itthon Internet

Hertz tapasztalatok. Elektromágneses hullámok

Küldje el a jó munkát a tudásbázis egyszerű. Használja az alábbi űrlapot

Azok a hallgatók, végzős hallgatók, fiatal tudósok, akik tanulmányaikban és munkájuk során használják fel a tudásbázist, nagyon hálásak lesznek Önnek.

közzétett http://www.allbest.ru/

Az Üzbég Köztársaság Felső- és Középfokú Oktatási Minisztériuma

Az Üzbég Köztársaság Nemzeti Egyeteméről nevezték el Mirzo Ulugbek

Fizikai Kar

Jelentés

Szakterület szerint: "Optika"

A témában: "Heinrich Hertz kísérletei"

Készítette:

2. éves hallgató

Mennyei Andrej Anatoljevics

Felügyelő:

d.p.m.s. prof.

Valiev Uigun Vakhidovics

Taskent 2015

Bevezetés

1. A probléma megfogalmazása

2. Érdekes jelenség

3. Hertz vibrátor

4. Ruhmkorff tekercs

5. Vibrátorkísérletek

Utószó

Irodalom

Bevezetés

Heinrich Hertz 1857-ben született Hamburgban (Németország) ügyvéd családjában. Gyermekkora óta kiváló memóriával és kiváló rajz-, nyelvi, technikai kreativitással rendelkezett, és érdeklődést mutatott az egzakt tudományok iránt. 1880-ban, 23 évesen a berlini egyetemen szerzett briliáns doktori címet elméleti elektrodinamikából. Hertz felügyelője a híres európai fizikus, G. Helmholtz volt, akinek a következő három évben Hertz asszisztenseként dolgozott.

Helmholtz, aki a fizika számos problémájával foglalkozott, kidolgozta az elméleti elektrodinamika saját változatát. Elmélete felvette a versenyt W. Weber és J. K. Maxwell korábban bemutatott elméleteivel. Ez volt akkoriban az elektromágnesesség három fő elmélete. Azonban kísérleti megerősítésre volt szükség.

1. A probléma megfogalmazása

1879-ben a Berlini Tudományos Akadémia Helmholtz kezdeményezésére versenyfeladatot tűzött ki: „Kísérletileg megállapítani, hogy van-e kapcsolat az elektrodinamikai erők és a dielektromos polarizáció között”. Ennek a problémának a megoldása, i.e. kísérleti megerősítés, és arra kellett volna választ adni, hogy melyik elmélet a helyes. Helmholtz azt javasolta, hogy Hertz vállalja el ezt a feladatot. Hertz, megpróbálta megoldani a problémát a kondenzátorok és induktivitások kisülése során fellépő elektromos rezgések segítségével. Hamarosan azonban problémába ütközött – sokkal több magas frekvenciájú rezgésre volt szükség, mint amennyit akkoriban fogadni tudtak.

Az ipari áram frekvenciájánál (50 Hz) sokkal nagyobb nagyfrekvenciás rezgések érhetők el rezgőkör segítségével. Az u = 1 / v (LC) rezgések frekvenciája annál nagyobb, minél kisebb az áramkör induktivitása és kapacitása.

Egy egyszerű számítás azt mutatja, hogy a Hertz által később elért frekvenciák (500 MHz) létrehozásához egy 2 nF-os kondenzátorra és egy 2 nH-s induktorra van szükség. Az akkori ipari fejlődés azonban még nem érte el az ilyen kis kapacitások és induktivitások létrehozásának lehetőségét.

2. Érdekes jelenség

Mivel ezt a problémát nem sikerült megoldania, megőrizte reményét, hogy megtalálja a választ. Azóta minden, ami az elektromos rezgésekkel kapcsolatos, mindig érdekelte.

Hertz már később, 1886 őszén, az előadóberendezések hibakeresésekor, vagyis az indukciós tekercsek finoman állítható szikraközének ellenőrzésekor a tekercsek végén lévő fémgolyók között mikrométeres csavar segítségével egy érdekes jelenséget fedezett fel: szikrát gerjeszteni. az egyik tekercsben nem szükséges erős akkumulátort csatlakoztatni, a lényeg az, hogy a primer tekercs szikraközében szikra ugorjon.

Egy sor kísérletet végzett, hogy megerősítse megfigyelését.

3. Hertz vibrátor

Kísérleteiben, hogy elektromágneses hullámokat szerezzen, Hertz egy egyszerű eszközt használt, amelyet ma Hertz vibrátornak hívnak.

Ez az eszköz egy nyitott oszcillációs áramkör (jobb oldali ábra). A bal oldali ábrán látható szokásos (zártnak nevezhető) rezgőkör nem alkalmas elektromágneses hullámok kibocsátására. A helyzet az, hogy a váltakozó elektromos tér főként a kondenzátorlapok közötti nagyon kis térrészben koncentrálódik, és a mágneses tér a tekercs belsejében koncentrálódik. Ahhoz, hogy az elektromágneses hullámok kisugárzása kellően intenzív legyen, a váltakozó elektromágneses tér tartományának nagynak kell lennie, és nem kell fémlemezekkel körülvéve. Van hasonlóság a hanghullámok sugárzásával. Egy oszcilláló húr vagy egy hangvilla rezonátordoboz nélkül alig sugárzik, mivel ebben az esetben a hangvilla húrjával vagy ágaival közvetlenül szomszédos, nagyon kis térrészben légrezgés gerjesztődik.

