Излучение электромагнитных волн

Как известно, электрические колебания могут быть созданы в колебательном контуре. При этом заметного излучения электромагнитных волн не происходит, т.к. взаимопревращения энергии электрического и магнитного полей локализованы в объемах конденсатора и катушки индуктивности. Для испускания электромагнитных волн в пространство необходимо преобразовать закрытый колебательный контур в открытый (Рис. 189).

Рис. 189.

Электромагнитные волны, как и волны другого происхождения, обладают той же совокупностью свойств, например, имеют способность отражаться, поглощаться, преломляться. Для демонстрации свойств электромагнитных волн рассмотрим следующие опыты.

Опыт 20.1. Основные демонстрации с генератором сантиметровых волн
(длина волны 2-3 см).

Оборудование:

1. Комплект аппаратуры для изучения свойств электромагнитных волн.

2. Выпрямитель ВУП - 1

3. Усилитель низкой частоты

4. Громкоговоритель

5. Провода соединительные

Электрические колебания генератора поступают на излучатель, сделанный в виде рупора. Затем они распространяются в направлении, в котором направлен рупор. Приемная антенна, выполненная также в виде рупора, принимает волну, кремниевый диод детектирует ее, после чего принятый сигнал усиливается и подается на громкоговоритель. По громкости звука можно судить о приеме волны.

Поглощение электромагнитных волн (Рис. 190.).

Добившись хорошей слышимости звука из громкоговорителя, помещаем между рупорами диэлектрические тела, при этом наблюдается значительное понижение громкости звука, т.е. диэлектрики поглощают электромагнитные волны.

Рис. 190.

Отражение электромагнитных волн (Рис. 191).

Рупоры поворачивают вверх, при этом волна перестает регистрироваться (звук пропадает). Но если над рупорами поместить металлическую пластинку, то звук появляется. Это объясняется тем, что электромагнитная волна, отразившись от пластинки, снова попала в рупор-приемник.

Рис. 191.

Преломление электромагнитных волн (Рис. 192.).

Как и во втором опыте, рупоры развернуты вверх, но вместо металлической пластинки помещают эбонитовую призму, звук снова появляется. Это говорит о том, что электромагнитная волна способна преломляться.

Рис. 192.

Интерференция электромагнитных волн (Рис. 193.).

Рупоры, как и в первом случае, направлены друг на друга, но также под ними расположена металлическая пластинка. В результате громкость звука в зависимости от положения пластинки либо усиливается, либо ослабляется. Это явление объясняется интерференцией волн. В зависимости от разности хода волн меняется амплитуда результирующей волны, а как следствие этого и громкость звука. Если разность хода волн равна целому числу длин волн, или же четному числу полуволн, выполняется условие максимума при интерференции, и звук усиливается. Если разность хода волн равна нечетному числу полуволн, то выполняется условие минимума при интерференции, и звук ослабляется.

Рис. 193.

Опыт 20.2 Интерференция двух волн. Бипризма Френеля.

Цель работы: исследовать интерференцию двух волн.

Оборудование:

1. Бипризма Френеля
2. Источник тока

Ход работы.

1. Получим две плоские когерентные монохроматические волны с помощью бипризмы Френеля. Зона перекрытия волн (зона интерференции) имеет бесконечные размеры, поэтому на экране появляются две светлые точки, каждая из которых соответствует одной из двух волн. Линза, формирующая изображение, находится вне зоны перекрытия.
2. При перемещении линзы волны перекрываются. Мы видим на экране типичную интерференционную картину: полосы равной ширины.

Опыт 20.3 Трехсантиметровые волны: дифракция Френеля на двух щелях.

Оборудование:

1. Излучатель.
2. Экран с двумя щелями
3. Антенный приемник

Ход работы.

1. Изначально антенный приемник, укрепленный на подвижном кронштейне, находится в глубине геометрической тени.
2. Поворачивая кронштейн с приемником, мы просматриваем картину дифракции Френеля на двух щелях: боковой максимум слева, центральный максимум и боковой максимум справа.

