doma internet

Hertz izkušnje. Elektromagnetni valovi

Pošljite svoje dobro delo v bazo znanja je preprosto. Uporabite spodnji obrazec

Študentje, podiplomski študenti, mladi znanstveniki, ki uporabljajo bazo znanja pri študiju in delu, vam bodo zelo hvaležni.

Objavljeno na http://www.allbest.ru/

Ministrstvo za visoko in srednje šolstvo Republike Uzbekistan

Narodna univerza Republike Uzbekistan poimenovana po Mirzo Ulugbek

Fakulteta za fiziko

Poročilo

Po disciplini: "Optika"

Na temo: "Poskusi Heinricha Hertza"

Pripravila:

študent 2. letnika

Nebeški Andrej Anatolievič

Nadzornik:

d.p.m.s prof.

Valiev Uigun Vakhidovič

Taškent 2015

Uvod

1. Izjava problema

2. Zanimiv pojav

3. Hertz vibrator

4. Ruhmkorffova tuljava

5. Poskusi z vibratorjem

Pogovor

Literatura

Uvod

Heinrich Hertz se je rodil leta 1857 v Hamburgu (Nemčija) v družini odvetnika. Že od otroštva je imel odličen spomin in odlične sposobnosti za risanje, jezike, tehnično ustvarjalnost in je pokazal zanimanje za natančne znanosti. Leta 1880 je pri 23 letih diplomiral na berlinski univerzi z sijajnim doktoratom iz teoretične elektrodinamike. Hertzov nadzornik je bil slavni evropski fizik G. Helmholtz, za katerega je Hertz naslednja tri leta delal kot asistent.

Helmholtz, ki se je ukvarjal s številnimi problemi v fiziki, je razvil svojo različico teoretične elektrodinamike. Njegova teorija je tekmovala s prej predstavljenimi teorijami W. Webra in J.K. Maxwella. To so bile takrat glavne tri teorije elektromagnetizma. Vendar je bila potrebna eksperimentalna potrditev.

1. Izjava problema

Leta 1879 je Berlinska akademija znanosti na pobudo Helmholtza postavila tekmovalno nalogo: "Poskusno ugotoviti, ali obstaja povezava med elektrodinamičnimi silami in dielektrično polarizacijo." Rešitev tega problema, tj. eksperimentalno potrditev in naj bi dal odgovor, katera od teorij je pravilna. Helmholtz je predlagal, naj Hertz prevzame to nalogo. Hertz, poskušal rešiti problem z uporabo električnih nihanj, ki nastanejo med praznjenjem kondenzatorjev in induktivnosti. Vendar je kmalu naletel na težavo – zahtevanih je bilo veliko več visokofrekvenčnih vibracij, kot so jih takrat lahko sprejeli.

Visokofrekvenčna nihanja, ki so veliko višja od frekvence industrijskega toka (50 Hz), je mogoče dobiti z uporabo nihajnega kroga. Frekvenca nihanja u = 1 / v (LC) bo večja, manjša je induktivnost in kapacitivnost vezja.

Preprost izračun kaže, da sta za ustvarjanje frekvenc, ki jih je Hertz kasneje uspel pridobiti (500 MHz), potrebna 2 nF kondenzator in 2 nH induktor. Vendar takratni industrijski napredek še ni dosegel možnosti ustvarjanja tako majhnih kapacitivnosti in induktivnosti.

2. Zanimiv pojav

Ker tega problema ni uspel rešiti, je ohranil upanje, da bo našel odgovor. Od takrat ga je vse, kar je bilo povezano z električnimi vibracijami, vedno zanimalo.

Že pozneje, jeseni 1886, je Hertz pri odpravljanju napak v predavalni opremi, in sicer pri preverjanju indukcijskih tuljav s fino nastavljivo iskriško režo med kovinskimi kroglicami na koncih navitij z mikrometrskim vijakom odkril zanimiv pojav: vzbuditi iskro v eni od tuljav ni treba priključiti močne baterije, glavna stvar je, da iskra preskoči v iskriščini primarne tuljave.

Izvedel je vrsto poskusov, da bi potrdil svoje opazovanje.

3. Hertz vibrator

Hertz je v svojih poskusih za pridobivanje elektromagnetnih valov uporabil preprosto napravo, ki se zdaj imenuje Hertz vibrator.

Ta naprava je odprt nihajni krog (slika na desni). Običajni nihajni krog, prikazan na sliki na levi (lahko ga imenujemo zaprt), ni primeren za oddajanje elektromagnetnih valov. Dejstvo je, da je izmenično električno polje koncentrirano predvsem v zelo majhnem območju prostora med kondenzatorskimi ploščami, magnetno polje pa je koncentrirano znotraj tuljave. Da bi bilo sevanje elektromagnetnih valov dovolj intenzivno, mora biti območje izmeničnega elektromagnetnega polja veliko in ne sme biti zaprto s kovinskimi ploščami. Obstaja podobnost s sevanjem zvočnih valov. Nihajoča struna ali uglaste vilice brez resonatorske škatle skoraj ne sevajo, saj se v tem primeru zračne vibracije vzbujajo v zelo majhnem območju prostora neposredno ob struni ali vejah uglastega vilic.