A váltakozó elektromos tér létrehozásának területe növekszik, ha a kondenzátorlemezeket elmozdítják egymástól. Ennek eredményeként a kapacitás csökken. A lemezek területének egyidejű csökkentése tovább csökkenti a kapacitást. A kapacitás csökkentése növeli ennek az oszcilláló áramkörnek a sajátfrekvenciáját. A frekvencia további növeléséhez ki kell cserélni a tekercset egy egyenes vezetékre, fordulat nélkül. Az egyenes vezeték induktivitása sokkal kisebb, mint a tekercs induktivitása. Folytatva a lemezek széttolását és egyúttal a méretek csökkentését, egy nyitott oszcillációs áramkörhöz jutunk. Ez csak egy egyenes vezeték. Nyitott áramkörben a töltések nem a végeken koncentrálódnak, hanem eloszlanak a vezetőben. Az áram egy adott időpontban a vezető minden szakaszán ugyanabba az irányba van irányítva, de az áramerősség a vezető különböző szakaszaiban nem azonos. A végein nullával egyenlő, középen pedig eléri a maximumot.

A rezgések gerjesztéséhez egy ilyen áramkörben el kell vágni a vezetéket a közepén úgy, hogy egy kis légrés maradjon, amelyet szikraköznek neveznek. Ennek a résnek köszönhetően mindkét vezetőt nagy potenciálkülönbségre lehet tölteni.

Amikor kellően nagy ellentétes töltéseket juttattak a golyókra, elektromos kisülés keletkezett közöttük, és szabad elektromos rezgések jelentek meg az elektromos áramkörben. A golyók minden feltöltése után ismét szikra ugrik közéjük, és a folyamat többször megismétlődött. Miután ettől az áramkörtől bizonyos távolságra elhelyezett egy huzaltekercset két golyóval a végén - egy rezonátort -, Hertz felfedezte, hogy amikor egy szikra ugrik a vibrátor golyói között, egy kis szikra keletkezik a rezonátor golyói között. Következésképpen egy elektromos áramkörben az elektromos rezgések során a körülötte lévő térben örvénylő váltakozó elektromágneses tér keletkezik. Ez a mező elektromos áramot hoz létre a szekunder áramkörben (rezonátor).

Az alacsony kapacitás és induktivitás miatt az oszcillációs frekvencia nagyon magas. Az oszcilláció természetesen két okból csillapodik: egyrészt a vibrátor aktív ellenállása miatt, amely különösen nagy a szikraközben; másodszor annak a ténynek köszönhető, hogy a vibrátor elektromágneses hullámokat bocsát ki, és közben energiát veszít. Az oszcilláció megszűnése után a forrás mindkét vezetőt újra feltölti, amíg a szikraköz megszakad, és minden megismétlődik elölről. Az alábbi ábrán egy galvanikus akkumulátorral és egy Ruhmkorff-tekerccsel sorba kapcsolt Hertz vibrátor látható.

A tudós által összeállított egyik első vibrátorban egy 2,6 m hosszú és 5 mm átmérőjű, középen szikraközzel ellátott rézhuzal végeire 0,3 m átmérőjű mozgatható bádoggolyókat szereltek fel rezonálóként. Ezt követően a Hertz eltávolította ezeket a golyókat, hogy növelje a frekvenciát.

4. Ruhmkorff tekercs

A Heinrich Hertz által kísérletei során használt Ruhmkorff tekercs, amelyet Heinrich Ruhmkorff német fizikusról neveztek el, egy hengeres részből áll, benne egy központi vasrúddal, amelyre egy vastag huzal primer tekercs van feltekerve. A primer tekercsre több ezer fordulatnyi nagyon vékony huzal szekunder tekercs van feltekerve. Az elsődleges tekercs kémiai elemekből és kondenzátorból álló akkumulátorhoz csatlakozik. Egy megszakító (berregő) és egy kapcsoló ugyanabba az áramkörbe kerül be. A megszakító célja az áramkör gyors váltakozó zárása és nyitása. Ennek az az eredménye, hogy a primer körben minden egyes zárással és nyitással erős, pillanatnyi áramok jelennek meg a szekunder tekercsben: megszakításkor az egyenáram (az elsődleges tekercs áramával azonos irányú), záráskor pedig a fordított áram. . Amikor a primer tekercs zárva van, növekvő áram folyik rajta. A Ruhmkorff tekercs az energiát a magban tárolja mágneses tér formájában. A mágneses tér energiája:

C - mágneses fluxus,

L egy tekercs vagy tekercs induktivitása árammal.

Amikor a mágneses tér elér egy bizonyos értéket, az armatúrát vonzza, és az áramkör kinyílik. Ha az áramkört mindkét tekercsben kinyitjuk, a tekercsek fordulatszámával egyenesen arányos feszültséglökés (back EMF) lép fel, még a primer tekercsben is nagy, a szekunder tekercsben pedig még inkább a nagyfeszültség amelyből áttöri a szekunder tekercs kapcsai közötti légrést (a levegő áttörési feszültsége megközelítőleg 3 kV x 1mm). A primer tekercsben lévő hátsó EMF tölti a C kondenzátort a kémiai elemek akkumulátorának alacsony ellenállásán keresztül.

5. Vibrato kísérletekrum

tapasztalat Heinrich Hertz

A Hertz az elektromágneses hullámokat úgy fogadta, hogy egy vibrátorban, nagyfeszültségű forrás segítségével gyors váltakozó áramimpulzusok sorozatát gerjesztette. Az elektromos töltések rezgései a vibrátorban elektromágneses hullámot hoznak létre. A vibrátorban csak az oszcillációkat nem egy töltött részecske hajtja végre, hanem nagyszámú, összehangoltan mozgó elektron.

Egy elektromágneses hullámvektorban E? és B? merőlegesek egymásra, és az E vektor? a vibrátoron áthaladó síkban fekszik, és a B vektor? merőleges erre a síkra.