Вывод: с помощью дифракции Френеля на двух щелях мы можем получить трехсантиметровые волны.

Поперечность электромагнитной волны (Рис. 20.6).

Рупоры направлены друг на друга, но между ними установлена решетка с вертикальным расположением прутьев. Если менять ориентацию прутьев, то громкость звука будет меняться, достигая при одном положении максимума, а при другом – минимума. Причем, прутья решетки в первом случае будут перпендикулярны прутьям решетки во втором случае. Это объясняется тем, что электромагнитные волны являются поперечными. Различие в прохождении электромагнитной волны через решетку при различной ориентации ее прутьев объяснятся тем фактом, что при совпадении направления колебаний вектора напряженности электрического поля электромагнитной волны с направлением прутьев решетки на свободной электроны в металле решетки будет действовать сила, под действием которой они будут перемещаться вдоль прутьев решетки. При этом будет совершаться работа, а энергия электромагнитной волны, прошедшей через решетку в этом случае, соответственно, будет уменьшаться, что приведет к ослаблению звука. Если же напряженность электрического поля электромагнитной волны, перпендикулярна прутьям решетки, то работа по перемещению электронов в металле решетки не будет совершаться, и электромагнитная волна пройдет через решетку без потерь. При этом громкость звука не уменьшится.

Рис. 194.

Опыты Герца, вибратор Герца

Первые опыты с несветовыми электромагнитными волнами были осуществлены Г. Герцем в 1888 г. Для получения волн Герц применил изобретенный им вибратор, состоящий из двух стержней, разделенных искровым промежутком. При подаче на вибратор высокого напряжения от индукционной катушки в промежутке проскакивала искра. Она закорачивала промежуток, и в вибраторе возникали затухающие электрические колебания (Рис. 195; показанные на рисунке дроссели предназначались для того, чтобы высокочастотный ток не ответвлялся в обмотку индуктора). За время горения искры успевало совершиться большое число колебаний, порождавших цуг электромагнитных волн, длина которых приблизительно в два раза превышала длину вибратора. Помещая вибраторы разной длины в фокусе вогнутого параболического зеркала, Герц получал направленные плоские волны, длина которых составляла от 0, 6 м до 10 м.

Рис. 195.

Исследование излучаемой волны Герц осуществлял также при помощи полуволнового вибратора с небольшим искровым промежутком посредине. При размещении такого вибратора параллельно вектору напряженности электрического поля волны в нем возбуждались колебания тока и напряжения. Поскольку длина вибратора выбиралась равной l/2, колебания в нем вследствие резонанса достигали такой интенсивности, что вызывали проскакивание в искровом промежутке небольших искр.

С помощью больших металлических зеркал и асфальтовой призмы (размером более 1 м и массой 1200 кг) Герц осуществил отражение и преломление электромагнитных волн и обнаружил, что оба эти явления подчиняются законам, установленным в оптике для световых волн. Отразив бегущую плоскую волну с помощью плоского металлического зеркала в обратном направлении, Герц получил стоячую волну. Расстояние между узлами и пучностями волны позволило определить длину волны l. Умножив l на частоту колебаний вибратора υ, можно было найти скорость электромагнитных волн, которая оказалась близкой к с. Располагая на пути волн решетку из параллельных друг другу медных проволок, Герц обнаружил, что при вращении решетки вокруг луча интенсивность волн, прошедших сквозь решетку, сильно изменяется. Когда проволоки, образующие решетку, были перпендикулярны к вектору напряженности электрического поля Е, волна проходила сквозь решетку без помех. При расположении проволок параллельно Е волна сквозь решетку не проходила. Так была доказана поперечность электромагнитных волн.

Опыты Герца были продолжены П.Н. Лебедевым, который в 1894 г. получил электромагнитные волны длиной 6 мм и исследовал прохождение их в кристаллах. При этом было обнаружено двойное преломление волн.

⇐ Предыдущая23242526272829303132Следующая ⇒

Поделиться: