ديك يو. الصف العاشر في الفيزياء. - م: Mnemosyne، 2014.
  3. كيكوين آي كيه ، كيكوين إيه كيه. الفيزياء - 9. - م: التنوير ، 1990.

واجب منزلي

  1. ما هي استنتاجات ماكسويل التي حاول هاينريش هيرتز تحديها؟
  2. حدد الموجة الكهرومغناطيسية.
  3. قم بتسمية مبدأ تشغيل جهاز استقبال Popov.
  1. بوابة الإنترنت Mirit.ru ().
  2. بوابة الإنترنت Ido.tsu.ru ().
  3. بوابة الإنترنت Reftrend.ru ().

دعونا نواصل دراسة القضايا المتعلقة بالموجات الكهرومغناطيسية ،
وسيخصص موضوع درسنا لتجارب هاينريش هيرتز والخلق
الراديو للعلماء الروس أ. بوبوف
التذبذبات الكهرومغناطيسية التي تنشأ في دائرة تذبذبية ، وفقًا لنظرية ماكسويل
يمكن أن تنتشر في الفضاء. أظهر في عمله أن هذه الموجات
ينتشر بسرعة الضوء عند 300000 كم / ثانية. ومع ذلك ، حاول العديد من العلماء
دحض عمل ماكسويل ، أحدهم كان هاينريش هيرتز. كان متشككا
وحاول عمل ماكسويل إجراء تجربة لدحض التكاثر
حقل كهرومغناطيسي.
يسمى المجال الكهرومغناطيسي المنتشر في الفضاء المجال الكهرومغناطيسي.
لوح.
في المجال الكهرومغناطيسي ، الحث المغناطيسي وشدة المجال الكهربائي
متعامدة بشكل متبادل ، ومن نظرية ماكسويل اتبعت ذلك المستوى
موقع الحث المغناطيسي والشدة بزاوية 900 للاتجاه
انتشار الموجات الكهرومغناطيسية (الشكل 1).
أرز. 1. مستويات موقع الحث المغناطيسي والشدة (المصدر)
وحاولت هذه الاستنتاجات تحدي هاينريش هيرتز. في تجاربه ، حاول إنشاء جهاز
لدراسة الموجة الكهرومغناطيسية. من أجل الحصول على باعث كهرومغناطيسي
موجات ، بنى هاينريش هيرتز ما يسمى بهزاز هيرتز ، والآن نسميه
هوائي الإرسال (الشكل 2).

أرز. 2. هزاز هيرتز (المصدر)
ضع في اعتبارك كيف حصل هاينريش هيرتز على هوائي الإرسال أو الباعث.
أرز. 3.دائرة هيرتز متذبذبة مغلقة (المصدر)
مع وجود دائرة تذبذبية مغلقة متاحة (الشكل 3) ، بدأ Hertz في نشر اللوحات
مكثف في اتجاهات مختلفة ، وفي النهاية ، تقع الصفائح بزاوية 1800 ، مع
اتضح أنه إذا حدثت تذبذبات في هذه الدائرة التذبذبية ، فعندئذٍ
يلف هذه الدائرة التذبذبية المفتوحة من جميع الجهات. نتيجة ل
خلق المجال الكهربائي المتغير مجالًا مغناطيسيًا متناوبًا ومغناطيسيًا متناوبًا
خلق الكهربائية وهلم جرا. هذه العملية تسمى الموجة الكهرومغناطيسية.
(الشكل 4).

أرز. 4. إشعاع الموجة الكهرومغناطيسية (المصدر)
إذا كان مصدر الجهد متصلاً بدائرة تذبذبية مفتوحة ، فعندئذٍ بين الناقص
والشرارة ستقفز كميزة موجبة ، وهي بالضبط الشحنة سريعة الحركة. حول
من هذه الشحنة تتحرك مع التسارع ، يتشكل مجال مغناطيسي متناوب ، والذي
يخلق مجالًا كهربائيًا دواميًا متناوبًا ، والذي بدوره يخلق مجالًا متناوبًا
مغناطيسي ، وما إلى ذلك. وهكذا ، وفقًا لافتراض هاينريش هيرتز ، سيكون هناك
إشعاع الموجات الكهرومغناطيسية. كان الهدف من تجربة هيرتز هو المراقبة
تفاعل وانتشار الموجات الكهرومغناطيسية.
لتلقي الموجات الكهرومغناطيسية ، كان على هيرتز أن يصنع مرنانًا (الشكل 5).
أرز. 5. مرنان هيرتز (المصدر)
هذه دائرة متذبذبة ، وهي عبارة عن موصل مغلق مقطوع ،
مزودة بكرتين ، وكانت هذه الكرات متواجدة نسبيًا

