domicile l'Internet

Expériences Hertz. Ondes électromagnétiques

Envoyer votre bon travail dans la base de connaissances est simple. Utilisez le formulaire ci-dessous

Les étudiants, les étudiants diplômés, les jeunes scientifiques qui utilisent la base de connaissances dans leurs études et leur travail vous en seront très reconnaissants.

Posté sur http://www.allbest.ru/

Ministère de l'enseignement supérieur et secondaire de la République d'Ouzbékistan

Université nationale de la République d'Ouzbékistan nommée d'après Mirzo Oulougbek

Faculté de physique

Signaler

Par discipline : "Optique"

Sur le thème : "Expériences de Heinrich Hertz"

Preparé par:

étudiant de 2ème année

Céleste Andrey Anatolievich

Superviseur:

d.p.m.s. prof.

Valiev Uigun Vakhidovitch

Tachkent 2015

Introduction

1. Énoncé du problème

2. Un phénomène intéressant

3. Vibromasseur Hertz

4. Bobine de Ruhmkorff

5. Expériences de vibrateur

Épilogue

Littérature

Introduction

Heinrich Hertz est né en 1857 à Hambourg (Allemagne) dans la famille d'un avocat. Depuis son enfance, il avait une excellente mémoire et d'excellentes capacités pour le dessin, les langues, la créativité technique et s'intéressait aux sciences exactes. En 1880, à l'âge de 23 ans, il est diplômé de l'Université de Berlin avec un brillant doctorat en électrodynamique théorique. Le superviseur de Hertz était le célèbre physicien européen G. Helmholtz, pour qui Hertz a travaillé comme assistant pendant les trois années suivantes.

Helmholtz, qui a traité de nombreux problèmes de physique, a développé sa propre version de l'électrodynamique théorique. Sa théorie était en concurrence avec les théories présentées précédemment de W. Weber et JK Maxwell. Ce sont les trois principales théories de l'électromagnétisme à cette époque. Cependant, une confirmation expérimentale était nécessaire.

1. Énoncé du problème

En 1879, l'Académie des sciences de Berlin, à l'initiative de Helmholtz, propose une tâche compétitive : "Établir expérimentalement s'il existe un lien entre les forces électrodynamiques et la polarisation diélectrique". La solution à ce problème, c'est-à-dire confirmation expérimentale et était censé donner une réponse sur laquelle des théories est correcte. Helmholtz a suggéré que Hertz assume cette tâche. Hertz, a tenté de résoudre le problème en utilisant les oscillations électriques qui se produisent lors de la décharge des condensateurs et des inductances. Cependant, il a rapidement rencontré un problème - beaucoup plus de vibrations à haute fréquence étaient nécessaires qu'elles ne pouvaient en recevoir à ce moment-là.

Des oscillations à haute fréquence, bien supérieures à la fréquence du courant industriel (50 Hz), peuvent être obtenues à l'aide d'un circuit oscillant. La fréquence des oscillations u = 1 / v (LC) sera d'autant plus grande que l'inductance et la capacité du circuit seront petites.

Un calcul simple montre que pour créer les fréquences que Hertz a réussi à obtenir plus tard (500 MHz), un condensateur de 2 nF et une inductance de 2 nH sont nécessaires. Cependant, le progrès industriel de cette époque n'avait pas encore atteint la possibilité de créer de si petites capacités et inductances.

2. Un phénomène intéressant

N'ayant pas réussi à résoudre ce problème, il gardait l'espoir de trouver la réponse. Depuis, tout ce qui était lié aux vibrations électriques l'a toujours intéressé.

Déjà plus tard, à l'automne 1886, lors du débogage du matériel de cours, à savoir la vérification des bobines d'induction avec un éclateur finement réglable entre les billes métalliques aux extrémités des enroulements à l'aide d'une vis micrométrique, Hertz découvrit un phénomène intéressant : exciter une étincelle dans l'une des bobines, il n'est pas nécessaire de connecter une batterie puissante, l'essentiel est qu'une étincelle saute dans l'éclateur de la bobine primaire.

Il a mené une série d'expériences pour confirmer son observation.

3. Vibromasseur Hertz

Dans ses expériences, pour obtenir des ondes électromagnétiques, Hertz a utilisé un appareil simple, maintenant appelé le vibrateur Hertz.

Cet appareil est un circuit oscillant ouvert (figure de droite). Le circuit oscillant habituel représenté sur la figure de gauche (il peut être qualifié de fermé) n'est pas adapté à l'émission d'ondes électromagnétiques. Le fait est que le champ électrique alternatif est concentré principalement dans une très petite région d'espace entre les plaques du condensateur, et le champ magnétique est concentré à l'intérieur de la bobine. Pour que le rayonnement des ondes électromagnétiques soit suffisamment intense, la région du champ électromagnétique alternatif doit être large et non entourée de plaques métalliques. Il y a une similitude avec le rayonnement des ondes sonores. Une corde oscillante ou un diapason sans caisse de résonance rayonne à peine, car dans ce cas les vibrations de l'air sont excitées dans une très petite région de l'espace directement adjacente à la corde ou aux branches du diapason.

