Генерация ЭМВ
Возможность существования электромагнитных волн предсказывал еще Майкл Фарадей в 1832 г., обобщая известные к тому времени данные по изучению электричества и магнетизма. Теоретически обосновал это предположение Дж. Максвелл.
Из теории Максвелла следует, что изменяющееся электрическое поле порождает в пустом пространстве магнитное поле. Изменяющееся магнитное поле приводит, в свою очередь, к появлению изменяющегося электрического поля и т.д. Анализируя свои уравнения, Максвелл пришел к заключению, что конечным итогом подобной связи изменяющихся полей будет появление волны, которая содержит электрическое и магнитное поля и способна распространяться в пустом пространстве. Впервые электромагнитные волны были обнаружены в 1887 г. Генрихом Герцем, который в качестве источника электромагнитных колебаний использовал колебательный контур.
В колебательном контуре, образованном конденсатором С и катушкой L (рис. 6.1, а), электрическое поле сосредоточено в зазоре между обкладками, а магнитное – внутри катушки.
В окружающем конденсатор и катушку пространстве поля практически равны нулю, поэтому заметного излучения электромагнитных волн не происходит. Для того чтобы контур излучал волны, необходимо увеличить расстояние между обкладками конденсатора и между витками катушки. В пределе мы придем к прибору, названному впоследствии вибратором Герца. В процессе видоизменений, изображенных на рис. 6.1, б, в, сильно уменьшается емкость и индуктивность контура, что также выгодно, так как приводит к увеличению частоты колебаний, а следовательно к уменьшению длины волны. С волнами меньшей длины легче экспериментировать. В своих исследованиях Герц достиг частот порядка 
и получил волны, длина которых составляла от 10 до 0,6 м. Вибратор Герца имел несколько модификаций. В одной из них (рис. 6.2) он состоял из двух одинаковых металлических стержней V – V, разделенных регулируемым искровым промежутком R и соединенных через дроссели D с индуктором - источником высокого напряжения. Когда напряжение на искровом промежутке достигало пробойного значения, он пробивался электрической искрой, замыкающей обе половины вибратора. В вибраторе возникали затухающие электрические колебания высокой частоты. Максимальной интенсивностью обладали колебания с пучностью тока посередине вибратора и с длиной волны, равной примерно удвоенному расстоянию между концами вибратора (полуволновой вибратор). Уходу колебаний в индуктор препятствовали дроссели, соединяющие элементы вибратора с индуктором. 
Рис. 6.2 Для обнаружения электромагнитных волн Герц использовал резонаторы в виде проволочной рамки и иных форм. Наиболее простым являлся резонатор А – А (рис. 6.2), по форме повторяющий излучающий вибратор, а поэтому имеющий те же собственные частоты колебаний. Когда электромагнитная волна достигает резонатора, она возбуждает в нем токи. Появление этих токов сопровождается проскакиванием искры в маленьком зазоре в центре резонатора или возбуждением свечения в небольшой газоразрядной трубке Т, подключенной к обеим половинкам резонатора. ЭМВ распространяются в пространстве, удаляясь от вибратора во все стороны, а не только вправо, как показано на рис. 6.3. 
Рис. 6.3 Рисунок 6.3, наглядно показывающий способ распространения ЭМВ, помогпет сделать несколько выводов. · Во-первых, в любой точке векторы напряженности электрического 
и магнитного 
полей взаимно перпендикулярны и перпендикулярны направлению распространения 
. · Во-вторых, поля изменяют свое направление в пространстве: в одних точках вектор 
направлен к плоскости страницы, в других – от нее; аналогично ведет себя и вектор . · В-третьих, электрическое и магнитное поля находятся в фазе, т.е. они достигают максимума и обращаются в нуль в одних и тех же точках. Если ЭДС генератора изменяется по синусоидальному закону, то и напряженность электрического поля и магнитного поля будет изменяться по синусоидальному закону. Строго говоря, это справедливо в точках, достаточно удаленных от источника (в волновой зоне, когда 
). Электромагнитные волны представляют собой поперечные волны и аналогичны другим типам волн. Однако в ЭМВ происходят колебания полей, а не вещества, как в случае волн на воде или в натянутом шнуре. Таким образом, ЭВМ генерируются колеблющимися, т.е. движущимися с ускорением, электрическими зарядами. Справедливо и такое утверждение: движущийся с ускорением электрический заряд испускает электромагнитные волны.