من بعضهما البعض على مسافة قصيرة. قفزت شرارة بين كرتين مرنان
في نفس اللحظة تقريبًا عندما قفزت الشرارة إلى الباعث (الشكل 6).
الشكل 6. انبعاث واستقبال الموجة الكهرومغناطيسية (المصدر)
كان هناك انبعاث لموجة كهرومغناطيسية ، وبالتالي استقبال هذه الموجة
مرنان ، والذي تم استخدامه كمستقبل.
من هذه التجربة تلاها أن هناك موجات كهرومغناطيسية تنتشر ،
على التوالي ، نقل الطاقة ، يمكن أن يخلق تيارًا كهربائيًا في دائرة مغلقة ،
التي تقع على مسافة كبيرة بما فيه الكفاية من باعث الموجة الكهرومغناطيسية.
في تجارب هيرتز ، كانت المسافة بين الدائرة التذبذبية المفتوحة والرنان
حوالي ثلاثة أمتار. كان هذا كافياً لمعرفة أن الموجة الكهرومغناطيسية تستطيع ذلك
تنتشر في الفضاء. في وقت لاحق ، أجرى هيرتز تجاربه واكتشف ذلك
كيف تنتشر الموجة الكهرومغناطيسية ، ما يمكن أن تتداخل معه بعض المواد
تنتشر مثلا مواد موصلة للكهرباء لا تعطي
لتمرير موجة كهرومغناطيسية. المواد التي لا توصل الكهرباء
الموجة الكهرومغناطيسية بالمرور.
اختراع الراديو من قبل أ. بوبوف
أظهرت تجارب هاينريش هيرتز إمكانية إرسال واستقبال الموجات الكهرومغناطيسية. في
بعد ذلك ، بدأ العديد من العلماء في العمل في هذا الاتجاه. كان أعظم نجاح
العالم الروسي ألكسندر بوبوف ، كان هو الأول في العالم الذي أجرى عملية النقل
المعلومات عن بعد. هذا ما نسميه الآن الراديو ، مترجم إلى اللغة الروسية
تعني كلمة "راديو" "إشعاع" ، وذلك باستخدام الإرسال اللاسلكي للموجات الكهرومغناطيسية
تم تنفيذ المعلومات في 7 مايو 1895. في جامعة سانت بطرسبرغ
تم تثبيت جهاز بوبوف ، الذي تلقى أول صورة إشعاعية ، وكان يتألف فقط من
كلمتين: هاينريش هيرتز.
الحقيقة هي أنه بحلول هذا الوقت كان التلغراف (اتصال سلكي) والهاتف موجودين بالفعل ،
كان هناك أيضًا شفرة مورس ، والتي بمساعدة موظف بوبوف أرسل النقاط والشرطات ،
التي تم كتابتها ونسخها على السبورة أمام اللجنة. راديو بوبوف طبعا
على عكس المستقبلات الحديثة التي نستخدمها (الشكل 7).

أرز. 7. جهاز استقبال راديو بوبوف (المصدر)
لم يجر بوبوف الدراسات الأولى حول استقبال الموجات الكهرومغناطيسية مع بواعث
الموجات الكهرومغناطيسية ، ومع وجود عاصفة رعدية ، يستقبل إشارات برق ، ودعا جهاز الاستقبال الخاص به
كاشف الصواعق (الشكل 8).
أرز. 8. مهاجم صاعقة بوبوف (المصدر)
تشمل مزايا Popov إمكانية إنشاء هوائي استقبال ، كان هو الذي أظهر
الحاجة إلى إنشاء هوائي طويل خاص يمكنه استقبال ما يكفي
كمية كبيرة من الطاقة من موجة كهرومغناطيسية بحيث يتم إحداث هذا الهوائي
التيار الكهربائي المتردد.
فكر في الأجزاء التي يتكون منها جهاز استقبال بوبوف. كان الجزء الرئيسي من المتلقي
coherer (أنبوب زجاجي مملوء ببرادة معدنية (الشكل 9)).