Az ábrán a vibrátor körüli elektromos és indukciós mágneses mezők vonalai láthatók egy meghatározott időpontban: a vízszintes síkban a mágneses mező indukciós vonalai vannak, a függőleges síkban pedig az elektromos térerősség vonalai. A hullámok kisugárzása maximális intenzitással a vibrátor tengelyére merőleges irányban történik. A tengely mentén nincs sugárzás.

Hertznek ezt nem sikerült azonnal felfedeznie. Kísérletei végett besötétítette a szobáját. És sétált egy rezonátorral, és nézte, néha még nagyítón keresztül is, ahol a szobában a generátorhoz képest szikra keletkezik.

A vibrátorral végzett kísérletezés során a tudós észrevette, hogy a rezonátorban lévő szikra gyengülésével a látszólag teljesen természetes mintázat a rezgésforrástól való növekvő távolsággal megsérül, ha a rezonátor falak vagy vaskályha közelében van.

Hosszas gondolkodás után Hertz rájött, hogy az anyag a hullámok visszaverődésében rejlik, és a falak melletti rezonátorban lévő szikra furcsa viselkedése nem más, mint interferencia. Ennek megerősítésére egy földelt fémlapot rögzített a falhoz, és elé egy vibrátort helyezett. A rezonátorral a kezében lassan mozogni kezdett a falra merőleges irányba. Ebben az esetben kiderült, hogy időszakosan, rendszeres időközönként a rezonátor holt zónákba esett, ahol nem volt szikra. Ezek olyan zónák voltak, ahol a vibrátor közvetlen hulláma találkozott az ellenkező fázis visszavert hullámával, és kialudt, ami teljes mértékben megerősítette az interferenciafolyamatok jelenlétét.

Ez az egész tudományos világ igazi örömét váltotta ki. Továbbá könnyedén bebizonyította a sugárzás terjedésének egyenességét. Amikor a vibrátortól a rezonátorig vezető utat egy fémernyő elzárta, a rezonátorban lévő szikrák teljesen eltűntek. Ugyanakkor kiderült, hogy a szigetelők (dielektrikumok) átlátszóak az elektromágneses hullámok számára. Ugyanilyen könnyen bemutatták a teljes analógiát a fényvisszaverődés törvényeivel - ehhez a vibrátort és a rezonátort egy földelt fémlemez egyik oldalára szerelték fel, amely tükör szerepét és a beesési szögek egyenlőségét játszotta. és a tükröződést ellenőrizték.

A legszembetűnőbb az elektromágneses sugárzás törésének lehetőségét demonstráló kísérlet volt. Ehhez egy több tonna súlyú aszfaltprizmát használtak. A prizma egyenlő szárú háromszög alakú volt, oldala 1,2 méter, szöge a tetején 300. Az "elektromos sugarat" az aszfaltprizmára irányítva a Hertz 320-kal regisztrálta az eltérését, ami az 1,69-es törésmutató elfogadható értékének felelt meg.

Kísérleteiben Hertz nemcsak kísérletileg bizonyította az elektromágneses hullámok létezését, hanem minden hullámra jellemző jelenséget is vizsgált: a fémfelületekről való visszaverődést, a fénytörést egy nagy dielektromos prizmában, a haladó hullám interferenciáját a fémről visszavert hullámmal. tükör stb. Kísérletileg az elektromágneses hullámok sebességét is meg lehetett mérni, amelyről kiderült, hogy megegyezik a vákuumban mért fénysebességgel. Ezek az eredmények az egyik legerősebb bizonyítéka a Maxwell-féle elektromágneses elmélet helyességének, amely szerint a fény elektromágneses hullám.

Utószó

Már hét évvel a Hertz után az elektromágneses hullámok alkalmazásra találtak a vezeték nélküli kommunikációban. Figyelemre méltó, hogy Alekszandr Sztepanovics Popov, a rádió orosz feltalálója 1896-ban az első rádiógrammában két szót közvetített: "Heinrich Hertz".

Lirodalom

1. "Quantum" könyvtár, 1988. 1. sz

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

3. Kalitejevszkij N.I., „Hullámoptika”, Moszkva: Vyssh. iskola, 1978, 383. sz

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

5.https://ru.wikipedia.org

6. http://ido.tsu.ru

7. http://alexandr4784.narod.ru

Az Allbest.ru oldalon található

Hasonló dokumentumok

G. Hertz rövid életrajza. Maxwell elméletének kísérleti megerősítése annak eredményeként, hogy egy német fizikus megalkotta az elektromágneses hullámok vibrátorát (kibocsátóját) és rezonátorát (vevőjét). A vibrátor kialakítása, az elektromos szikra keletkezésének mechanizmusa.

bemutató, hozzáadva 2013.01.15

A hullám fogalma és különbsége az oszcillációtól. J. Maxwell elektromágneses hullámok felfedezésének jelentősége, megerősítve G. Hertz és P. Lebegyev kísérleteit. Az elektromágneses tér terjedésének folyamata és sebessége. Az elektromágneses hullámok tulajdonságai és mértéke.

absztrakt, hozzáadva: 2011.10.07

G. Hertz és D. Frank életrajza. Közös munkájuk: az elektronok kölcsönhatásának vizsgálata kis sűrűségű nemesgázok atomjaival. Az atomokkal ütközött elektronok energiáinak elemzése. Vákuumos és gáztöltésű lámpa jellemzői.

absztrakt, hozzáadva: 2008.12.27

Maxwell egyenletrendszere differenciál és integrál alakban. R. Hertz kutatása. Az elektromágneses hullámok terjedési sebessége. A fotoelektromos hatás felfedezése. A fénynyomás számítása. Az EMF energia, impulzus és tömege. Az Umov-Poynting vektor.