23.02.2012
 |
Максвелл Джеймс Клерк (1831–1879) – английский физик, член Эдинбургского (1855) и Лондонского (1861) королевских обществ, с 1871 г. – первый профессор экспериментальной физики в Кембридже. Работы посвящены электродинамике, молекулярной физике, общей статистике, оптике, механике, теории упругости. Самым большим научным достижением Максвелла является созданная им в 1860–1865 гг. теория электромагнитного поля, которую он сформулировал в виде системы нескольких уравнений (уравнения Максвелла), выражающих все основные закономерности электромагнитных явлений. В своей теории Максвелл дал определение электромагнитного поля и предсказал новый эффект: существование в свободном пространстве электромагнитного излучения (электромагнитных волн) и его распространение в пространстве со скоростью света. Теоретически вычислил давление света. |
 |
Герц Генрих Рудольф (1857–1894) – немецкий физик. Окончил Берлинский университет (1880) и был ассистентом у Г. Гельмгольца. В 1885–89 гг. – профессор Высшей технической школы в Карлсруэ. Основные работы относятся к электродинамике, одним из основоположников которой он является, и механике. В 1888 г. экспериментально доказал существование электромагнитных волн, распространяющихся в свободном пространстве, предсказанных теорией Максвелла. В 1887 г. наблюдал внешний фотоэффект. Исследования Герца посвящены также катодным лучам, теории удара упругих тел и т.п. |
 |
||
| а | б | в |
| Рис. 6.1 | ||
и получил волны, длина которых составляла от 10 до 0,6 м. Вибратор Герца имел несколько модификаций. В одной из них (рис. 6.2) он состоял из двух одинаковых металлических стержней V – V, разделенных регулируемым искровым промежутком R и соединенных через дроссели D с индуктором - источником высокого напряжения. Когда напряжение на искровом промежутке достигало пробойного значения, он пробивался электрической искрой, замыкающей обе половины вибратора. В вибраторе возникали затухающие электрические колебания высокой частоты. Максимальной интенсивностью обладали колебания с пучностью тока посередине вибратора и с длиной волны, равной примерно удвоенному расстоянию между концами вибратора (полуволновой вибратор). Уходу колебаний в индуктор препятствовали дроссели, соединяющие элементы вибратора с индуктором. Рис. 6.2 Для обнаружения электромагнитных волн Герц использовал резонаторы в виде проволочной рамки и иных форм. Наиболее простым являлся резонатор А – А (рис. 6.2), по форме повторяющий излучающий вибратор, а поэтому имеющий те же собственные частоты колебаний. Когда электромагнитная волна достигает резонатора, она возбуждает в нем токи. Появление этих токов сопровождается проскакиванием искры в маленьком зазоре в центре резонатора или возбуждением свечения в небольшой газоразрядной трубке Т, подключенной к обеим половинкам резонатора. ЭМВ распространяются в пространстве, удаляясь от вибратора во все стороны, а не только вправо, как показано на рис. 6.3. Рис. 6.3 Рисунок 6.3, наглядно показывающий способ распространения ЭМВ, помогпет сделать несколько выводов. · Во-первых, в любой точке векторы напряженности электрического и магнитного полей взаимно перпендикулярны и перпендикулярны направлению распространения . · Во-вторых, поля изменяют свое направление в пространстве: в одних точках вектор направлен к плоскости страницы, в других – от нее; аналогично ведет себя и вектор . · В-третьих, электрическое и магнитное поля находятся в фазе, т.е. они достигают максимума и обращаются в нуль в одних и тех же точках. Если ЭДС генератора изменяется по синусоидальному закону, то и напряженность электрического поля и магнитного поля будет изменяться по синусоидальному закону. Строго говоря, это справедливо в точках, достаточно удаленных от источника (в волновой зоне, когда ). Электромагнитные волны представляют собой поперечные волны и аналогичны другим типам волн. Однако в ЭМВ происходят колебания полей, а не вещества, как в случае волн на воде или в натянутом шнуре. Таким образом, ЭВМ генерируются колеблющимися, т.е. движущимися с ускорением, электрическими зарядами. Справедливо и такое утверждение: движущийся с ускорением электрический заряд испускает электромагнитные волны.
23.02.2012