La zone dans laquelle un champ électrique alternatif est créé augmente si les plaques du condensateur sont écartées. En conséquence, la capacité diminue. Réduire simultanément la surface des plaques réduira encore la capacité. La réduction de la capacité augmentera la fréquence naturelle de ce circuit oscillant. Pour augmenter encore la fréquence, vous devez remplacer la bobine par un fil droit sans spires. L'inductance d'un fil droit est bien inférieure à l'inductance d'une bobine. En continuant à écarter les plaques et en même temps en réduisant leurs dimensions, on arrivera à un circuit oscillant ouvert. C'est juste un fil droit. Dans un circuit ouvert, les charges ne sont pas concentrées aux extrémités, mais réparties dans tout le conducteur. Le courant à un moment donné dans toutes les sections du conducteur est dirigé dans la même direction, mais l'intensité du courant n'est pas la même dans les différentes sections du conducteur. Aux extrémités, il est égal à zéro et au milieu, il atteint un maximum.

Pour exciter des oscillations dans un tel circuit, il est nécessaire de couper le fil au milieu afin qu'il reste un petit entrefer, appelé éclateur. Grâce à cet entrefer, il est possible de charger les deux conducteurs à une forte différence de potentiel.

Lorsque des charges opposées suffisamment importantes ont été communiquées aux billes, une décharge électrique s'est produite entre elles et des oscillations électriques libres sont apparues dans le circuit électrique. Après chaque recharge des balles, une étincelle saute à nouveau entre elles, et le processus a été répété plusieurs fois. Ayant placé à une certaine distance de ce circuit une bobine de fil avec deux boules aux extrémités - un résonateur - Hertz a découvert que lorsqu'une étincelle saute entre les boules du vibrateur, une petite étincelle se produit entre les boules du résonateur. Par conséquent, lors d'oscillations électriques dans un circuit électrique, un champ électromagnétique alternatif tourbillonnaire apparaît dans l'espace qui l'entoure. Ce champ crée un courant électrique dans le circuit secondaire (résonateur).

En raison de la faible capacité et de l'inductance, la fréquence d'oscillation est très élevée. Les oscillations seront bien entendu amorties pour deux raisons : premièrement, en raison de la présence d'une résistance active dans le vibreur, qui est particulièrement importante dans l'éclateur ; d'autre part, en raison du fait que le vibrateur émet des ondes électromagnétiques et perd de l'énergie dans le processus. Après l'arrêt des oscillations, la source charge à nouveau les deux conducteurs jusqu'à ce que la panne de l'éclateur se produise, et tout se répète depuis le début. La figure ci-dessous montre un vibrateur Hertz connecté en série avec une batterie galvanique et une bobine de Ruhmkorff.

Dans l'un des premiers vibrateurs assemblés par le scientifique, aux extrémités d'un fil de cuivre de 2,6 m de long et de 5 mm de diamètre, muni d'un éclateur au milieu, des billes mobiles en étain de 0,3 m de diamètre étaient montées en résonance. Par la suite, Hertz a retiré ces balles pour augmenter la fréquence.

4. Bobine de Ruhmkorff

La bobine de Ruhmkorff, qu'Heinrich Hertz a utilisée dans ses expériences, du nom du physicien allemand Heinrich Ruhmkorff, se compose d'une partie cylindrique avec une tige de fer centrale à l'intérieur, sur laquelle est enroulé un enroulement primaire à fil épais. Plusieurs milliers de tours d'un enroulement secondaire de fil très fin sont enroulés sur l'enroulement primaire. L'enroulement primaire est connecté à une batterie d'éléments chimiques et à un condensateur. Un disjoncteur (buzzer) et un interrupteur sont introduits dans le même circuit. Le but du disjoncteur est de fermer et d'ouvrir rapidement alternativement le circuit. Il en résulte qu'à chaque fermeture et ouverture du circuit primaire, de forts courants instantanés apparaissent dans l'enroulement secondaire : lorsqu'il est interrompu, direct (de même sens que le courant de l'enroulement primaire) et lorsqu'il est fermé, inverse. Lorsque l'enroulement primaire est fermé, un courant croissant le traverse. La bobine de Ruhmkorff stocke l'énergie dans le noyau sous la forme d'un champ magnétique. L'énergie du champ magnétique est :

C - flux magnétique,

L est l'inductance d'une bobine ou d'une bobine avec du courant.

Lorsque le champ magnétique atteint une certaine valeur, l'armature est attirée et le circuit s'ouvre. Lorsque le circuit est ouvert dans les deux enroulements, une surtension (back EMF) se produit, qui est directement proportionnelle au nombre de tours des enroulements, de grande amplitude même dans l'enroulement primaire, et encore plus dans le secondaire, la haute tension qui traverse l'entrefer entre les bornes de l'enroulement secondaire (la tension de claquage de l'air est environ égale à 3 kV sur 1 mm). La force contre-électromotrice dans l'enroulement primaire charge le condensateur C à travers la faible résistance de la batterie d'éléments chimiques.

5. Expériences de vibratoRhum

découvrez Heinrich Hertz

Hertz a reçu des ondes électromagnétiques en excitant une série d'impulsions de courant alternatif rapide dans un vibrateur à l'aide d'une source haute tension. Les oscillations des charges électriques dans le vibrateur créent une onde électromagnétique. Seules les oscillations dans le vibrateur ne sont pas effectuées par une particule chargée, mais par un grand nombre d'électrons se déplaçant de concert.

Dans une onde électromagnétique vecteurs E? et B? sont perpendiculaires entre eux, et le vecteur E? se situe dans le plan passant par le vibrateur, et le vecteur B? perpendiculaire à ce plan.

La figure montre les lignes d'induction électrique et magnétique autour du vibrateur à un point fixe dans le temps: dans le plan horizontal, il y a des lignes d'induction du champ magnétique et dans la verticale - des lignes de champ électrique. Le rayonnement des ondes se produit avec une intensité maximale dans la direction perpendiculaire à l'axe du vibrateur. Il n'y a pas de rayonnement le long de l'axe.