أرز. 9. Coherer (المصدر)
تتمتع هذه الحالة من برادة الحديد بمقاومة كهربائية عالية ، في مثل هذه الحالة
الحالة ، لم يمر تماسك التيار الكهربائي ، لكن الأمر يستحق انزلاق شرارة صغيرة
من خلال المتماسك (لهذا كان هناك اتصالان منفصلان) ونشارة الخشب
متكلس وتناقصت مقاومة التماسك مئات المرات.
الجزء التالي من مستقبل بوبوف هو جرس كهربائي (الشكل 10).
أرز. 10. جرس كهربائي في جهاز استقبال بوبوف (المصدر)
كان جرسًا كهربائيًا يعلن عن استقبال موجة كهرومغناطيسية. إلا
كان الجرس الكهربائي في مستقبل Popov مصدر تيار مباشر - بطارية (الشكل 7) ،
مما يضمن تشغيل جهاز الاستقبال بالكامل. وبالطبع هوائي الاستقبال الذي بوبوف
مرفوعة في البالونات (الشكل 11).

أرز. 11. استقبال هوائي (المصدر)
كان تشغيل جهاز الاستقبال على النحو التالي: خلقت البطارية تيارًا كهربائيًا في الدائرة ، في
الذي تم تشغيل التماسك والجرس. لا يمكن أن يرن الجرس الكهربائي بسبب التماسك
كان لديه مقاومة كهربائية عالية ، والتيار لم يمر ، وكان ذلك ضروريًا
اختر المقاومة المناسبة. عندما يضرب الإشعاع الكهرومغناطيسي هوائي الاستقبال
موجة ، يتم إحداث تيار كهربائي فيها ، تيار كهربائي من هوائي ومصدر
كان مصدر الطاقة معًا كبيرًا بدرجة كافية - في تلك اللحظة قفزت شرارة ، ونشارة الخشب المتماسكة
متكلس ، ومرر تيار كهربائي عبر الجهاز. بدأ الجرس يرن (الشكل 12).
أرز. 12. مبدأ تشغيل جهاز الاستقبال Popov (المصدر)
في مستقبل Popov ، بالإضافة إلى الجرس ، كانت هناك آلية قرع مصممة بهذه الطريقة
ضرب الجرس والمتماسك في نفس الوقت ، وبالتالي هز المتماسك. متي

جاءت موجة كهرومغناطيسية ، ودق الجرس ، واهتز التماسك - وانهارت نشارة الخشب ،
وفي تلك اللحظة زادت المقاومة مرة أخرى ، توقف التيار الكهربائي عن التدفق
متماسك. توقف الجرس عن الرنين حتى الاستقبال التالي لموجة كهرومغناطيسية. وبالتالي
هذه هي الطريقة التي عمل بها جهاز استقبال بوبوف.
أشار بوبوف إلى ما يلي: يمكن لجهاز الاستقبال أن يعمل بشكل جيد حتى بشكل عام
المسافات ، ولكن لهذا من الضروري إنشاء باعث جيد جدًا للموجات الكهرومغناطيسية
- كانت تلك هي المشكلة في ذلك الوقت.
تم الإرسال الأول بواسطة جهاز Popov على مسافة 25 مترًا ، وداخلها حرفيًا
لعدة سنوات ، كانت المسافة بالفعل أكثر من 50 كيلومترًا. اليوم بمساعدة موجات الراديو
يمكننا نقل المعلومات حول العالم.
خاتمة
لم يعمل بوبوف فقط في هذا المجال ، فقد تمكن العالم الإيطالي ماركوني من تقديمه
اختراع في الإنتاج في جميع أنحاء العالم تقريبًا. لذلك ، فإن أجهزة الراديو الأولى
جاءوا إلينا من الخارج. سننظر في مبادئ الاتصال الراديوي الحديث فيما يلي
الطبقات.

فهرس
تيخوميروفا إس إيه ، يافورسكي بي إم. الفيزياء (المستوى الأساسي) - M: Mnemosyne ،
2012.
1.

واجب منزلي
ما هي استنتاجات ماكسويل التي حاول هاينريش هيرتز تحديها؟
حدد الموجة الكهرومغناطيسية.
قم بتسمية مبدأ تشغيل جهاز استقبال Popov.
1.
2.
3.

وفقًا لنظرية ماكسويل ، يمكن أن تنتشر التذبذبات الكهرومغناطيسية الناشئة في دائرة متذبذبة في الفضاء. أظهر في عمله أن هذه الموجات تنتشر بسرعة الضوء 300000 كم / ثانية. ومع ذلك ، حاول العديد من العلماء دحض عمل ماكسويل ، وكان أحدهم هاينريش هيرتز. كان متشككًا في عمل ماكسويل وحاول إجراء تجربة لدحض انتشار المجال الكهرومغناطيسي.

يسمى المجال الكهرومغناطيسي المنتشر في الفضاء موجه كهرومغناطيسية.

في المجال الكهرومغناطيسي ، يكون الحث المغناطيسي وقوة المجال الكهربائي متعامدين بشكل متبادل ، ومن نظرية ماكسويل تتبعت أن مستوى موقع الحث المغناطيسي والقوة بزاوية 90 0 في اتجاه انتشار الموجات الكهرومغناطيسية (الشكل 1) .

أرز. 1. مستويات موقع الحث المغناطيسي والتوتر ()

وحاولت هذه الاستنتاجات تحدي هاينريش هيرتز. حاول في تجاربه إنشاء جهاز لدراسة الموجات الكهرومغناطيسية. من أجل الحصول على باعث للموجات الكهرومغناطيسية ، بنى Heinrich Hertz ما يسمى بهزاز Hertz ، والآن نسميه هوائي الإرسال (الشكل 2).

أرز. 2. هزاز هيرتز ()

ضع في اعتبارك كيف حصل هاينريش هيرتز على هوائي الإرسال أو الباعث.

أرز. 3. دائرة تذبذبية هيرتز مغلقة ()

بوجود دائرة تذبذبية مغلقة متاحة (الشكل 3) ، بدأ Hertz في فصل لوحات المكثف في اتجاهات مختلفة ، وفي النهاية ، كانت الألواح موجودة بزاوية 180 0 ، واتضح أنه إذا حدثت التذبذبات في هذا التذبذب الدائرة ، ثم قاموا بتغليف هذه الدائرة التذبذبية المفتوحة من جميع الجوانب. نتيجة لذلك ، خلق مجال كهربائي متغير مجالًا مغناطيسيًا متناوبًا ، وخلق مجال مغناطيسي متناوب مجالًا كهربائيًا ، وهكذا. أصبحت هذه العملية معروفة باسم الموجة الكهرومغناطيسية (الشكل 4).

أرز. 4. انبعاث الموجات الكهرومغناطيسية ()

إذا كان مصدر الجهد متصلاً بدائرة تذبذبية مفتوحة ، فإن شرارة ستقفز بين ناقص وما فوق ، وهي بالضبط الشحنة سريعة الحركة. حول هذه الشحنة المتسارعة ، يتم تشكيل مجال مغناطيسي متناوب ، مما يخلق مجالًا كهربائيًا متناوبًا ، والذي بدوره يخلق مجالًا مغناطيسيًا متناوبًا ، وما إلى ذلك. وبالتالي ، وفقًا لافتراض هاينريش هيرتز ، ستنبعث الموجات الكهرومغناطيسية. كان الغرض من تجربة هيرتز هو مراقبة تفاعل وانتشار الموجات الكهرومغناطيسية.

لتلقي الموجات الكهرومغناطيسية ، كان على هيرتز أن يصنع مرنانًا (الشكل 5).

أرز. 5. مرنان هيرتز ()

هذه دائرة تذبذبية ، وهي عبارة عن موصل مغلق ومقطع مزود بكرتين ، وكانت هذه الكرات متوضعة نسبيًا

من بعضهما البعض على مسافة قصيرة. قفزت شرارة بين كرتَي الرنان تقريبًا في نفس اللحظة تقريبًا عندما قفزت الشرارة إلى الباعث (الشكل 6).