bemutató, hozzáadva 2016.03.14

A paraméterek közötti függőség numerikus értékelése a Hertz-probléma megoldásában egy perselyben lévő hengerre. Egy téglalap alakú lemez stabilitása lineárisan változó terhelés mellett a végein. Szabályos sokszögek természetes rezgési frekvenciáinak és módozatainak meghatározása.

szakdolgozat, hozzáadva 2013.12.12

Winghelm Conrad Roentgen a röntgensugarak felfedezése. "Az új típusú sugarakról" című cikk megjelentetése a Würzburgi Fizikai-Medikai Társaság folyóiratában. Hittorf, Crookes, Hertz és Lenard kísérletei. Fizikai Nobel-díj odaítélése.

bemutató, hozzáadva: 2011.10.02

Az elektromágneses hullámok fogalma, lényege és jellemzői, felfedezés- és kutatástörténet, jelentősége az emberi életben. Az elektromágneses hullámok típusai, megkülönböztető jellemzőik. Az elektromágneses hullámok felhasználási körei a mindennapi életben, hatásuk az emberi szervezetre.

absztrakt, hozzáadva: 2009.02.25

Egy elemi vibrátor mágneses térerősségének meghatározása a közeli zónában. Utazó hullám egyenletek. Hosszúságuk és terjedésük sebessége a távoli zónában. A Poynting-vektor irányai. Az elektromágneses hullámok sugárzásának teljesítménye és ellenállása.

bemutató, hozzáadva: 2013.08.13

A sugárzási polarizáció állapotának beállításának és leírásának alapvető módszerei, módjai. A természetesen girotróp közegek határfeltételei. Kapcsolati képletek a beeső, a visszavert és a megtört hullámok amplitúdói között. Problémák megoldása elektromágneses hullám zuhanásakor.

szakdolgozat, hozzáadva 2014.04.13

Váltakozó elektromos és váltakozó mágneses mezők kapcsolata. Az elektromágneses terek és hullámok tulajdonságai. A megfelelő sugárzás tartományainak sajátossága és alkalmazása a mindennapi életben. Az elektromágneses hullámok hatása az emberi szervezetre és az ellenük való védekezés.

Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) Hamburgban született, egy ügyvéd fiaként, aki később szenátor lett. Hertz jól tanult, minden tárgyat szeretett, verseket írt és szeretett esztergagépen dolgozni. Sajnos Hertzt egész életében rossz egészségi állapota hátráltatta.

1875-ben, a gimnázium elvégzése után Hertz belépett Drezdába, majd egy évvel később a müncheni Felsőfokú Műszaki Iskolába, de a második évfolyam után rájött, hogy hibázott a szakmaválasztásban. Hivatása nem a mérnöki tudomány, hanem a tudomány. Beiratkozott a Berlini Egyetemre, ahol Helmholtz (1821-1894) és Kirchhoff (1824-1887) fizikusok voltak a mentora. 1880-ban Hertz határidő előtt végzett az egyetemen, és doktori címet kapott. 1885 óta a kísérleti fizika professzora a Karlsruhei Politechnikai Intézetben, ahol híres kísérleteit végezték.

1932-ben a Szovjetunióban, majd 1933-ban a Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság ülésén elfogadták a periódusos folyamat "hertz" frekvenciaegységét, amely ezután bekerült az SI-mértékegységek nemzetközi rendszerébe. 1 hertz egyenlő egy teljes oszcillációval egy másodperc alatt.
Hertz kortársa, J. Thomson (1856-1940) fizikus szerint Hertz munkája a kísérletező készség, a találékonyság elképesztő diadala, és egyben a következtetések levonásában az óvatosság mintája.
Egyszer, amikor Hertz anyja azt mondta a mesterembernek, aki megtanította a fiút az esztergálásra, hogy Heinrich professzor lett, nagyon ideges volt, és megjegyezte:

Ó, milyen kár. Kiváló esztergályos lenne.

Hertz kísérletei

Maxwell azzal érvelt, hogy az elektromágneses hullámok visszaverődés, törés, diffrakció stb. De bármely elmélet csak a gyakorlatban való megerősítése után válik bebizonyítottá. De abban az időben sem maga Maxwell, sem senki más nem tudott kísérleti úton elektromágneses hullámokat szerezni. Ez csak 1888 után történt, amikor G. Hertz kísérleti úton felfedezte az elektromágneses hullámokat, és közzétette munkája eredményeit.

Hertz vibrátor. Nyitott oszcillációs áramkör.

Hertz vibrátor ötlet. Nyitott oszcillációs áramkör.

Maxwell elméletéből ismert, hogy

csak egy gyorsan mozgó töltés képes elektromágneses hullámot kibocsátani,

hogy egy elektromágneses hullám energiája arányos frekvenciájának negyedik hatványával.

Jól látható, hogy a felgyorsult töltések az oszcillációs körben mozognak, így a legegyszerűbb elektromágneses hullámok kisugárzására használni őket. De ügyelni kell arra, hogy a töltéslengés frekvenciája a lehető legmagasabb legyen. Az áramkörben előforduló rezgések ciklikus frekvenciájára vonatkozó Thomson-képletből az következik, hogy a frekvencia növeléséhez csökkenteni kell az áramkör kapacitását és induktivitását.

A vibrátorban fellépő jelenségek lényege röviden a következő. A Ruhmkorff induktor szekunder tekercsének végein nagyon magas, tíz kilovolt nagyságrendű feszültséget hoz létre, amely ellentétes előjelű töltésekkel tölti fel a gömböket. Egy bizonyos pillanatban elektromos szikra jelenik meg a vibrátor szikraközében, aminek következtében a légrés ellenállása olyan kicsiny lesz, hogy a vibrátorban nagyfrekvenciás csillapított rezgések lépnek fel, amelyek a szikra fennállásának teljes időtartama alatt tartanak. Mivel a vibrátor nyitott oszcillációs áramkör, elektromágneses hullámok bocsátanak ki.