Hertz n'a pas réussi à le découvrir immédiatement. Pour ses expériences, il assombrit sa chambre. Et il marchait avec un résonateur qui regardait, parfois même à travers une loupe, où dans la pièce, par rapport au générateur, une étincelle apparaissait.

En expérimentant avec son vibrateur, le scientifique a remarqué qu'un schéma apparemment complètement naturel avec l'affaiblissement de l'étincelle dans le résonateur avec l'augmentation de la distance à la source de vibrations est violé lorsque le résonateur est près des murs ou près d'un poêle en fer.

Après mûre réflexion, Hertz s'est rendu compte que la matière était dans la réflexion des ondes, et que le comportement étrange de l'étincelle dans le résonateur près des murs n'était rien de plus qu'une interférence. Pour le confirmer, il a fixé une tôle mise à la terre au mur et a placé un vibreur devant celle-ci. Avec le résonateur dans ses mains, il commença à se déplacer lentement dans une direction perpendiculaire au mur. Dans ce cas, il s'est avéré que périodiquement, à intervalles réguliers, le résonateur tombait dans des zones mortes dans lesquelles il n'y avait pas d'étincelle. Il s'agissait de zones dans lesquelles l'onde directe du vibrateur rencontrait l'onde réfléchie de la phase opposée et s'éteignait, ce qui confirmait pleinement la présence de processus d'interférence.

Cela provoqua un véritable ravissement du monde scientifique tout entier. De plus, il a facilement démontré la rectitude de la propagation du rayonnement. Lorsque le chemin du vibrateur au résonateur a été bloqué par un écran métallique, les étincelles dans le résonateur ont complètement disparu. Dans le même temps, il s'est avéré que les isolants (diélectriques) sont transparents aux ondes électromagnétiques. Tout aussi facilement, une analogie complète avec les lois de la réflexion de la lumière a été démontrée - pour cela, le vibreur et le résonateur ont été installés d'un côté d'une tôle mise à la terre, qui a joué le rôle de miroir, et l'égalité des angles d'incidence et la réflexion a été vérifiée.

La plus démonstrative a été l'expérience de démonstration de la possibilité de réfraction du rayonnement électromagnétique. Pour cela, un prisme d'asphalte pesant plus d'une tonne a été utilisé. Le prisme avait la forme d'un triangle isocèle avec un côté de 1,2 mètre et un angle au sommet de 300. En dirigeant le "faisceau électrique" vers le prisme d'asphalte, Hertz a enregistré sa déviation de 320, ce qui correspondait à une valeur acceptable de l'indice de réfraction égale à 1,69.

Dans ses expériences, Hertz a non seulement prouvé expérimentalement l'existence d'ondes électromagnétiques, mais a également étudié tous les phénomènes typiques de toutes les ondes: réflexion sur des surfaces métalliques, réfraction dans un grand prisme diélectrique, interférence d'une onde progressive avec une onde réfléchie par un métal miroir, etc... Expérimentalement, il a également été possible de mesurer la vitesse des ondes électromagnétiques, qui s'est avérée égale à la vitesse de la lumière dans le vide. Ces résultats sont l'une des preuves les plus solides de l'exactitude de la théorie électromagnétique de Maxwell, selon laquelle la lumière est une onde électromagnétique.

Épilogue

Déjà sept ans après Hertz, les ondes électromagnétiques ont trouvé une application dans les communications sans fil. Il est significatif que l'inventeur russe de la radio Alexander Stepanovich Popov dans son premier radiogramme en 1896 ait transmis deux mots : "Heinrich Hertz".

LLittérature

1. Bibliothèque "Quantique", n° 1, 1988

2. Landsberg G.S., Optique - M. : FIZMATLIT, 2003, 848s.

3. Kaliteevsky N.I., « Wave optics », Moscou : Vyssh. école, 1978, 383s

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

5.https://ru.wikipedia.org

6. http://ido.tsu.ru

7. http://alexandr4784.narod.ru

Hébergé sur Allbest.ru

Documents similaires

Brève biographie de G. Hertz. Confirmation expérimentale de la théorie de Maxwell à la suite de la création par un physicien allemand d'un vibrateur (émetteur) et d'un résonateur (récepteur) d'ondes électromagnétiques. La conception du vibrateur, le mécanisme de l'apparition d'une étincelle électrique.

présentation, ajouté le 15/01/2013

Le concept d'onde et sa différence avec l'oscillation. L'importance de la découverte des ondes électromagnétiques par J. Maxwell, confirmant les expériences de G. Hertz et les expériences de P. Lebedev. Le processus et la vitesse de propagation du champ électromagnétique. Propriétés et échelle des ondes électromagnétiques.

résumé, ajouté le 10/07/2011

Biographies de G. Hertz et D. Frank. Leur travail commun : l'étude de l'interaction des électrons avec des atomes de gaz rares de faible densité. Analyse des énergies des électrons ayant subi des collisions avec des atomes. Caractéristiques d'une lampe remplie de vide et de gaz.

résumé, ajouté le 27/12/2008

Système d'équations de Maxwell sous forme différentielle et intégrale. Recherche de R. Hertz. Vitesse de propagation des ondes électromagnétiques. Découverte de l'effet photoélectrique. Calcul de la pression lumineuse. Énergie, impulsion et masse d'EMF. Le vecteur d'Umov-Poynting.

présentation, ajouté le 14/03/2016

Evaluation numérique de la dépendance entre paramètres dans la résolution du problème de Hertz pour un cylindre dans une douille. Stabilité d'une plaque rectangulaire avec une charge variant linéairement sur les extrémités. Détermination des fréquences et des modes d'oscillations naturelles de polygones réguliers.