Območje, v katerem nastane izmenično električno polje, se poveča, če se kondenzatorske plošče odmaknejo. Posledično se zmogljivost zmanjša. Istočasno zmanjšanje površine plošč bo dodatno zmanjšalo kapacitivnost. Zmanjšanje kapacitivnosti bo povečalo naravno frekvenco tega nihajnega kroga. Za nadaljnje povečanje frekvence morate tuljavo zamenjati z ravno žico brez zavojev. Induktivnost ravne žice je veliko manjša od induktivnosti tuljave. Če še naprej potiskamo plošče narazen in hkrati zmanjšujemo njihove dimenzije, bomo prišli do odprtega nihajnega kroga. To je samo ravna žica. V odprtem tokokrogu naboji niso koncentrirani na koncih, ampak so porazdeljeni po celotnem prevodniku. Tok v določenem trenutku v vseh odsekih prevodnika je usmerjen v isto smer, vendar jakost toka ni enaka v različnih odsekih prevodnika. Na koncih je enak nič, na sredini pa doseže maksimum.

Za vzbujanje nihanj v takem vezju je treba žico prerezati na sredini, tako da ostane majhna zračna reža, imenovana iskra. Zahvaljujoč tej vrzeli je možno napolniti oba vodnika do visoke potencialne razlike.

Ko so kroglice dale dovolj velike nasprotne naboje, je med njimi prišlo do električnega razelektritve in v električnem tokokrogu so se pojavila prosta električna nihanja. Po vsakem polnjenju kroglic med njimi spet preskoči iskra in postopek se je večkrat ponovil. Ko je Hertz postavil na določeno razdaljo od tega vezja tuljavo žice z dvema kroglicama na koncih - resonatorjem - je Hertz odkril, da ko iskra preskoči med kroglicami vibratorja, se med kroglicami resonatorja pojavi majhna iskra. Posledično se med električnimi nihanji v električnem tokokrogu v prostoru okoli njega pojavi vrtinčno izmenično elektromagnetno polje. To polje ustvarja električni tok v sekundarnem tokokrogu (resonatorju).

Zaradi nizke kapacitivnosti in induktivnosti je frekvenca nihanja zelo visoka. Nihanja bodo seveda dušena iz dveh razlogov: prvič, zaradi prisotnosti aktivnega upora v vibratorju, ki je še posebej velik v iskriščini; drugič, zaradi dejstva, da vibrator oddaja elektromagnetne valove in pri tem izgublja energijo. Po prenehanju nihanj vir ponovno napolni oba vodnika, dokler ne pride do razpada iskriške reže in vse se ponovi od začetka. Spodnja slika prikazuje Hertzov vibrator, povezan zaporedno z galvansko baterijo in Ruhmkorffovo tuljavo.

V enem od prvih vibratorjev, ki jih je sestavil znanstvenik, so bile na koncih bakrene žice dolžine 2,6 m in premera 5 mm, opremljene z iskriško režo na sredini, nameščene premične kositrne kroglice s premerom 0,3 m kot resonantne. Nato je Hertz odstranil te kroglice, da bi povečal frekvenco.

4. Ruhmkorffova tuljava

Ruhmkorffova tuljava, ki jo je Heinrich Hertz uporabljal pri svojih poskusih, poimenovana po nemškem fiziku Heinrichu Ruhmkorffu, je sestavljena iz valjastega dela z osrednjo železno palico v notranjosti, na katero je navito debelo žično primarno navitje. Več tisoč zavojev sekundarnega navitja iz zelo tanke žice je navitih preko primarnega navitja. Primarno navitje je povezano z baterijo kemičnih elementov in kondenzatorjem. Odklopnik (brenčalo) in stikalo sta vpeljana v isti tokokrog. Namen odklopnika je hitro izmenično zapiranje in odpiranje tokokroga. Posledica tega je, da se pri vsakem zapiranju in odpiranju v primarnem tokokrogu v sekundarnem navitju pojavijo močni trenutni tokovi: ob prekinitvi enosmerni tok (v isti smeri kot tok primarnega navitja) in ob zapiranju obratno . Ko je primarno navitje zaprto, skozenj teče naraščajoči tok. Ruhmkorffova tuljava hrani energijo v jedru v obliki magnetnega polja. Energija magnetnega polja je:

C - magnetni tok,

L je induktivnost tuljave ali tuljave s tokom.

Ko magnetno polje doseže določeno vrednost, se armatura pritegne in vezje se odpre. Ko se vezje odpre v obeh navitjih, se pojavi napetostni udar (povratni EMF), ki je neposredno sorazmeren s številom zavojev navitij, velik tudi v primarnem navitju, še bolj pa v sekundarnem, visokonapetostnem od tega prebije zračno režo med sponkami sekundarnega navitja (razpadna napetost zraka je približno enaka 3 kV za 1 mm). Zadnji EMF v primarnem navitju polni kondenzator C skozi nizko upornost baterije kemičnih elementov.

5. Eksperimenti z vibratorum

izkušnje Heinricha Hertza

Hertz je prejel elektromagnetne valove z vzbujanjem serije hitrih izmeničnih tokovnih impulzov v vibratorju z uporabo visokonapetostnega vira. Nihanja električnih nabojev v vibratorju ustvarjajo elektromagnetno valovanje. Samo nihanja v vibratorju ne izvaja en nabit delec, temveč ogromno število elektronov, ki se gibljejo v skladu.

V vektorjih elektromagnetnega valovanja E? in B? sta pravokotni drug na drugega, vektor E? leži v ravnini, ki poteka skozi vibrator, vektor B? pravokotno na to ravnino.