A fogadógyűrűt a Hertz "rezonátornak" nevezte. Kísérletek kimutatták, hogy a rezonátor geometriájának - a vibrátorhoz viszonyított méretének, helyzetének és távolságának - megváltoztatásával "harmóniát" vagy "szintóniát" (rezonanciát) lehet elérni az elektromágneses hullámok forrása és a vevő között. A rezonancia jelenléte a vibrátorban keletkező szikra hatására a rezonátor szikraközében szikrák megjelenésében fejeződött ki. A Hertz kísérleteiben a kiküldött szikra 3-7 mm hosszú volt, a rezonátorban pedig csak néhány tizedmilliméteres szikra. Ilyen szikrát csak sötétben lehetett látni, és akkor is nagyítóval.

„Időben és jellemben is gyári munkásként dolgozom, minden kézemelést ezerszer megismétlem” – írta a professzor 1877-ben a szüleinek írt levelében. A következő példákból láthatjuk, hogy a kísérletek mennyire voltak nehézkesek a kellően hosszú hullámokkal ahhoz, hogy zárt térben tanulmányozzák azokat (a fényhullámokhoz képest). Az elektromágneses hullámok fókuszálásához egy parabolatükröt íveltek horganyzott vaslemezből, amelynek mérete 2x1,5 m. Amikor a vibrátort a tükör fókuszába helyezték, párhuzamos sugárfolyam jött létre. E sugarak törésének bizonyítására aszfaltból prizmát készítettek egyenlő szárú háromszög formájában, amelynek oldalfelülete 1,2 m, magassága 1,5 m és tömege 1200 kg.

Hertz kísérleteinek eredményei

Hatalmas munkaigényes és rendkívül ötletes kísérletsorozat után, a legegyszerűbb, mondhatni rögtönzött eszközökkel, a kísérletező elérte célját. Lehetőség volt a hullámhosszak mérésére és terjedési sebességük kiszámítására. bebizonyosodott

tükröződés jelenléte

fénytörés,

diffrakció,

a hullámok interferenciája és polarizációja.

megmérte az elektromágneses hullám sebességét

A berlini egyetemen 1888. december 13-án közölt jelentése és 1877-78-as publikációi után. Hertz az egyik legnépszerűbb tudós lett, és az elektromágneses hullámokat általánosan "Hertz-sugarakként" kezdték emlegetni.

Maxwell elmélete szerint az oszcillációs áramkörben fellépő elektromágneses rezgések terjedhetnek a térben. Munkájában kimutatta, hogy ezek a hullámok 300 000 km/s fénysebességgel terjednek. Sok tudós azonban megpróbálta megcáfolni Maxwell munkáját, egyikük Heinrich Hertz volt. Szkeptikus volt Maxwell munkájával szemben, és kísérletet próbált végezni, hogy megcáfolja az elektromágneses tér terjedését.

A térben terjedő elektromágneses teret ún elektromágneses hullám.

Elektromágneses térben a mágneses indukció és az elektromos térerősség egymásra merőleges, és Maxwell elméletéből az következett, hogy a mágneses indukció és az erősség elhelyezkedési síkja 90 0 -os szöget zár be az elektromágneses hullám terjedésének irányával (1. ábra). .

Rizs. 1. A mágneses indukció és feszültség elhelyezkedési síkjai ()

Ezeket a következtetéseket, és megpróbálta kihívást Heinrich Hertz. Kísérletei során az elektromágneses hullámok tanulmányozására alkalmas készüléket próbált létrehozni. Az elektromágneses hullámok kibocsátójának előállítására Heinrich Hertz megépítette az úgynevezett Hertz vibrátort, amelyet ma adóantennának nevezünk (2. ábra).

Rizs. 2. Hertz vibrátor ()

Fontolja meg, hogyan szerezte meg Heinrich Hertz az adóját vagy az adóantennáját.

Rizs. 3. Zárt Hertz oszcillációs áramkör ()

Miután rendelkezésre állt egy zárt rezgőkör (3. ábra), a Hertz megkezdte a kondenzátorlemezek különböző irányú szétválasztását, és végül a lemezek 180 0 -os szögben helyezkedtek el, és kiderült, hogy ha ebben az oszcillátorban rezgés lép fel. áramkört, majd minden oldalról beburkolták ezt a nyitott oszcillációs áramkört. Ennek eredményeként a változó elektromos tér váltakozó mágneses mezőt, a váltakozó mágneses tér pedig elektromosat hozott létre, és így tovább. Ez a folyamat elektromágneses hullámként vált ismertté (4. ábra).

Rizs. 4. Elektromágneses hullám kibocsátása ()

Ha egy feszültségforrást egy nyitott rezgőkörhöz csatlakoztatunk, akkor a mínusz és a plusz között szikra ugrik, ami pontosan a gyorsan mozgó töltés. E gyorsuló töltés körül váltakozó mágneses tér jön létre, amely váltakozó örvény elektromos teret hoz létre, amely viszont váltakozó mágneses teret hoz létre, és így tovább. Így Heinrich Hertz feltételezése szerint elektromágneses hullámokat bocsátanak ki. Hertz kísérletének célja az elektromágneses hullámok kölcsönhatásának és terjedésének megfigyelése volt.

Az elektromágneses hullámok fogadásához Hertznek rezonátort kellett készítenie (5. ábra).