mémoire, ajouté le 12/12/2013

Découverte des rayons X par Winghelm Conrad Roentgen. Publication de l'article "Sur un nouveau type de rayons" dans la revue de la Société Physico-Médical de Würzburg. Expériences de Hittorf, Crookes, Hertz et Lenard. Attribution du prix Nobel de physique.

présentation, ajouté le 10/02/2011

Le concept des ondes électromagnétiques, leur essence et leurs caractéristiques, l'histoire de la découverte et de la recherche, l'importance dans la vie humaine. Types d'ondes électromagnétiques, leurs caractéristiques distinctives. Domaines d'application des ondes électromagnétiques dans la vie quotidienne, leur impact sur le corps humain.

résumé, ajouté le 25/02/2009

Détermination de l'intensité du champ magnétique d'un vibrateur élémentaire dans la zone proche. Équations d'ondes progressives. Leur longueur et la vitesse de leur propagation dans la zone lointaine. Directions du vecteur de Poynting. Puissance et résistance du rayonnement des ondes électromagnétiques.

présentation, ajouté le 13/08/2013

Méthodes de base, façons de définir et de décrire l'état de polarisation du rayonnement. Conditions aux limites pour les milieux naturellement gyrotropes. Formules de relation entre les amplitudes des ondes incidentes, réfléchies et réfractées. Résoudre des problèmes sur la chute d'une onde électromagnétique.

dissertation, ajouté le 13/04/2014

Relation entre les champs électriques alternatifs et magnétiques alternatifs. Propriétés des champs électromagnétiques et des ondes. La spécificité des gammes du rayonnement correspondant et leur application dans la vie courante. L'impact des ondes électromagnétiques sur le corps humain et sa protection.

Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) est né à Hambourg, fils d'un avocat qui devint plus tard sénateur. Hertz étudiait bien, aimait tous les sujets, écrivait de la poésie et aimait travailler sur un tour. Malheureusement, Hertz a été gêné par une mauvaise santé tout au long de sa vie.

En 1875, après avoir obtenu son diplôme du gymnase, Hertz entre à Dresde et, un an plus tard, à l'école technique supérieure de Munich, mais après la deuxième année d'études, il se rend compte qu'il s'est trompé en choisissant une profession. Sa vocation n'est pas l'ingénierie, mais la science. Il entre à l'Université de Berlin, où ses mentors sont les physiciens Helmholtz (1821-1894) et Kirchhoff (1824-1887). En 1880, Hertz est diplômé de l'université plus tôt que prévu et a obtenu un doctorat. Depuis 1885, il est professeur de physique expérimentale à l'Institut polytechnique de Karlsruhe, où ses célèbres expériences ont été réalisées.

En 1932 en URSS, et en 1933 lors d'une réunion de la Commission électrotechnique internationale, l'unité de fréquence du processus périodique "hertz" a été adoptée, qui a ensuite été incluse dans le système international d'unités SI. 1 hertz équivaut à une oscillation complète en une seconde.
Selon le contemporain de Hertz, le physicien J. Thomson (1856-1940), le travail de Hertz est un triomphe étonnant de compétence expérimentale, d'ingéniosité et en même temps un modèle de prudence dans les conclusions.
Une fois, lorsque la mère de Hertz a dit à l'artisan qui enseignait au garçon Hertz le métier de tourneur qu'Heinrich était devenu professeur, il était très contrarié et a fait remarquer:

Ah, quel dommage. Il ferait un excellent tourneur.

Les expériences de Hertz

Maxwell a soutenu que les ondes électromagnétiques ont les propriétés de réflexion, de réfraction, de diffraction, etc. Mais toute théorie ne devient prouvée qu'après sa confirmation dans la pratique. Mais à cette époque, ni Maxwell lui-même ni personne d'autre n'était capable d'obtenir expérimentalement des ondes électromagnétiques. Cela ne s'est produit qu'après 1888, lorsque G. Hertz a découvert expérimentalement les ondes électromagnétiques et a publié les résultats de ses travaux.

Vibromasseur Hertz. Circuit oscillant ouvert.

Idée vibromasseur Hertz. Circuit oscillant ouvert.

Il est connu de la théorie de Maxwell que

seule une charge se déplaçant rapidement peut émettre une onde électromagnétique,

que l'énergie d'une onde électromagnétique est proportionnelle à la quatrième puissance de sa fréquence.

Il est clair que les charges accélérées se déplacent dans le circuit oscillant, il est donc plus facile de les utiliser pour rayonner des ondes électromagnétiques. Mais il faut s'assurer que la fréquence des oscillations de charge devient aussi élevée que possible. De la formule de Thomson pour la fréquence cyclique des oscillations dans le circuit, il s'ensuit que pour augmenter la fréquence, il est nécessaire de réduire la capacité et l'inductance du circuit.

L'essence des phénomènes se produisant dans le vibrateur est brièvement la suivante. L'inductance de Ruhmkorff crée une très haute tension, de l'ordre de dizaines de kilovolts, aux extrémités de son enroulement secondaire, qui charge les sphères avec des charges de signes opposés. À un certain moment, une étincelle électrique se produit dans l'éclateur du vibrateur, rendant la résistance de son entrefer si faible que des oscillations amorties à haute fréquence se produisent dans le vibrateur, durant toute la durée d'existence de l'étincelle. Le vibrateur étant un circuit oscillant ouvert, des ondes électromagnétiques sont émises.

