Досліди Герца. Відкриття радіо О.С.Поповим
Тема: Утворення і поширення електромагнітних хвиль
ПЛАН
1. Досліди Герца. Відкриття радіо О.С.Поповим.
2. Швидкість поширення, довжина і частота електромагнітної хвилі. Електромагнітні хвилі в природі і техніці.
3. Принцип дії радіотелефонного зв’язку. Радіомовлення і телебачення. Радіолокація.
4. Стільниковий зв’язок. Супутникове телебачення.
Основна література:
1. Жданов Л.С., Жданов Г.Л. Фізика. Підручник для середніх спеціальних навчальних закладів. - К.: Вища школа, 1983.-С 343-347
Додаткова література:
2. Фізика.Довідник/ Соколович Ю.А., Богданова Г.С.:Навч.посіб.-Х.:Факт 2008.-С140-144
Ключові поняття:
| Ø Електромагнітна хвиля | Ø Радіо |
| Ø Модуляція | Ø Телебачення |
| Ø Детектування | Ø Радіолокація |
Досліди Герца. Відкриття радіо О.С.Поповим.
Дж. Максвелл показав, що електромагнітне поле у вакуумі може існувати і за відсутності джерел струмів та зарядів. Згідно з теорією Максвелла будь-які зміни магнітного поля приводять до виникнення вихрового електричного поля. Будь-які зміни електричного поля супроводжуються виникненням вихрового магнітного поля. Отже, у всьому просторі, де змінюються поля, одночасно існують вихрові електричні і магнітні поля, які взаємно породжують і підтримують одне одного. У цьому випадку поле матиме вигляд хвилі, яка поширюється зі швидкістю 3·10 8 м/с.
Але сам Дж. Максвелл не дожив до того часу, коли існування електромагнітних хвиль було підтверджено. Лише через 10 років після його смерті німецький фізик Г. Герц (1857-1894) експериментально виявив електромагнітні хвилі. Щоб здобути електромагнітні хвилі, Г. Герц запропонував використовувати так званий диполь (мал. 1). Диполь складався з двох мідних стержнів, які закінчувались маленькими латунними кульками. На протилежних кінцях їх були надіті цинкові сферичні ковпачки, переміщенням яких можна змінювати ємність та індуктивність контуру. Між маленькими кульками залишався незначний повітряний проміжок.
До мідних стержнів біля кульок було приєднано обмотки котушки, яка була з'єднана з джерелом живлення, у результаті чого на стержні подавалась висока напруга окремими імпульсами. При цьому між стержнями періодично виникав іскровий розряд. (На той час уже було доведено коливальний характер електричної іскри.)
Мал. 1. Установка Герца з отримання і реєстрації електромагнітних хвиль
Щоб реєструвати випромінені хвилі, Герц використав:
Ø Резонатор – пристрій, подібний до випромінюючого диполя.
Резонатор являє собою незамкнене кільце з латунними кульками на кінцях і незначним повітряним проміжком між ними.
1.
Назва «резонатор» відбиває той факт, що, змінюючи розміри та положення резонатора, можна налаштувати його на частоту коливань випромінюючого контуру. Іншими словами, коливальний контур та резонатор працюють у режимі резонансу: щоразу, коли у коливальному контурі відбувався іскровий розряд, між кульками резонатора пробігала іскра.
Утворення іскри свідчить про те, що в просторі між двома системами відбувається процес, пов'язаний з передаванням енергії. У подальших експериментах Герц встановив, що цей процес має властивості хвильового руху.
Герц спостерігав відбиття й заломлення хвиль, явища інтерференції, дифракції та поляризації . Герц зумів виміряти довжину електромагнітної хвилі та, обчисливши власну частоту електромагнітних коливань контуру, визначив швидкість поширення хвилі. Виявилось, що вона дорівнює 3·108 м/с (на той час було відомо, що з такою швидкістю поширюється світло).
Спостереження слабих іскрових розрядів приймача привели до трагічного факту в житті Г. Герца. Постійне напруження зору в затемнених кімнатах привело до втрати вченим зору. Г. Герц прожив всього 37 років.
Досліди Герца блискуче підтвердили теоретичні передбачення Максвелла, який був глибоко переконаний у тому, що електромагнітні хвилі існують реально.
З історії винайдення радіо. Радіозв'язок — це колективне винайдення. Початок поклав англійський фізик М. Фарадей, який 1831 року відкрив явище електромагнітної індукції. Взявши за основу уявлення Фарадея і розвиваючи їх, англійський учений Дж. Максвелл 1865 року дійшов висновку: металевий провідник, по якому тече струм, повинен випромінювати в простір електромагнітні хвилі, які поширюються ч, швидкістю світла. Перший, кому в 1887 році вдалося «створити» й детектувати електромагнітні хвилі, був німецький учений Г. Герц. Однак детектор Герца мав дуже маленьку чутливість. Цей недолік компенсував французький фізик Е. Бранлі в 1890 році. Він установив, що електричний опір металевих порошків різко знижується під впливом, електромагнітних хвиль. Таким чином, був винайдений «когерер» — чутливий детектор хвиль.
7 травня 1895 року на засіданні Російського фізико-хімічного товариства в Петербурзі О. С. Попов продемонстрував дію першого у світі радіоприймача. 24 травня 1895 року було передано першу у світі телеграму (на відстань 250 м). На маневрах Чорноморського флоту в 1899 році вчений установив радіозв'язок на відстані понад 20 км. На початку 1900 року радіозв'язок був успішно використаний під час рятувальних операцій у Фінській затоці. За участю О. С. Попова почалося впровадження радіозв'язку на флоті та в армії.
У 1901 році італійському інженерові Г. Марконі вдалося встановити радіозв'язок через Атлантичний океан.
2.
Його діяльність відіграла значну роль у розвитку радіо як засобу зв'язку й була відзначена 1909 року Нобелівською премією.
Важливим етапом у розвитку радіозв'язку стало створення в 1913 році лампового генератора незатухаючих електромагнітних коливань.
У наступні роки зусиллями багатьох видатних вчених та інженерів різних країн радіотехніка перетворилася на надзвичайно широку й різноманітну галузь техніки.