Rizs. 5. Hertz rezonátor ()

Ez egy oszcillációs áramkör, amely két golyóval felszerelt zárt vezető volt, és ezek a golyók viszonylagosan helyezkedtek el.

egymástól kis távolságra. Szinte ugyanabban a pillanatban ugrott egy szikra a két rezonátorgömb között, amikor a szikra beugrott az emitterbe (6. ábra).

6. ábra Elektromágneses hullám kibocsátása és vétele ()

Volt egy elektromágneses hullám kibocsátása, és ennek megfelelően ezt a hullámot egy rezonátor fogadta, amelyet vevőként használtak.

Ebből a tapasztalatból az következett, hogy vannak elektromágneses hullámok, ezek terjednek, illetve energiát hordoznak, elektromos áramot tudnak létrehozni egy zárt áramkörben, amely kellően nagy távolságra van az elektromágneses hullámsugárzótól.

Hertz kísérleteiben a nyitott rezgőkör és a rezonátor közötti távolság körülbelül három méter volt. Ez elég volt ahhoz, hogy kiderüljön, az elektromágneses hullám terjedhet az űrben. Később Hertz végezte kísérleteit, és rájött, hogyan terjed az elektromágneses hullám, hogy bizonyos anyagok akadályozhatják a terjedést, például az elektromosságot vezető anyagok megakadályozzák az elektromágneses hullám áthaladását. Az elektromosságot nem vezető anyagok lehetővé tették az elektromágneses hullám áthaladását.

Heinrich Hertz kísérletei megmutatták az elektromágneses hullámok továbbításának és vételének lehetőségét. Ezt követően sok tudós kezdett ebben az irányban dolgozni. A legnagyobb sikert Alekszandr Popov orosz tudós érte el, ő volt az első a világon, aki távolról közvetítette az információkat. Ezt hívjuk ma rádiónak, oroszra fordítva, a „rádió” jelentése „sugárzik”, elektromágneses hullámok segítségével vezeték nélküli információtovábbítást hajtottak végre 1895. május 7-én. A szentpétervári egyetemen Popov készülékét szállították, amely megkapta az első radiogramot, mindössze két szóból állt: Heinrich Hertz.

A helyzet az, hogy ekkor már létezett a távíró (vezetékes kapcsolat) és a telefon, volt Morse-kód is, amivel Popov alkalmazottja pontokat és kötőjeleket továbbított, amelyeket a bizottság előtt rögzített és megfejtett a táblán. . Popov rádiója természetesen nem olyan, mint az általunk használt modern vevőkészülékek (7. ábra).

Rizs. 7. Popov rádióvevője ()

Popov az elektromágneses hullámok vételére vonatkozó első tanulmányokat nem elektromágneses hullámok kibocsátóival, hanem zivatarral végezte, villámjeleket fogadva, és vevőjét villámdetektornak nevezte (8. ábra).

Rizs. 8. Popov villámhárítója ()

Popov érdemei közé tartozik a vevőantenna létrehozásának lehetősége, ő volt az, aki megmutatta, hogy szükség van egy speciális hosszú antenna létrehozására, amely elegendő mennyiségű energiát képes fogadni az elektromágneses hullámból úgy, hogy ebben az antennában elektromos váltakozó áramot indukáljon. .

Fontolja meg, hogy Popov vevőkészüléke milyen részekből állt. A vevőegység fő része egy koher (fémreszelékkel töltött üvegcső (9. ábra)) volt.

Az ilyen állapotú vasreszelék nagy elektromos ellenállású, ebben az állapotban a koher nem engedte át az elektromos áramot, de amint egy kis szikra átcsúszott a koherensen (ehhez két érintkező volt elválasztva), a reszelék szinterezve. és a koherens ellenállása százszorosára csökkent.

Popov vevőkészülékének következő része egy elektromos csengő (10. ábra).

Rizs. 10. Elektromos csengő Popov vevőjében ()

Ez egy elektromos harang volt, amely elektromágneses hullám vételét jelentette be. A Popov-féle vevőkészülék az elektromos csengőn kívül egyenáramforrással is rendelkezett - akkumulátorral (7. ábra), amely biztosította a teljes vevőegység működését. És természetesen a vevőantenna, amelyet Popov ballonokban emelt fel (11. ábra).

Rizs. 11. Vevőantenna ()

A vevő működése a következő volt: az akkumulátor elektromos áramot hozott létre az áramkörben, amelybe a koheer és a csengő került. Az elektromos csengő nem tudott megszólalni, mivel a koherensnek nagy elektromos ellenállása volt, az áram nem ment át, és ki kellett választani a kívánt ellenállást. Amikor egy elektromágneses hullám elérte a vevőantennát, elektromos áram indukálódott benne, az antenna és az áramforrás együttes árama elég nagy volt - ebben a pillanatban egy szikra ugrott, a koherens fűrészpor szintereződött, és elektromos áram haladt át rajta. az eszköz. A harang megszólalt (12. kép).

Rizs. 12. A Popov vevőkészülék működési elve ()

Popov vevőkészülékében a harangon kívül volt egy ütőszerkezet is, amelyet úgy alakítottak ki, hogy egyszerre találja el a csengőt és a koherert, ezáltal megrázza a koherert. Amikor jött az elektromágneses hullám, megszólalt a csengő, rázkódott a koher - a fűrészpor összeomlott, és abban a pillanatban az ellenállás ismét megnőtt, az elektromos áram megszűnt a koherensen keresztül. A harang a következő elektromágneses hullám vételéig abbahagyta a csengést. Popov vevőkészüléke így működött.

Popov rámutatott a következőkre: a vevő elég jól tud működni nagy távolságokon, de ehhez nagyon jó elektromágneses hullámok kibocsátóját kell létrehozni - ez volt akkoriban a probléma.