L'anneau de réception était appelé le "résonateur" par Hertz. Des expériences ont montré qu'en modifiant la géométrie du résonateur - la taille, la position et la distance par rapport au vibrateur - il est possible d'obtenir une "harmonie" ou une "synthonie" (résonance) entre la source d'ondes électromagnétiques et le récepteur. La présence de résonance se traduisait par l'apparition d'étincelles dans l'éclateur du résonateur en réponse à une étincelle survenant dans le vibreur. Dans les expériences de Hertz, l'étincelle envoyée avait une longueur de 3 à 7 mm et l'étincelle dans le résonateur n'était que de quelques dixièmes de millimètre. Il n'était possible de voir une telle étincelle que dans l'obscurité, et même à l'aide d'une loupe.

"Je travaille comme un ouvrier d'usine à la fois en termes de temps et de caractère, je répète chaque main levée mille fois", écrit le professeur dans une lettre à ses parents en 1877. La difficulté des expériences avec des ondes suffisamment longues pour les étudier à l'intérieur (par rapport aux ondes lumineuses) peut être vue à partir des exemples suivants. Pour la possibilité de focaliser les ondes électromagnétiques, un miroir parabolique a été courbé à partir d'une feuille de fer galvanisé aux dimensions de 2x1,5 m. Lorsque le vibrateur a été placé au foyer du miroir, un flux parallèle de rayons a été créé. Pour prouver la réfraction de ces rayons, un prisme a été fabriqué à partir d'asphalte sous la forme d'un triangle isocèle avec une face latérale de 1,2 m, une hauteur de 1,5 m et une masse de 1200 kg.

Les résultats des expériences de Hertz

Après une énorme série d'expériences laborieuses et extrêmement ingénieuses, utilisant les moyens improvisés les plus simples, pour ainsi dire, l'expérimentateur a atteint son objectif. Il était possible de mesurer les longueurs d'onde et de calculer la vitesse de leur propagation. ont fait leurs preuves

la présence d'un reflet

réfraction,

diffraction,

interférence et polarisation des ondes.

mesurer la vitesse d'une onde électromagnétique

Après son rapport le 13 décembre 1888 à l'Université de Berlin et ses publications en 1877 - 78. Hertz est devenu l'un des scientifiques les plus populaires et les ondes électromagnétiques ont commencé à être universellement appelées «rayons de Hertz».

Selon la théorie de Maxwell, les oscillations électromagnétiques apparaissant dans un circuit oscillant peuvent se propager dans l'espace. Dans ses travaux, il a montré que ces ondes se propagent à la vitesse de la lumière de 300 000 km/s. Cependant, de nombreux scientifiques ont tenté de réfuter les travaux de Maxwell, l'un d'eux était Heinrich Hertz. Il était sceptique quant au travail de Maxwell et a tenté de mener une expérience pour réfuter la propagation d'un champ électromagnétique.

Un champ électromagnétique se propageant dans l'espace est appelé onde électromagnétique.

Dans un champ électromagnétique, l'induction magnétique et l'intensité du champ électrique sont mutuellement perpendiculaires, et de la théorie de Maxwell, il s'ensuit que le plan de localisation de l'induction magnétique et de l'intensité est à un angle de 90 0 par rapport à la direction de propagation des ondes électromagnétiques (Fig. 1) .

Riz. 1. Plans de localisation de l'induction magnétique et de la tension ()

Ces conclusions et tenté de contester Heinrich Hertz. Dans ses expériences, il a essayé de créer un appareil pour étudier les ondes électromagnétiques. Afin d'obtenir un émetteur d'ondes électromagnétiques, Heinrich Hertz a construit le soi-disant vibrateur Hertz, maintenant nous l'appelons une antenne émettrice (Fig. 2).

Riz. 2. Vibreur Hertz ()

Considérez comment Heinrich Hertz a obtenu son émetteur ou son antenne émettrice.

Riz. 3. Circuit oscillant Hertz fermé ()

Disposant d'un circuit oscillant fermé (Fig. 3), Hertz a commencé à séparer les plaques de condensateur dans différentes directions et, à la fin, les plaques étaient situées à un angle de 180 0, et il s'est avéré que si des vibrations se produisaient dans ce oscillatoire circuit, puis ils ont enveloppé ce circuit oscillant ouvert de tous les côtés. En conséquence, un champ électrique changeant a créé un champ magnétique alternatif, et un champ magnétique alternatif a créé un champ électrique, et ainsi de suite. Ce processus est devenu connu sous le nom d'onde électromagnétique (Fig. 4).

Riz. 4. Émission d'ondes électromagnétiques ()

Si une source de tension est connectée à un circuit oscillant ouvert, une étincelle sautera entre le moins et le plus, ce qui est précisément la charge en mouvement rapide. Autour de cette charge accélératrice, un champ magnétique alternatif se forme, ce qui crée un champ électrique vortex alternatif, qui, à son tour, crée un champ magnétique alternatif, et ainsi de suite. Ainsi, selon l'hypothèse de Heinrich Hertz, des ondes électromagnétiques seront émises. Le but de l'expérience de Hertz était d'observer l'interaction et la propagation des ondes électromagnétiques.

Pour recevoir les ondes électromagnétiques, Hertz a dû fabriquer un résonateur (Fig. 5).

Riz. 5. Résonateur Hertz ()

Il s'agit d'un circuit oscillant, qui était un conducteur fermé coupé équipé de deux billes, et ces billes étaient situées relativement

l'un de l'autre à courte distance. Une étincelle a sauté entre les deux boules de résonateur presque au même moment où l'étincelle a sauté dans l'émetteur (Fig. 6).