Slika prikazuje črte električnega in indukcijskega magnetnega polja okoli vibratorja v določeni časovni točki: v vodoravni ravnini so črte indukcije magnetnega polja, v navpični ravnini pa črte jakosti električnega polja. Sevanje valov se pojavlja z največjo intenzivnostjo v smeri, pravokotni na os vibratorja. Vzdolž osi ni sevanja.

Hertz tega ni uspel takoj odkriti. Za svoje eksperimente je zatemnil svojo sobo. In hodil je z resonatorjem in opazoval, včasih celo skozi povečevalno steklo, kje se v prostoru, glede na generator, pojavi iskra.

Znanstvenik je med eksperimentiranjem s svojim vibratorjem opazil, da je na videz popolnoma naraven vzorec s slabitvijo iskre v resonatorju z naraščajočo razdaljo do vira vibracij kršen, ko je resonator blizu sten ali blizu železne peči.

Po dolgem premisleku je Hertz ugotovil, da je stvar v odboju valov in čudno obnašanje iskre v resonatorju blizu sten ni bilo nič drugega kot motnja. Da bi to potrdil, je na steno pritrdil ozemljeno pločevino in pred njo postavil vibrator. Z resonatorjem v rokah se je začel počasi premikati v smeri, pravokotni na steno. V tem primeru se je izkazalo, da je resonator občasno, v rednih intervalih, padel v mrtve cone, v katerih ni bilo iskre. To so bila območja, v katerih se je neposredni val vibratorja srečal z odbitim valom nasprotne faze in ugasnil, kar je v celoti potrdilo prisotnost interferenčnih procesov.

To je povzročilo pravo veselje celotnega znanstvenega sveta. Nadalje je zlahka pokazal naravnost širjenja sevanja. Ko je pot od vibratorja do resonatorja blokiral kovinski zaslon, so iskre v resonatorju popolnoma izginile. Hkrati se je izkazalo, da so izolatorji (dielektriki) prozorni za elektromagnetno valovanje. Prav tako enostavno je bila dokazana popolna analogija z zakoni odboja svetlobe - za to sta bila vibrator in resonator nameščena na eni strani ozemljene kovinske pločevine, ki je igrala vlogo zrcala, in enakost vpadnih kotov in odsev je bil preverjen.

Najbolj demonstrativen je bil poskus z dokazovanjem možnosti loma elektromagnetnega sevanja. Za to je bila uporabljena asfaltna prizma, ki tehta več kot tono. Prizma je imela obliko enakokrakega trikotnika s stranico 1,2 metra in kotom na vrhu 300. Hertz je z usmeritvijo "električnega žarka" na asfaltno prizmo zabeležil njen odklon za 320, kar je ustrezalo sprejemljivi vrednosti lomnega količnika 1,69.

Hertz v svojih poskusih ni le eksperimentalno dokazal obstoja elektromagnetnih valov, temveč je preučeval tudi vse pojave, značilne za vsako valovanje: odboj od kovinskih površin, lom v veliki dielektrični prizmi, interferenco potujočega vala z odbitim od kovine. ogledalo itd. Eksperimentalno je bilo mogoče izmeriti tudi hitrost elektromagnetnih valov, ki se je izkazala za enako hitrosti svetlobe v vakuumu. Ti rezultati so eden najmočnejših dokazov o pravilnosti Maxwellove elektromagnetne teorije, po kateri je svetloba elektromagnetno valovanje.

Pogovor

Že sedem let po Hertzu so elektromagnetni valovi našli uporabo v brezžičnih komunikacijah. Pomembno je, da je ruski izumitelj radia Aleksander Stepanovič Popov v svojem prvem radiogramu leta 1896 posredoval dve besedi: "Heinrich Hertz".

Lliteratura

1. Knjižnica "Quantum", št. 1, 1988

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

3. Kaliteevsky N.I., "Valovna optika", Moskva: Vyssh. šola, 1978, 383s

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

5.https://ru.wikipedia.org

6. http://ido.tsu.ru

7. http://alexandr4784.narod.ru

Gostuje na Allbest.ru

Podobni dokumenti

Kratka biografija G. Hertza. Eksperimentalna potrditev Maxwellove teorije kot posledica ustvarjanja vibratorja (oddajnika) in resonatorja (sprejemnika) elektromagnetnih valov s strani nemškega fizika. Zasnova vibratorja, mehanizem nastanka električne iskre.

predstavitev, dodano 15.01.2013

Koncept vala in njegova razlika od nihanja. Pomen odkritja elektromagnetnih valov s strani J. Maxwella, ki potrjuje poskuse G. Hertza in poskuse P. Lebedeva. Proces in hitrost širjenja elektromagnetnega polja. Lastnosti in obseg elektromagnetnih valov.

povzetek, dodan 07.10.2011

Biografije G. Hertza in D. Franka. Njihovo skupno delo: preučevanje interakcije elektronov z atomi žlahtnih plinov nizke gostote. Analiza energij elektronov, ki so bili podvrženi trkom z atomi. Značilnosti vakuumske in plinske svetilke.

povzetek, dodan 27.12.2008

Maxwellov sistem enačb v diferencialni in integralni obliki. Raziskava R. Hertza. Hitrost širjenja elektromagnetnih valov. Odkritje fotoelektričnega učinka. Izračun svetlobnega tlaka. Energija, impulz in masa EMF. Vektor Umov-Poynting.

predstavitev, dodano 14.03.2016

Numerična ocena odvisnosti med parametri pri reševanju Hertzovega problema za valj v puši. Stabilnost pravokotne plošče z linearno spremenljivo obremenitvijo na koncih. Določanje frekvenc in načinov naravnih nihanj pravilnih mnogokotnikov.

disertacija, dodana 12.12.2013

Odkritje rentgenskih žarkov Winghelma Conrada Roentgena. Objava članka "O novi vrsti žarkov" v reviji Würzburškega fizikalno-medicinskega društva. Eksperimenti Hittorfa, Crookesa, Hertza in Lenarda. Podelitev Nobelove nagrade za fiziko.

predstavitev, dodano 02.10.2011

Pojem elektromagnetnih valov, njihovo bistvo in značilnosti, zgodovina odkritij in raziskav, pomen v človeškem življenju. Vrste elektromagnetnih valov, njihove posebnosti. Področja uporabe elektromagnetnih valov v vsakdanjem življenju, njihov vpliv na človeško telo.

povzetek, dodan 25.02.2009

Določanje jakosti magnetnega polja osnovnega vibratorja v bližnjem območju. Enačbe potujočih valov. Njihova dolžina in hitrost njihovega širjenja v oddaljenem območju. Smeri Poyntingovega vektorja. Moč in odpornost sevanja elektromagnetnih valov.

predstavitev, dodano 13.08.2013

Osnovne metode, načini postavljanja in opisovanja stanja polarizacije sevanja. Mejni pogoji za naravno žirotropne medije. Formule razmerja med amplitudami vpadnih, odbitih in lomljenih valov. Reševanje problemov pri padcu elektromagnetnega valovanja.

seminarska naloga, dodana 13.04.2014

Razmerje med izmeničnimi električnimi in izmeničnimi magnetnimi polji. Lastnosti elektromagnetnih polj in valov. Specifičnost obsegov ustreznega sevanja in njihova uporaba v vsakdanjem življenju. Vpliv elektromagnetnih valov na človeško telo in zaščita pred njimi.

Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) se je rodil v Hamburgu, sin odvetnika, ki je kasneje postal senator. Hertz je dobro študiral, ljubil je vse predmete, pisal poezijo in rad delal na stružnici. Žal je Hertza vse življenje oviralo slabo zdravje.

Leta 1875 je Hertz po končani gimnaziji vstopil v Dresden, leto pozneje pa v Münchensko višjo tehnično šolo, vendar je po drugem letniku študija ugotovil, da se je zmotil pri izbiri poklica. Njegov poklic ni inženirstvo, ampak znanost. Vstopil je na univerzo v Berlinu, kjer sta bila njegova mentorja fizika Helmholtz (1821-1894) in Kirchhoff (1824-1887). Leta 1880 je Hertz diplomiral na univerzi pred rokom in doktoriral. Od leta 1885 je profesor eksperimentalne fizike na Politehničnem inštitutu Karlsruhe, kjer so izvajali njegove znamenite poskuse.

Leta 1932 v ZSSR in leta 1933 na sestanku Mednarodne elektrotehnične komisije je bila sprejeta frekvenčna enota periodičnega procesa "hertz", ki je bila nato vključena v mednarodni sistem enot SI. 1 hertz je enak enemu popolnemu nihanju v eni sekundi.
Po mnenju Hertzovega sodobnika, fizika J. Thomsona (1856-1940), je Hertzovo delo neverjetno zmagoslavje eksperimentalne spretnosti, iznajdljivosti in hkrati vzor previdnosti pri sklepanju.
Nekoč, ko je Hertzova mati obrtniku, ki je dečka Hertza učil stružnice, povedala, da je Heinrich postal profesor, se je zelo razburil in pripomnil:

Ah, kakšna škoda. Bil bi odličen strugar.

Hertzovi poskusi

Maxwell je trdil, da imajo elektromagnetno valovanje lastnosti odboja, loma, uklona itd. Toda vsaka teorija postane dokazana šele po potrditvi v praksi. Toda takrat niti sam Maxwell niti kdorkoli drug ni mogel eksperimentalno pridobiti elektromagnetnih valov. To se je zgodilo šele po letu 1888, ko je G. Hertz eksperimentalno odkril elektromagnetne valove in objavil rezultate svojega dela.

Hertz vibrator. Odprto nihajno vezje.

Ideja za Hertz vibrator. Odprto nihajno vezje.

Iz Maxwellove teorije je znano, da

samo hitro premikajoči se naboj lahko oddaja elektromagnetno valovanje,

da je energija elektromagnetnega valovanja sorazmerna s četrto potenco njegove frekvence.

Jasno je, da se pospešeni naboji gibljejo v nihajnem krogu, zato jih je najlažje uporabiti za sevanje elektromagnetnih valov. Vendar je treba poskrbeti, da frekvenca nihanja naboja postane čim višja. Iz Thomsonove formule za ciklično frekvenco nihanj v vezju sledi, da je za povečanje frekvence potrebno zmanjšati kapacitivnost in induktivnost vezja.

Bistvo pojavov, ki se pojavljajo v vibratorju, je na kratko naslednje. Ruhmkorffova induktorja na koncih svojega sekundarnega navitja ustvari zelo visoko napetost, reda desetine kilovoltov, ki napolni krogle z naboji nasprotnih predznakov. V določenem trenutku se v iskristi reži vibratorja pojavi električna iskra, zaradi česar je upor njegove zračne reže tako majhen, da se v vibratorju pojavijo visokofrekvenčna dušena nihanja, ki trajajo ves čas obstoja iskre. Ker je vibrator odprt nihajni krog, se oddajajo elektromagnetni valovi.