Az első adás Popov készülékével 25 méteres távolságban történt, és alig néhány év alatt a távolság már több mint 50 kilométer. Ma már a rádióhullámok segítségével információt továbbíthatunk a világ minden tájáról.

Nem csak Popov dolgozott ezen a területen, hanem Marconi olasz tudósnak is sikerült szinte az egész világon bevezetnie találmányát a gyártásba. Ezért külföldről érkeztek hozzánk az első rádióvevők. A következő leckében megvizsgáljuk a modern rádiókommunikáció alapelveit.

Bibliográfia

Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fizika (alapfok) - M.: Mnemozina, 2012.
Gendenstein L.E., Dick Yu.I. Fizika 10 évfolyam. - M.: Mnemosyne, 2014.
Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fizika-9. - M.: Felvilágosodás, 1990.

Házi feladat

Maxwell milyen következtetéseit próbálta megkérdőjelezni Heinrich Hertz?
Határozza meg az elektromágneses hullámot.
Nevezze meg a Popov vevőkészülék működési elvét!

Mirit.ru internetes portál ().
Internetes portál Ido.tsu.ru ().
Reftrend.ru internetes portál ().

Folytassuk az elektromágneses hullámokkal kapcsolatos kérdések tanulmányozását,
óránk témája pedig Heinrich Hertz kísérleteinek és az alkotásnak lesz szentelve
rádió orosz tudósoknak A. Popov
Az oszcillációs áramkörben fellépő elektromágneses rezgések Maxwell elmélete szerint
terjedhet a térben. Munkájában megmutatta, hogy ezek a hullámok
300 000 km/s fénysebességgel terjednek. Sok tudós azonban megpróbálta
cáfolja Maxwell munkáját, egyikük Heinrich Hertz volt. Szkeptikus volt ezzel kapcsolatban
Maxwell munkáját, és megpróbált kísérletet végezni a terjedés megcáfolására
elektromágneses mező.
A térben terjedő elektromágneses teret elektromágneses térnek nevezzük.
hullám.
Elektromágneses térben mágneses indukció és elektromos térerősség
egymásra merőlegesek, és Maxwell elméletéből az következett, hogy a sík
A mágneses indukció és intenzitás helye az irányhoz képest 900 -os szöget zár be
elektromágneses hullámterjedés (1. ábra).
Rizs. 1. A mágneses indukció és az intenzitás helyének síkjai (forrás)
Ezeket a következtetéseket, és megpróbálta kihívást Heinrich Hertz. Kísérletei során egy eszközt próbált létrehozni
az elektromágneses hullám tanulmányozására. Annak érdekében, hogy egy kibocsátó elektromágneses
Heinrich Hertz megépítette az úgynevezett Hertz-vibrátort, amelyet ma úgy hívunk
adóantenna (2. ábra).

Rizs. 2. Hertz vibrátor (forrás)
Fontolja meg, hogyan szerezte meg Heinrich Hertz az adóját vagy az adóantennáját.
Rizs. 3. Zárt oszcilláló Hertz áramkör (forrás)
Miután rendelkezésre állt egy zárt oszcillációs áramkör (3. ábra), a Hertz elkezdte szétteríteni a lemezeket
kondenzátor különböző irányokban, és végül a lemezek 1800-os szögben helyezkednek el,
kiderült, hogy ha ebben az oszcillációs körben rezgések történtek, akkor azok
minden oldalról beburkolta ezt a nyitott oszcillációs áramkört. Ennek eredményeként
a változó elektromos tér váltakozó mágneses teret hozott létre, és egy váltakozó mágneses teret
létrehozott elektromos és így tovább. Ezt a folyamatot elektromágneses hullámnak nevezik.
(4. ábra).

Rizs. 4. Elektromágneses hullám sugárzása (forrás)
Ha egy feszültségforrást nyitott rezgőkörhöz csatlakoztatunk, akkor a mínusz között
és pluszként egy szikra ugrik, ami pontosan a gyorsan mozgó töltés. Körül
ebből a gyorsulással mozgó töltésből váltakozó mágneses tér jön létre, amely
váltakozó örvény elektromos mezőt hoz létre, ami viszont váltakozót hoz létre
mágneses, és így tovább. Így Heinrich Hertz feltételezése szerint lesz
elektromágneses hullámok sugárzása. A Hertz-kísérlet célja a megfigyelés volt
elektromágneses hullámok kölcsönhatása és terjedése.
Az elektromágneses hullámok fogadásához Hertznek rezonátort kellett készítenie (5. ábra).
Rizs. 5. Hertz rezonátor (forrás)
Ez egy oszcillációs áramkör, ami egy elvágott zárt vezető volt,
két labdával felszereltek, és ezek a golyók viszonylagosan helyezkedtek el