Figure 6. Emission et réception d'une onde électromagnétique ()

Il y avait émission d'une onde électromagnétique et, par conséquent, réception de cette onde par un résonateur, qui servait de récepteur.

De cette expérience, il ressort qu'il existe des ondes électromagnétiques, elles se propagent, respectivement, transfèrent de l'énergie, peuvent créer un courant électrique dans un circuit fermé, qui est situé à une distance suffisamment grande de l'émetteur d'ondes électromagnétiques.

Dans les expériences de Hertz, la distance entre le circuit oscillant ouvert et le résonateur était d'environ trois mètres. Cela a suffi pour découvrir qu'une onde électromagnétique peut se propager dans l'espace. Plus tard, Hertz a mené ses expériences et a découvert comment une onde électromagnétique se propage, que certains matériaux peuvent interférer avec la propagation, par exemple, les matériaux qui conduisent le courant électrique empêchent l'onde électromagnétique de passer. Les matériaux qui ne conduisent pas l'électricité laissent passer l'onde électromagnétique.

Les expériences d'Heinrich Hertz ont montré la possibilité de transmettre et de recevoir des ondes électromagnétiques. Par la suite, de nombreux scientifiques ont commencé à travailler dans cette direction. Le plus grand succès a été obtenu par le scientifique russe Alexander Popov, c'est lui qui a été le premier au monde à effectuer la transmission d'informations à distance. C'est ce que nous appelons maintenant la radio, traduit en russe, "radio" signifie "rayonner", à l'aide d'ondes électromagnétiques, la transmission sans fil d'informations a été réalisée le 7 mai 1895. À l'Université de Saint-Pétersbourg, l'appareil de Popov a été fourni, qui a reçu le premier radiogramme, il se composait de seulement deux mots: Heinrich Hertz.

Le fait est qu'à cette époque, le télégraphe (connexion filaire) et le téléphone existaient déjà, il y avait aussi le code Morse, à l'aide duquel l'employé de Popov a transmis des points et des tirets, qui ont été enregistrés et déchiffrés sur le tableau devant la commission . La radio de Popov, bien sûr, n'est pas comme les récepteurs modernes que nous utilisons (Fig. 7).

Riz. 7. Le récepteur radio de Popov ()

Popov a mené les premières études sur la réception des ondes électromagnétiques non pas avec des émetteurs d'ondes électromagnétiques, mais avec un orage, recevant des signaux de foudre, et il a appelé son récepteur un détecteur de foudre (Fig. 8).

Riz. 8. Le foudroyant de Popov ()

Les mérites de Popov incluent la possibilité de créer une antenne de réception, c'est lui qui a montré la nécessité de créer une longue antenne spéciale pouvant recevoir une quantité d'énergie suffisamment importante d'une onde électromagnétique pour qu'un courant électrique alternatif soit induit dans cette antenne .

Considérez en quelles parties le récepteur de Popov était composé. La partie principale du récepteur était le cohéreur (un tube de verre rempli de limaille de métal (Fig. 9)).

Un tel état de limaille de fer a une résistance électrique élevée, dans cet état le cohéreur ne faisait pas passer de courant électrique, mais dès qu'une petite étincelle traversait le cohéreur (pour cela il y avait deux contacts qui étaient séparés), la limaille était frittée et la résistance du cohéreur a diminué des centaines de fois.

La partie suivante du récepteur de Popov est une cloche électrique (Fig. 10).

Riz. 10. Cloche électrique dans le récepteur de Popov ()

C'était une cloche électrique qui annonçait la réception d'une onde électromagnétique. En plus de la cloche électrique, le récepteur de Popov avait une source de courant continu - une batterie (Fig. 7), qui assurait le fonctionnement de l'ensemble du récepteur. Et, bien sûr, l'antenne de réception, que Popov a soulevée dans des ballons (Fig. 11).

Riz. 11. Antenne de réception ()

Le fonctionnement du récepteur était le suivant: la batterie créait un courant électrique dans le circuit, dans lequel le cohéreur et la cloche étaient inclus. La cloche électrique ne pouvait pas sonner, car le cohéreur avait une grande résistance électrique, le courant ne passait pas et il fallait sélectionner la résistance souhaitée. Lorsqu'une onde électromagnétique a frappé l'antenne de réception, un courant électrique y a été induit, le courant électrique de l'antenne et de la source d'alimentation ensemble était assez important - à ce moment-là, une étincelle a sauté, la sciure de bois cohérente s'est frittée et un courant électrique a traversé le dispositif. La cloche a commencé à sonner (Fig. 12).

Riz. 12. Le principe de fonctionnement du récepteur Popov ()

Dans le récepteur de Popov, en plus de la cloche, il y avait un mécanisme de percussion conçu de manière à frapper simultanément la cloche et le cohéreur, secouant ainsi le cohéreur. Lorsque l'onde électromagnétique est arrivée, la cloche a sonné, le cohéreur a été secoué - la sciure de bois s'est émiettée et à ce moment la résistance a de nouveau augmenté, le courant électrique a cessé de circuler dans le cohéreur. La cloche a cessé de sonner jusqu'à la prochaine réception d'une onde électromagnétique. C'est ainsi que fonctionnait le récepteur de Popov.

Popov a souligné ce qui suit: le récepteur peut très bien fonctionner sur de longues distances, mais pour cela, il est nécessaire de créer un très bon émetteur d'ondes électromagnétiques - c'était le problème de l'époque.