Hertz je sprejemni obroč imenoval "resonator". Eksperimenti so pokazali, da lahko s spreminjanjem geometrije resonatorja - velikosti, položaja in razdalje glede na vibrator - dosežete "harmonijo" ali "sintonijo" (resonanco) med virom elektromagnetnih valov in sprejemnikom. Prisotnost resonance se je izrazila v pojavu isker v iskristi resonatorju kot odzivu na iskro, ki nastane v vibratorju. Pri Hertzovih poskusih je bila poslana iskra dolga 3-7 mm, iskra v resonatorju pa le nekaj desetink milimetra. Takšno iskro je bilo mogoče videti le v temi, pa še to s povečevalnim steklom.

"Delam kot tovarniški delavec tako glede časa kot značaja, vsako dvignjeno roko ponovim tisočkrat," je leta 1877 zapisal profesor v pismu staršem. Kako težki so bili poskusi z dovolj dolgimi valovi, da bi jih lahko preučevali v zaprtih prostorih (v primerjavi s svetlobnimi valovi), je razvidno iz naslednjih primerov. Za možnost fokusiranja elektromagnetnih valov je bilo parabolično ogledalo ukrivljeno iz pločevine pocinkanega železa z dimenzijami 2x1,5 m. Ko je bil vibrator postavljen v žarišče zrcala, je nastal vzporedni tok žarkov. Za dokaz loma teh žarkov je bila iz asfalta izdelana prizma v obliki enakokrakega trikotnika s stransko ploskvijo 1,2 m, višino 1,5 m in maso 1200 kg.

Rezultati Hertzovih poskusov

Po ogromni seriji delovno intenzivnih in izjemno genialnih eksperimentov z uporabo najpreprostejših, tako rekoč improviziranih sredstev, je eksperimentator dosegel svoj cilj. Možno je bilo izmeriti valovne dolžine in izračunati hitrost njihovega širjenja. so bili dokazani

prisotnost odseva

lom,

difrakcija,

interferenca in polarizacija valov.

izmeril hitrost elektromagnetnega valovanja

Po njegovem poročilu 13. decembra 1888 na univerzi v Berlinu in objavah v letih 1877-78. Hertz je postal eden najbolj priljubljenih znanstvenikov, elektromagnetno valovanje pa so začeli univerzalno imenovati "Hertzovi žarki".

Po Maxwellovi teoriji se lahko elektromagnetna nihanja, ki nastanejo v nihajnem krogu, širijo v vesolju. V svojem delu je pokazal, da se ti valovi širijo s svetlobno hitrostjo 300.000 km/s. Vendar so številni znanstveniki poskušali ovreči delo Maxwella, eden od njih je bil Heinrich Hertz. Bil je skeptičen do Maxwellovega dela in je poskušal izvesti poskus, da bi ovrgel širjenje elektromagnetnega polja.

Imenuje se elektromagnetno polje, ki se širi v vesolju elektromagnetno valovanje.

V elektromagnetnem polju sta magnetna indukcija in jakost električnega polja medsebojno pravokotni, iz Maxwellove teorije pa je sledilo, da je ravnina lokacije magnetne indukcije in jakosti pod kotom 90 0 glede na smer širjenja elektromagnetnega valovanja (slika 1) .

riž. 1. Ravnine lokacije magnetne indukcije in napetosti ()

Te sklepe in poskušal izpodbijati Heinrich Hertz. V svojih poskusih je poskušal ustvariti napravo za preučevanje elektromagnetnih valov. Da bi pridobil oddajnik elektromagnetnih valov, je Heinrich Hertz zgradil tako imenovani Hertzov vibrator, zdaj mu pravimo oddajna antena (slika 2).

riž. 2. Hertz vibrator ()

Razmislite, kako je Heinrich Hertz dobil svojo oddajno ali oddajno anteno.

riž. 3. Zaprto Hertzovo nihajno vezje ()

Ker je imel na voljo zaprto nihajno vezje (slika 3), je Hertz začel ločevati kondenzatorske plošče v različnih smereh in na koncu so bile plošče nameščene pod kotom 180 0 in izkazalo se je, da če bi prišlo do nihanja v tem nihanju vezje, potem so to odprto nihajno vezje zajeli z vseh strani. Zaradi tega je spreminjajoče se električno polje ustvarilo izmenično magnetno polje, izmenično magnetno polje pa električno itd. Ta proces je postal znan kot elektromagnetno valovanje (slika 4).

riž. 4. Emisija elektromagnetnega valovanja ()

Če je vir napetosti priključen na odprt nihajni krog, bo iskra preskočila med minusom in plusom, kar je natančno hitro premikajoči se naboj. Okoli tega pospeševalnega naboja nastane izmenično magnetno polje, ki ustvari izmenično vrtinčno električno polje, ki pa ustvari izmenično magnetno polje itd. Tako se bodo po predpostavki Heinricha Hertza oddajali elektromagnetni valovi. Namen Hertzovega eksperimenta je bil opazovati interakcijo in širjenje elektromagnetnih valov.

Za sprejem elektromagnetnih valov je moral Hertz izdelati resonator (slika 5).

riž. 5. Hertz resonator ()

To je nihajno vezje, ki je bil prerezan zaprt vodnik, opremljen z dvema kroglicama, in te kroglice so se nahajale relativno

drug od drugega na kratki razdalji. Med obema resonatorskima kroglicama je preskočila iskra skoraj v istem trenutku, ko je iskra preskočila v oddajnik (slika 6).