الشكل 6. انبعاث واستقبال الموجة الكهرومغناطيسية ()

كان هناك انبعاث لموجة كهرومغناطيسية ، وبالتالي ، استقبال هذه الموجة بواسطة مرنان ، والذي تم استخدامه كمستقبل.

من هذه التجربة ، تبع ذلك وجود موجات كهرومغناطيسية ، تنتشر ، على التوالي ، تحمل الطاقة ، ويمكن أن تخلق تيارًا كهربائيًا في دائرة مغلقة ، تقع على مسافة كبيرة بما فيه الكفاية من باعث الموجة الكهرومغناطيسية.

في تجارب هيرتز ، كانت المسافة بين الدائرة التذبذبية المفتوحة والمرنان حوالي ثلاثة أمتار. كان هذا كافياً لمعرفة أن الموجة الكهرومغناطيسية يمكن أن تنتشر في الفضاء. في وقت لاحق ، أجرى هيرتز تجاربه واكتشف كيف تنتشر الموجة الكهرومغناطيسية ، وأن بعض المواد يمكن أن تعيق الانتشار ، على سبيل المثال ، المواد التي توصل الكهرباء تمنع الموجة الكهرومغناطيسية من المرور. المواد التي لا توصل الكهرباء سمحت للموجة الكهرومغناطيسية بالمرور.

أظهرت تجارب هاينريش هيرتز إمكانية إرسال واستقبال الموجات الكهرومغناطيسية. بعد ذلك ، بدأ العديد من العلماء في العمل في هذا الاتجاه. حقق العالم الروسي ألكسندر بوبوف أكبر نجاح ، وكان أول من قام بنقل المعلومات عن بعد في العالم. هذا ما نسميه الآن الراديو ، المترجم إلى الروسية ، "راديو" يعني "إشعاع" ، بمساعدة الموجات الكهرومغناطيسية ، تم إجراء نقل لاسلكي للمعلومات في 7 مايو 1895. في جامعة سانت بطرسبرغ ، تم توفير جهاز بوبوف ، والذي تلقى أول صورة إشعاعية ، وكان يتألف من كلمتين فقط: هاينريش هيرتز.

الحقيقة هي أنه بحلول هذا الوقت كان التلغراف (الاتصال السلكي) والهاتف موجودين بالفعل ، كان هناك أيضًا شفرة مورس ، والتي بمساعدة موظف بوبوف قام بنقل النقاط والشرطات ، والتي تم تسجيلها وفك تشفيرها على اللوحة أمام اللجنة . بالطبع ، راديو بوبوف ليس مثل أجهزة الاستقبال الحديثة التي نستخدمها (الشكل 7).

أرز. 7. جهاز استقبال راديو Popov ()

أجرى بوبوف الدراسات الأولى حول استقبال الموجات الكهرومغناطيسية ليس مع بواعث الموجات الكهرومغناطيسية ، ولكن مع عاصفة رعدية ، يستقبل إشارات برق ، وأطلق على جهاز الاستقبال الخاص به كاشف البرق (الشكل 8).

أرز. 8. مهاجم صاعقة بوبوف ()

تشمل مزايا بوبوف إمكانية إنشاء هوائي استقبال ، حيث أظهر الحاجة إلى إنشاء هوائي طويل خاص يمكنه استقبال كمية كبيرة من الطاقة من الموجة الكهرومغناطيسية بحيث يتم إحداث تيار كهربائي متناوب في هذا الهوائي .

فكر في الأجزاء التي يتكون منها جهاز استقبال بوبوف. كان الجزء الرئيسي من جهاز الاستقبال متماسكًا (أنبوب زجاجي مملوء ببطاقات معدنية (الشكل 9)).

تتمتع هذه الحالة من برادة الحديد بمقاومة كهربائية عالية ، وفي هذه الحالة لا يمرر المتماسك تيارًا كهربائيًا ، ولكن بمجرد انزلاق شرارة صغيرة عبر التماسك (لهذا كان هناك اتصالان منفصلان) ، تم تلبيد البرادة وانخفضت مقاومة المتماسك مئات المرات.