La première transmission par l'appareil de Popov a eu lieu à une distance de 25 mètres, et en quelques années seulement, la distance a déjà été de plus de 50 kilomètres. Aujourd'hui, avec l'aide des ondes radio, nous pouvons transmettre des informations dans le monde entier.

Non seulement Popov a travaillé dans ce domaine, mais le scientifique italien Marconi a réussi à introduire son invention dans la production presque partout dans le monde. Par conséquent, les premiers récepteurs radio nous sont venus de l'étranger. Nous examinerons les principes de la communication radio moderne dans la prochaine leçon.

Bibliographie

Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Physique (niveau basique) - M. : Mnemozina, 2012.
Gendenstein L.E., Dick Yu.I. Physique niveau 10. - M. : Mnémosyne, 2014.
Kikoin I.K., Kikoin A.K. Physique-9. - M. : Lumières, 1990.

Devoirs

Quelles conclusions de Maxwell Heinrich Hertz a-t-il tenté de contester ?
Définir une onde électromagnétique.
Nommez le principe de fonctionnement du récepteur Popov.

Portail Internet Mirit.ru ().
Portail Internet Ido.tsu.ru ().
Portail Internet Retrend.ru ().

Poursuivons l'étude des problématiques liées aux ondes électromagnétiques,
et le sujet de notre leçon sera consacré aux expériences de Heinrich Hertz et à la création
radio aux scientifiques russes A. Popov
Oscillations électromagnétiques apparaissant dans un circuit oscillant, selon la théorie de Maxwell
peuvent se propager dans l'espace. Dans son travail, il a montré que ces ondes
se propagent à la vitesse de la lumière à 300 000 km/s. Cependant, de nombreux scientifiques ont essayé
réfuter le travail de Maxwell, l'un d'eux était Heinrich Hertz. Il était sceptique sur
travaux de Maxwell et a tenté de mener une expérience pour réfuter la propagation
Champ électromagnétique.
Un champ électromagnétique se propageant dans l'espace est appelé champ électromagnétique.
vague.
Dans un champ électromagnétique, induction magnétique et intensité du champ électrique
sont mutuellement perpendiculaires, et de la théorie de Maxwell, il s'ensuit que le plan
l'emplacement de l'induction magnétique et de l'intensité est à un angle de 900 par rapport à la direction
propagation des ondes électromagnétiques (Fig. 1).
Riz. 1. Plans de localisation de l'induction magnétique et de l'intensité (Source)
Ces conclusions et tenté de contester Heinrich Hertz. Dans ses expériences, il a essayé de créer un appareil
pour étudier l'onde électromagnétique. Afin d'obtenir un émetteur d'électromagnétisme
vagues, Heinrich Hertz a construit le soi-disant vibrateur Hertz, maintenant nous l'appelons
antenne émettrice (Fig. 2).

Riz. 2. Vibromasseur Hertz (Source)
Considérez comment Heinrich Hertz a obtenu son émetteur ou son antenne émettrice.
Riz. 3. Circuit Hertz oscillant fermé (Source)
Disposant d'un circuit oscillant fermé (Fig. 3), Hertz a commencé à étendre les plaques
condensateur dans différentes directions et, à la fin, les plaques sont situées à un angle de 1800, avec
il s'est avéré que si des oscillations se produisaient dans ce circuit oscillant, alors elles
enveloppait ce circuit oscillant ouvert de toutes parts. Par conséquent
le champ électrique changeant a créé un champ magnétique alternatif et un champ magnétique alternatif
créé électrique et ainsi de suite. Ce processus s'appelle l'onde électromagnétique.
(Fig. 4).

Riz. 4. Rayonnement d'une onde électromagnétique (Source)
Si une source de tension est connectée à un circuit oscillant ouvert, alors entre le moins
et une étincelle sautera comme un plus, qui est précisément la charge en mouvement rapide. Autour de
de cette charge se déplaçant avec accélération, un champ magnétique alternatif se forme, qui
crée un champ électrique vortex alternatif, qui, à son tour, crée une alternance
magnétique, etc. Ainsi, selon l'hypothèse de Heinrich Hertz, il y aura
rayonnement des ondes électromagnétiques. Le but de l'expérience Hertz était d'observer
interaction et propagation des ondes électromagnétiques.
Pour recevoir les ondes électromagnétiques, Hertz a dû fabriquer un résonateur (Fig. 5).
Riz. 5. Résonateur Hertz (Source)
Il s'agit d'un circuit oscillant, qui était un conducteur fermé coupé,
muni de deux boules, et ces boules étaient situées relativement