Slika 6. Oddajanje in sprejem elektromagnetnega valovanja ()

Prišlo je do oddajanja elektromagnetnega valovanja in s tem do sprejema tega vala z resonatorjem, ki je bil uporabljen kot sprejemnik.

Iz te izkušnje je sledilo, da obstajajo elektromagnetni valovi, ki se širijo oziroma prenašajo energijo, lahko ustvarijo električni tok v zaprtem vezju, ki se nahaja na dovolj veliki razdalji od oddajnika elektromagnetnega valovanja.

V Hertzovih poskusih je bila razdalja med odprtim nihajnim krogom in resonatorjem približno tri metre. To je bilo dovolj, da smo ugotovili, da se lahko elektromagnetno valovanje širi v vesolju. Kasneje je Hertz izvedel svoje poskuse in ugotovil, kako se elektromagnetno valovanje širi, da lahko nekateri materiali ovirajo širjenje, na primer materiali, ki prevajajo elektriko, preprečujejo prehod elektromagnetnega vala. Materiali, ki ne prevajajo električne energije, so omogočili prehod elektromagnetnega valovanja.

Poskusi Heinricha Hertza so pokazali možnost oddajanja in sprejemanja elektromagnetnih valov. Kasneje so številni znanstveniki začeli delati v tej smeri. Največji uspeh je dosegel ruski znanstvenik Aleksander Popov, prav on je bil prvi na svetu, ki je izvedel prenos informacij na daljavo. Temu danes pravimo radio, prevedeno v ruščino, "radio" pomeni "sevati", s pomočjo elektromagnetnih valov je bil 7. maja 1895 izveden brezžični prenos informacij. Na univerzi v Sankt Peterburgu je bila dobavljena Popova naprava, ki je prejela prvi radiogram, sestavljena je iz samo dveh besed: Heinrich Hertz.

Dejstvo je, da sta v tem času že obstajala telegraf (žična povezava) in telefon, obstajala je tudi Morsejeva abeceda, s pomočjo katere je Popovov uslužbenec prenašal pike in črtice, ki so bile posnete in dešifrirane na tabli pred komisijo. . Popov radio seveda ni podoben sodobnim sprejemnikom, ki jih uporabljamo (slika 7).

riž. 7. Popov radijski sprejemnik ()

Popov je izvedel prve študije o sprejemu elektromagnetnih valov ne z oddajniki elektromagnetnih valov, temveč z nevihto, ki je sprejemal signale strele, svoj sprejemnik pa je imenoval detektor strele (slika 8).

riž. 8. Popov udarec strele ()

Zasluge Popova vključujejo možnost izdelave sprejemne antene, prav on je pokazal potrebo po izdelavi posebne dolge antene, ki bi lahko prejela dovolj veliko količino energije iz elektromagnetnega vala, tako da je bil v tej anteni induciran električni izmenični tok. .

Razmislite, iz katerih delov je bil sestavljen Popov sprejemnik. Glavni del sprejemnika je bil koherer (steklena cev, napolnjena s kovinskimi opilki (slika 9)).

Takšno stanje železnih opilkov ima visoko električno upornost, v tem stanju koherer ni prepuščal električnega toka, a takoj, ko je skozi koherer zdrsnila majhna iskra (za to sta bila dva kontakta, ki sta bila ločena), so se opilki sintrali in odpornost kohererja se je stokrat zmanjšala.

Naslednji del Popovega sprejemnika je električni zvonec (slika 10).

riž. 10. Električni zvonec v Popovem sprejemniku ()

Bil je električni zvonec, ki je oznanil sprejem elektromagnetnega vala. Poleg električnega zvonca je imel Popov sprejemnik enosmerni vir - baterijo (slika 7), ki je zagotavljala delovanje celotnega sprejemnika. In seveda sprejemna antena, ki jo je Popov dvignil v balone (slika 11).

riž. 11. Sprejemna antena ()

Delovanje sprejemnika je bilo naslednje: baterija je ustvarila električni tok v tokokrogu, v katerega sta bila vključena koherer in zvonec. Električni zvonec ni mogel zvoniti, saj je imel koherer velik električni upor, tok ni prehajal in je bilo treba izbrati želeni upor. Ko je elektromagnetno valovanje zadelo sprejemno anteno, se je v njej induciral električni tok, električni tok iz antene in vira energije skupaj je bil precej velik - v tistem trenutku je preskočila iskra, kohererska žagovina se je sintrala in električni tok je šel skozi napravo. Začel je zvoniti zvonec (slika 12).

riž. 12. Načelo delovanja sprejemnika Popov ()

V Popovem sprejemniku je bil poleg zvonca tudi udarni mehanizem, zasnovan tako, da je hkrati udaril v zvonec in koherer ter s tem stresel koherer. Ko je prišel elektromagnetno valovanje, je zazvonil zvonec, koherer se je stresel - žagovina se je drobila in v tistem trenutku se je upor spet povečal, električni tok je prenehal teči skozi koherer. Zvonec je prenehal zvoniti do naslednjega sprejema elektromagnetnega vala. Tako je deloval Popov sprejemnik.

Popov je poudaril naslednje: sprejemnik lahko precej dobro deluje na dolgih razdaljah, vendar je za to treba ustvariti zelo dober oddajnik elektromagnetnih valov - to je bil problem tistega časa.