egymástól kis távolságra. Két rezonátorgolyó között szikra ugrott
majdnem ugyanabban a pillanatban, amikor a szikra beugrott az emitterbe (6. ábra).
6. ábra Elektromágneses hullám kibocsátása és vétele (Forrás)
Volt egy elektromágneses hullám kibocsátása és ennek megfelelően ennek a hullámnak a vétele
rezonátor, amelyet vevőként használtak.
Ebből a tapasztalatból az következett, hogy vannak elektromágneses hullámok, terjednek,
illetve energiát ad át, zárt áramkörben elektromos áramot hozhat létre,
amely kellően nagy távolságra helyezkedik el az elektromágneses hullám kibocsátójától.
Hertz kísérleteiben a nyitott rezgőkör és a rezonátor közötti távolság az volt
körülbelül három méter. Ez elég volt ahhoz, hogy kiderüljön, az elektromágneses hullám képes
terjed a térben. Később Hertz elvégezte a kísérleteit, és rájött
hogyan terjed az elektromágneses hullám, mit zavarhatnak egyes anyagok
elterjedt például az elektromosságot vezető anyagok nem adtak
átengedni egy elektromágneses hullámot. Olyan anyagok, amelyek nem vezetik az elektromosságot
elektromágneses hullám áthaladni.
A rádió feltalálása: A. Popov
Heinrich Hertz kísérletei megmutatták az elektromágneses hullámok továbbításának és vételének lehetőségét. NÁL NÉL
Ezt követően sok tudós kezdett ebben az irányban dolgozni. A legnagyobb siker az volt
Alekszandr Popov orosz tudós, ő volt az első a világon, aki végrehajtotta az átvitelt
információk távolról. Ezt nevezzük most rádiónak, oroszra fordítva
A "rádió" azt jelenti, hogy "sugároznak" elektromágneses hullámok vezeték nélküli átvitelét használva
a tájékoztatás 1895. május 7-én történt. a szentpétervári egyetemen
Telepítették Popov készülékét, amely megkapta az első radiogramot, csak abból állt
két szó: Heinrich Hertz.
A helyzet az, hogy ekkor már létezett a távíró (vezetékes kapcsolat) és a telefon,
volt morze is, amivel Popov alkalmazottja pontokat és kötőjeleket továbbított,
amelyeket a bizottság előtt felírtak és átírtak a táblára. Természetesen a Popov Rádió
ellentétben az általunk használt modern vevőkészülékekkel (7. ábra).

Rizs. 7. Popov rádióvevője (forrás)
Popov nem végzett az első tanulmányokat az elektromágneses hullámok sugárzókkal történő vételéről
elektromágneses hullámokat, és zivatarral, villámjeleket kapott, és felhívta a vevőjét
villámérzékelő (8. ábra).
Rizs. 8. Popov villámhárítója (Forrás)
Popov érdemei közé tartozik a vevőantenna létrehozásának lehetősége, ő mutatta meg
egy speciális hosszú antenna létrehozásának szükségessége, amely elegendő vételre képes
elektromágneses hullámból származó nagy mennyiségű energia, így ez az antenna indukálódik
elektromos váltakozó áram.
Fontolja meg, hogy Popov vevőkészüléke milyen részekből állt. A vevő fő része az volt
koher (fémreszelékkel töltött üvegcső (9. ábra)).

Rizs. 9. Koherer (forrás)
A vasreszeléknek ez az állapota nagy elektromos ellenállással rendelkezik, olyan
állapotban az elektromos áram koherere nem ment át, de egy kis szikrát érdemes volt kicsúsztatni
a koheren keresztül (ehhez két érintkező volt elválasztva), és a fűrészporon keresztül
szinterezve és a koherens ellenállása több százszorosára csökkent.
Popov vevőkészülékének következő része egy elektromos csengő (10. ábra).
Rizs. 10. Elektromos csengő Popov vevőjében (Forrás)
Ez egy elektromos harang volt, amely elektromágneses hullám vételét jelentette be. Kivéve
a Popov vevőkészülékében lévő elektromos csengő egyenáramú forrás volt - akkumulátor (7. ábra),
amely a teljes vevőegység működését biztosította. És persze a vevőantenna, amit Popov
léggömbökbe emelve (11. ábra).

Rizs. 11. Vevőantenna (forrás)
A vevő működése a következő volt: az akkumulátor elektromos áramot hozott létre az áramkörben, in
amelyet a koher és a csengő bekapcsoltak. Az elektromos csengő nem tudott megszólalni, mert a koher
nagy elektromos ellenállása volt, az áram nem ment át, és ez szükséges volt
válassza ki a megfelelő ellenállást. Amikor elektromágneses sugárzás éri a vevőantennát
hullám, elektromos áram indukálódott benne, elektromos áram antennából és forrásból
tápegység együtt elég nagy volt - abban a pillanatban egy szikra ugrott, összefüggő fűrészpor
szinterezve, és elektromos áram halad át a készüléken. A harang megszólalt (12. kép).
Rizs. 12. A Popov vevő működési elve (forrás)
Popov vevőkészülékében a harangon kívül egy ütőszerkezet is volt, amelyet úgy terveztek, hogy
egyszerre nyomja meg a csengőt és az összetartót, ezáltal megrázza a koherert. Mikor

jött egy elektromágneses hullám, megszólalt a csengő, megrázkódott a koherens - fűrészpor omlott,
és abban a pillanatban az ellenállás ismét megnőtt, az elektromos áram megszűnt átfolyni
kohérer. A harang a következő elektromágneses hullám vételéig abbahagyta a csengést. Így
Popov vevőkészüléke így működött.
Popov a következőkre hívta fel a figyelmet: a vevőegység nagyban is jól működik
távolságokra, de ehhez nagyon jó elektromágneses hullámok kibocsátóját kell létrehozni
– akkoriban ez volt a probléma.
Az első adás Popov készülékével 25 méter távolságból, szó szerint belül történt
Több éve a távolság már több mint 50 kilométer. Ma rádióhullámok segítségével
információt továbbíthatunk az egész világon.
Következtetés
Nem csak Popov dolgozott ezen a területen, hanem Marconi olasz tudósnak is sikerült bemutatnia a sajátját
találmány szinte az egész világon gyártásba kerül. Ezért az első rádiók
külföldről érkezett hozzánk. A következőkben a modern rádiókommunikáció alapelveit vizsgáljuk meg
osztályok.

Bibliográfia
Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fizika (alapszint) - M .: Mnemosyne,
2012.
1.

Házi feladat
Maxwell milyen következtetéseit próbálta megkérdőjelezni Heinrich Hertz?
Határozza meg az elektromágneses hullámot.
Nevezze meg a Popov vevőkészülék működési elvét!
1.
2.
3.