l'un de l'autre à courte distance. Une étincelle a bondi entre deux boules résonnantes
presque au même moment où l'étincelle a sauté dans l'émetteur (Fig. 6).
Figure 6. Emission et réception d'une onde électromagnétique (Source)
Il y a eu l'émission d'une onde électromagnétique et, par conséquent, la réception de cette onde
résonateur, qui a été utilisé comme récepteur.
De cette expérience il ressort qu'il existe des ondes électromagnétiques, elles se propagent,
respectivement, transférer de l'énergie, peut créer un courant électrique dans un circuit fermé,
qui est situé à une distance suffisamment grande de l'émetteur d'une onde électromagnétique.
Dans les expériences de Hertz, la distance entre le circuit oscillant ouvert et le résonateur était
environ trois mètres. C'était suffisant pour découvrir qu'une onde électromagnétique peut
se propager dans l'espace. Plus tard, Hertz a mené ses expériences et a découvert que
comment se propage une onde électromagnétique, avec quoi certains matériaux peuvent interférer
propagation, par exemple, les matériaux qui conduisent l'électricité ne donnent pas
faire passer une onde électromagnétique. Matériaux non conducteurs d'électricité
onde électromagnétique à passer.
L'invention de la radio par A. Popov
Les expériences d'Heinrich Hertz ont montré la possibilité de transmettre et de recevoir des ondes électromagnétiques. À
Par la suite, de nombreux scientifiques ont commencé à travailler dans cette direction. Le plus grand succès a été
Le scientifique russe Alexander Popov, c'est lui qui a été le premier au monde à réaliser le transfert
informations à distance. C'est ce que nous appelons maintenant la radio, traduit en russe
« radio » signifie « rayonner », en utilisant la transmission sans fil par ondes électromagnétiques
l'information a été effectuée le 7 mai 1895. à l'Université de Saint-Pétersbourg
L'appareil de Popov a été installé, qui a reçu le premier radiogramme, il ne consistait qu'en
deux mots : Heinrich Hertz.
Le fait est qu'à cette époque le télégraphe (connexion filaire) et le téléphone existaient déjà,
il y avait aussi le code Morse, à l'aide duquel l'employé de Popov a transmis des points et des tirets,
qui ont été écrits et transcrits au tableau devant la commission. Radio Popov, bien sûr,
contrairement aux récepteurs modernes que nous utilisons (Fig. 7).

Riz. 7. Le récepteur radio de Popov (Source)
Popov n'a pas mené les premières études sur la réception des ondes électromagnétiques avec des émetteurs
ondes électromagnétiques, et avec un orage, recevant des signaux de foudre, et il a appelé son récepteur
détecteur de foudre (Fig. 8).
Riz. 8. Le foudroyant de Popov (Source)
Les mérites de Popov incluent la possibilité de créer une antenne de réception, c'est lui qui a montré
la nécessité de créer une longue antenne spéciale qui pourrait recevoir suffisamment
une grande quantité d'énergie provenant d'une onde électromagnétique pour que cette antenne soit induite
courant électrique alternatif.
Considérez en quelles parties le récepteur de Popov était composé. La partie principale du récepteur était
cohéreur (tube de verre rempli de limaille de métal (Fig. 9)).

Riz. 9. Cohérer (Source)
Cet état de la limaille de fer a une résistance électrique élevée, de telle sorte
état, le cohéreur de courant électrique n'est pas passé, mais ça valait le coup de glisser une petite étincelle
à travers le cohéreur (pour cela il y avait deux contacts qui étaient séparés), et de la sciure
fritté et la résistance du cohéreur a diminué des centaines de fois.
La partie suivante du récepteur de Popov est une cloche électrique (Fig. 10).
Riz. 10. Cloche électrique dans le récepteur de Popov (Source)
C'était une cloche électrique qui annonçait la réception d'une onde électromagnétique. À l'exception
la cloche électrique du récepteur de Popov était une source de courant continu - une batterie (Fig. 7),
qui assurait le fonctionnement de l'ensemble du récepteur. Et, bien sûr, l'antenne de réception que Popov
soulevées dans des ballons (Fig. 11).

Riz. 11. Antenne de réception (source)
Le fonctionnement du récepteur était le suivant : la pile créait un courant électrique dans le circuit, en
lequel le cohéreur et la cloche étaient allumés. La cloche électrique ne pouvait pas sonner car le cohéreur
avait une résistance électrique élevée, le courant ne passait pas, et il fallait
choisir la bonne résistance. Lorsque le rayonnement électromagnétique frappe l'antenne de réception
onde, un courant électrique y a été induit, un courant électrique provenant d'une antenne et d'une source
l'alimentation ensemble était assez grande - à ce moment-là, une étincelle a sauté, de la sciure de bois cohérente
fritté, et un courant électrique a traversé l'appareil. La cloche a commencé à sonner (Fig. 12).
Riz. 12. Le principe de fonctionnement du récepteur Popov (Source)
Dans le récepteur de Popov, en plus de la cloche, il y avait un mécanisme de percussion conçu de telle manière que
frapper la cloche et le cohéreur en même temps, secouant ainsi le cohéreur. Lorsque

une onde électromagnétique est venue, la cloche a sonné, le cohéreur a été secoué - la sciure de bois s'est émiettée,
et à ce moment la résistance a augmenté à nouveau, le courant électrique a cessé de circuler à travers
cohérent. La cloche a cessé de sonner jusqu'à la prochaine réception d'une onde électromagnétique. Alors
C'est ainsi que fonctionnait le récepteur de Popov.
Popov a souligné ce qui suit: le récepteur peut très bien fonctionner même en général
distances, mais pour cela il faut créer un très bon émetteur d'ondes électromagnétiques
– c'était le problème à l'époque.
La première transmission par l'appareil de Popov a eu lieu à une distance de 25 mètres, et littéralement à moins
Depuis plusieurs années, la distance est déjà de plus de 50 kilomètres. Aujourd'hui avec l'aide des ondes radio
nous pouvons transmettre des informations dans le monde entier.
Conclusion
Non seulement Popov a travaillé dans ce domaine, mais le scientifique italien Marconi a réussi à présenter son
invention en production presque partout dans le monde. Ainsi, les premières radios
nous est venu de l'étranger. Nous examinerons les principes de la communication radio moderne dans ce qui suit
Des classes.

Bibliographie
Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Physique (niveau basique) - M. : Mnemosyne,
2012.
1.

Devoirs
Quelles conclusions de Maxwell Heinrich Hertz a-t-il tenté de contester ?
Définir une onde électromagnétique.
Nommez le principe de fonctionnement du récepteur Popov.
1.
2.
3.