Prvi prenos s Popovo napravo je potekal na razdalji 25 metrov, v samo nekaj letih pa je razdalja že več kot 50 kilometrov. Danes lahko s pomočjo radijskih valov prenašamo informacije po vsem svetu.

Na tem področju ni deloval le Popov, italijanski znanstvenik Marconi je uspel svoj izum uvesti v proizvodnjo skoraj po vsem svetu. Zato so k nam prišli prvi radijski sprejemniki iz tujine. V naslednji lekciji bomo obravnavali načela sodobne radijske komunikacije.

Bibliografija

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

Domača naloga

Katere Maxwellove sklepe je Heinrich Hertz skušal izpodbijati?
Določite elektromagnetno valovanje.
Poimenujte načelo delovanja sprejemnika Popov.

Internetni portal Mirit.ru ().
Internetni portal Ido.tsu.ru ().
Internetni portal Reftrend.ru ().

Nadaljujmo s preučevanjem vprašanj, povezanih z elektromagnetnimi valovi,
in tema naše lekcije bo posvečena poskusom Heinricha Hertza in ustvarjanju
radio ruskim znanstvenikom A. Popovu
Elektromagnetna nihanja, ki nastanejo v nihajnem krogu, po Maxwellovi teoriji
se lahko širi v vesolju. V svojem delu je pokazal, da ti valovi
širijo s svetlobno hitrostjo 300.000 km/s. Vendar so mnogi znanstveniki poskusili
ovržejo delo Maxwella, eden izmed njih je bil Heinrich Hertz. Bil je skeptičen glede
Maxwellovo delo in poskušal izvesti poskus, da bi ovrgel širjenje
elektromagnetno polje.
Elektromagnetno polje, ki se širi v vesolju, se imenuje elektromagnetno polje.
val.
V elektromagnetnem polju, magnetna indukcija in jakost električnega polja
sta medsebojno pravokotni, iz Maxwellove teorije pa je sledilo, da je ravnina
lokacija magnetne indukcije in intenzitete je pod kotom 900 glede na smer
širjenje elektromagnetnega valovanja (slika 1).
riž. 1. Ravnine lokacije magnetne indukcije in intenzitete (Vir)
Te sklepe in poskušal izpodbijati Heinrich Hertz. V svojih poskusih je poskušal ustvariti napravo
za preučevanje elektromagnetnega valovanja. Da bi dobili elektromagnetni oddajnik
valov, Heinrich Hertz je zgradil tako imenovani Hertz vibrator, zdaj mu pravimo
oddajna antena (slika 2).

riž. 2. Hertz vibrator (vir)
Razmislite, kako je Heinrich Hertz dobil svojo oddajno ali oddajno anteno.
riž. 3. Zaprto nihajno Hertzovo vezje (Vir)
Ker je imel na voljo zaprto nihajno vezje (slika 3), je Hertz začel širiti plošče
kondenzator v različnih smereh in na koncu so plošče nameščene pod kotom 1800, z
izkazalo se je, da če se v tem nihajnem krogu pojavijo nihanja, potem so
zajel to odprto nihajno vezje z vseh strani. Kot rezultat
spreminjajoče se električno polje je ustvarilo izmenično magnetno polje in izmenično magnetno polje
ustvarjen električni in tako naprej. Ta proces se imenuje elektromagnetno valovanje.
(slika 4).

riž. 4. Sevanje elektromagnetnega valovanja (Vir)
Če je vir napetosti priključen na odprt nihajni krog, potem med minusom
in kot plus bo preskočila iskra, kar je ravno hitro premikajoči se naboj. Naokoli
tega naboja, ki se premika s pospeškom, nastane izmenično magnetno polje, ki
ustvarja izmenično vrtinčno električno polje, ki pa ustvarja izmenično
magnetni in tako naprej. Tako bo po predpostavki Heinricha Hertza obstajala
sevanje elektromagnetnih valov. Cilj Hertzovega eksperimenta je bilo opazovanje
medsebojno delovanje in širjenje elektromagnetnih valov.
Za sprejem elektromagnetnih valov je moral Hertz izdelati resonator (slika 5).
riž. 5. Hertz resonator (vir)
To je nihajni krog, ki je bil prerezan zaprt prevodnik,
opremljen z dvema kroglicama, te kroglice pa so bile relativno locirane