الجزء التالي من مستقبل بوبوف هو جرس كهربائي (الشكل 10).

أرز. 10. جرس كهربائي في جهاز استقبال بوبوف ()

كان جرسًا كهربائيًا يعلن عن استقبال موجة كهرومغناطيسية. بالإضافة إلى الجرس الكهربائي ، كان لدى مستقبل Popov مصدر تيار مباشر - بطارية (الشكل 7) ، والتي تضمن تشغيل جهاز الاستقبال بالكامل. وبالطبع هوائي الاستقبال الذي رفعه بوبوف في بالونات (الشكل 11).

أرز. 11. هوائي الاستقبال ()

كان تشغيل جهاز الاستقبال على النحو التالي: خلقت البطارية تيارًا كهربائيًا في الدائرة ، حيث تم تضمين المتماسك والجرس. لا يمكن أن يرن الجرس الكهربائي ، نظرًا لأن التماسك لديه مقاومة كهربائية كبيرة ، والتيار لا يمر ، وكان من الضروري تحديد المقاومة المطلوبة. عندما اصطدمت موجة كهرومغناطيسية بهوائي الاستقبال ، نشأ تيار كهربائي فيه ، وكان التيار الكهربائي من الهوائي ومصدر الطاقة معًا كبيرًا جدًا - في تلك اللحظة قفزت شرارة ، وتلبد نشارة الخشب المتماسكة ، وتمر تيار كهربائي عبرها الجهاز. بدأ الجرس يرن (الشكل 12).

أرز. 12. مبدأ تشغيل جهاز الاستقبال Popov ()

في مستقبل بوبوف ، بالإضافة إلى الجرس ، كانت هناك آلية قرع مصممة بحيث تضرب الجرس والمتماسك في وقت واحد ، وبالتالي تهز المتماسك. عندما جاءت الموجة الكهرومغناطيسية ، رن الجرس ، اهتز التماسك - انهارت نشارة الخشب ، وفي تلك اللحظة زادت المقاومة مرة أخرى ، توقف التيار الكهربائي عن التدفق عبر التماسك. توقف الجرس عن الرنين حتى الاستقبال التالي لموجة كهرومغناطيسية. هذه هي الطريقة التي عمل بها جهاز استقبال بوبوف.

أشار بوبوف إلى ما يلي: يمكن أن يعمل جهاز الاستقبال جيدًا على مسافات طويلة ، ولكن من الضروري إنشاء باعث جيد جدًا للموجات الكهرومغناطيسية - كانت هذه هي مشكلة ذلك الوقت.

تم الإرسال الأول بواسطة جهاز بوبوف على مسافة 25 مترًا ، وفي غضون سنوات قليلة فقط أصبحت المسافة بالفعل أكثر من 50 كيلومترًا. اليوم ، بمساعدة موجات الراديو ، يمكننا نقل المعلومات حول العالم.

لم يعمل بوبوف فقط في هذا المجال ، فقد تمكن العالم الإيطالي ماركوني من إدخال اختراعه في الإنتاج في جميع أنحاء العالم تقريبًا. لذلك ، أتت إلينا أجهزة استقبال الراديو الأولى من الخارج. سننظر في مبادئ الاتصال اللاسلكي الحديث في الدرس التالي.

فهرس

  1. تيخوميروفا إس إيه ، يافورسكي بي إم. الفيزياء (المستوى الأساسي) - M: Mnemozina، 2012.
  2. جيندينشتاين إل إي ، ديك يو. الصف العاشر في الفيزياء. - م: Mnemosyne، 2014.
  3. كيكوين آي كيه ، كيكوين إيه كيه. الفيزياء - 9. - م: التنوير ، 1990.

واجب منزلي

  1. ما هي استنتاجات ماكسويل التي حاول هاينريش هيرتز تحديها؟
  2. حدد الموجة الكهرومغناطيسية.
  3. قم بتسمية مبدأ تشغيل جهاز استقبال Popov.
  1. بوابة الإنترنت Mirit.ru ().
  2. بوابة الإنترنت Ido.tsu.ru ().
  3. بوابة الإنترنت Reftrend.ru ().