drug od drugega na kratki razdalji. Med dvema resonatorskima kroglicama je preskočila iskra
skoraj v istem trenutku, ko je iskra preskočila v oddajnik (slika 6).
Slika 6. Oddajanje in sprejem elektromagnetnega valovanja (Vir)
Prišlo je do oddajanja elektromagnetnega vala in s tem do sprejema tega vala
resonator, ki je bil uporabljen kot sprejemnik.
Iz te izkušnje je sledilo, da obstajajo elektromagnetni valovi, ki se širijo,
oziroma prenos energije lahko ustvari električni tok v zaprtem krogu,
ki se nahaja na dovolj veliki razdalji od oddajnika elektromagnetnega valovanja.
V Hertzovih poskusih je bila razdalja med odprtim nihajnim krogom in resonatorjem
približno tri metre. To je bilo dovolj, da smo ugotovili, da lahko elektromagnetno valovanje
širijo v vesolju. Kasneje je Hertz izvedel svoje poskuse in to ugotovil
kako se elektromagnetno valovanje širi, kaj lahko nekateri materiali motijo
širili, na primer, materiali, ki prevajajo elektriko, niso dali
prepuščati elektromagnetno valovanje. Materiali, ki ne prevajajo električne energije
prehod elektromagnetnega vala.
Izum radia A. Popova
Poskusi Heinricha Hertza so pokazali možnost oddajanja in sprejemanja elektromagnetnih valov. AT
Kasneje so številni znanstveniki začeli delati v tej smeri. Največji uspeh je bil
Ruski znanstvenik Aleksander Popov je bil prvi na svetu, ki je izvedel prenos
informacije na daljavo. To zdaj imenujemo radio, prevedeno v ruščino
"radio" pomeni "sevati", z uporabo brezžičnega prenosa elektromagnetnih valov
informacija je bila izvedena 7. maja 1895. na univerzi v Sankt Peterburgu
Vgrajena je bila Popova naprava, ki je prejela prvi radiogram, sestavljena je bila le iz
dve besedi: Heinrich Hertz.
Dejstvo je, da sta do takrat že obstajala telegraf (žična povezava) in telefon,
obstajala je tudi Morsejeva abeceda, s pomočjo katere je Popovov uslužbenec prenašal pike in črtice,
ki so bili zapisani in prepisani na tablo pred komisijo. Radio Popov, seveda,
za razliko od sodobnih sprejemnikov, ki jih uporabljamo (slika 7).

riž. 7. Popov radijski sprejemnik (Vir)
Popov ni izvedel prvih študij o sprejemu elektromagnetnih valov z oddajniki
elektromagnetnih valov, in z nevihto, sprejemanje signalov strele, in je poklical svoj sprejemnik
detektor strele (slika 8).
riž. 8. Popov udarec strele (Vir)
Zasluge Popova vključujejo možnost izdelave sprejemne antene, kar je pokazal
potreba po izdelavi posebne dolge antene, ki bi lahko sprejela dovolj
velika količina energije iz elektromagnetnega vala, tako da se ta antena inducira
električni izmenični tok.
Razmislite, iz katerih delov je bil sestavljen Popov sprejemnik. Glavni del sprejemnika je bil
koherer (steklena cev, napolnjena s kovinskimi opilki (slika 9)).

riž. 9. Coherer (vir)
To stanje železnih opilkov ima visoko električno upornost
stanje, koherer električnega toka ni minil, vendar je bilo vredno zdrsniti majhno iskrico
skozi koherer (za to sta bila dva kontakta, ki sta bila ločena) in žagovino
sintrano in odpornost kohererja se je stokrat zmanjšala.
Naslednji del Popovega sprejemnika je električni zvonec (slika 10).
riž. 10. Električni zvonec v Popovem sprejemniku (Vir)
Bil je električni zvonec, ki je oznanil sprejem elektromagnetnega vala. Razen
električni zvonec v Popovem sprejemniku je bil enosmerni vir - baterija (slika 7),
ki je zagotovila delovanje celotnega sprejemnika. In, seveda, sprejemna antena, ki jo Popov
dvignjena v balonih (slika 11).

riž. 11. Sprejemna antena (vir)
Delovanje sprejemnika je bilo naslednje: baterija je ustvarila električni tok v tokokrogu, v
ki sta bila vključena koherer in zvonec. Električni zvonec ni mogel zvoniti, ker je koherer
imel visok električni upor, tok ni prešel in je bilo potrebno
izberite pravo odpornost. Ko elektromagnetno sevanje udari v sprejemno anteno
val, je bil v njem induciran električni tok, električni tok iz antene in vira
napajalnik skupaj je bil dovolj velik - v tistem trenutku je preskočila iskra, kohererna žagovina
sintrano, skozi napravo pa teče električni tok. Začel je zvoniti zvonec (slika 12).
riž. 12. Načelo delovanja sprejemnika Popov (Vir)
V Popovem sprejemniku je bil poleg zvonca tudi udarni mehanizem, zasnovan tako, da
udarite hkrati na zvonec in koherer, s čimer stresite koherer. Kdaj

prišel je elektromagnetni val, zazvonil je zvonec, koherer se je stresel - žagovina se je drobila,
in v tistem trenutku se je upor spet povečal, električni tok je prenehal teči
koherer. Zvonec je prenehal zvoniti do naslednjega sprejema elektromagnetnega vala. Torej
Tako je deloval Popov sprejemnik.
Popov je poudaril naslednje: sprejemnik lahko dobro deluje tudi na prostem
razdalje, vendar je za to treba ustvariti zelo dober oddajnik elektromagnetnih valov
– to je bil takrat problem.
Prvi prenos s Popovovo napravo se je zgodil na razdalji 25 metrov in dobesedno znotraj
Že nekaj let je razdalja že več kot 50 kilometrov. Danes s pomočjo radijskih valov
informacije lahko prenašamo po vsem svetu.
Zaključek
Na tem področju ni deloval le Popov, svoje je uspel uvesti italijanski znanstvenik Marconi
izum v proizvodnjo skoraj po vsem svetu. Zato prvi radijski sprejemniki
prišel k nam iz tujine. V nadaljevanju bomo obravnavali načela sodobne radijske komunikacije
razredov.

Bibliografija
Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fizika (osnovna raven) - M .: Mnemosyne,
2012.
1.

Domača naloga
Katere Maxwellove sklepe je Heinrich Hertz skušal izpodbijati?
Določite elektromagnetno valovanje.
Poimenujte načelo delovanja sprejemnika Popov.
1.
2.
3.