Герц измерил скорость электромагнитной волны, создав (см) Что?
Ганзейский город Гамбург. Здесь 22 февраля 1857г родился Генрих Рудольф Герц в семье преуспевающих представителей гамбургского общества. Юный Генрих оказался одаренным ребенком. Родители всячески способствовали его развитию. Окончив школу, он решил изучать инженерное дело, отчасти чтобы угодить отцу. Покинув отцовский дом, Генрих начал студенческую карьеру, которая завела его в Берлин, где он учился, а впоследствии работал с известным физиком. В 1884г он сам стал профессором физики знаменитого и старейшего тех. университета, в его обязанности входило читать лекции, но по-настоящему ученого интересовали научные эксперименты. Во время одного из них в 1886г Генрих Герц заметил крошечные искры, проскакивающие в зазоре медного кольца когда рядом разряжалась индукционная катушка. Это свидетельствовало о присутствии электромагнитных волн. Вместе со своим ассистентом Герц стал систематически изучать это явление, проводя трудоемкие и длительные опыты, построил аппарат, состоящий из передатчика слева, и приемника справа. Какого-то специального оборудования не существовало, он использовал подручные средства, самые простые. Но ученый добился потрясающих результатов:
измерил длины волн
замер и расчет скорости распространения волн
доказал существование отражения, дифракции и др.свойств
Разновидность волны, о которой задан вопрос, в физике еще называют стационарной. Относится к такому волновому свойству как интерференция. Правильный ответ: предпоследний.
Как Герц измерил скорость электромагнитной волны?
Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь для публикации ответа на этот вопрос.
решение вопроса
Связанных вопросов не найдено
Обучайтесь и развивайтесь всесторонне вместе с нами, делитесь знаниями и накопленным опытом, расширяйте границы знаний и ваших умений.
- Все категории
- экономические 43,679
- гуманитарные 33,657
- юридические 17,917
- школьный раздел 612,708
- разное 16,911
Популярное на сайте:
Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.
Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.
Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.
Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.
- Обратная связь
- Правила сайта
Как герц измерил скорость электромагнитной волны
Теперь уже, казалось, можно приступить к выполнению задачи, которую поставил перед собой молодой ученый. Но Герц еще лишен самостоятельности, он пока ассистент знаменитого ученого. В течение трех лет он по поручению Гельмгольца работает в области термодинамики и теории упругости. Надо полагать, что при всем уважении к своему шефу Герц с удовольствием переезжает в Киль, где ему предоставляют место приват-доцента. С этого времени (1883 год) и до смерти ученый работает только над проверкой теории Максвелла.
Нет нужды подробно останавливаться на этих классических опытах Герца – сейчас каждый любящий свой предмет учитель охотно показывает их на уроках при изучении темы «Электромагнитные колебания и волны». Но и теперь эти демонстрации вызывают огромный интерес у учащихся. Есть что-то таинственное в необычайной искре голубоватого цвета, проскакивающей между шариками разрядника. Зрителя охватывает трепет, когда загорается не соединенная с источником тока видимой связью электрическая лампочка. И если теперь могущество разума человека, нашедшего это чудесное превращение энергии, все еще способно приводить нас в изумление, то можно себе представить, какую радость испытал Герц, впервые увидевший это чудо. Упорный многолетний труд, надежды и разочарования – все слилось в этом полукольцевом изгибе проволоки, источавшей в пространство магическую силу – электромагнитную волну. Цель была достигнута!
Переходя к строгому языку науки, следует сказать об открытии ученого следующее: Герц впервые в мире получил электромагнитные волны и, уменьшая их длину, довел длину волны до 60 см, то есть получил 5 • 108 колебаний электрического заряда в секунду. Он исследовал все свойства этих волн: интерференцию, поляризацию, дифракцию. Он измерил скорость их распространения и нашел ее равной скорости света. Если сказать еще короче, то Герц экспериментально обосновал электродинамику Максвелла.
Вслед за открытием пришла слава. В 1888 году ученого приглашают сделать доклад на заседании Берлинской Академии наук. Оттуда он выходит знаменитостью. Ряд университетов предлагает ему свои кафедры, он получает многочисленные приветствия от немецких и иностранных научных обществ. Профессор А. Г. Столетов на VIII съезде русских врачей и естествоиспытателей произносит речь «Эфир и электричество», посвященную Герцу. Семь академий наук разных стран избирают ученого своим членом-корреспондентом.
Герц благодарит за признание, но не изменяет своим привычкам. Он переезжает в сравнительно тихий в то время Бонн, где заведует кафедрой и продолжает опыты.
Трудно сказать, над чем бы работал Герц дальше. В области эксперимента можно было двигаться в направлении смыкания электромагнитных волн с волнами, получаемыми оптическим путем. Это смыкание спектров окончательно ввело бы волны света в единую шкалу электромагнитных волн. Но, установив, что скорость полученных им электромагнитных волн равна скорости света, Герц стал безоговорочным сторонником этого единства волн. Можно было идти вперед и по линии решения вопроса о практическом применении электромагнитных волн – ученый все же учился в свое время в политехникуме. Но мощность герцевых волн была до того мала, расстояние, на котором они обнаруживались, так коротко (13 м), а пути рентабельного усиления этого излучения настолько неизвестны, что Герц пришел к твердому выводу, что его открытие никогда не будет использовано в технике и останется только на страницах учебника физики. С этим убеждением он и умер.
Но плодотворная научная идея не умирает со смертью ее открывателя. Она находит свое воплощение в трудах других искателей, ученых.
Еще при жизни Герца, в 1889 году, скромный преподаватель минного класса Кронштадтского военно-морского училища А. С. Попов стал работать над тем, чтобы получить более мощные волны Герца. Эта работа увенчалась успехом и в 1895 году положила начало новой чудесной науке нашего времени – радиотехнике, которая теперь победоносно завоевывает и космическое пространство. Уже в год смерти Герца Риги получил электромагнитные волны длиной 10 мм, а Лебедев – 6 мм. В 1922– 1924 годах Глаголева-Аркадьева, а также Левитская открыли электромагнитные волны, длина которых была от 50 до 0,082 мм. С другой стороны спектра (оптической) Никольс и Тир в 1923 году получили волны инфракрасного света в 0,685 мм. Таким образом, спектры электромагнитных и оптических волн не только сомкнулись, но и перекрыли друг друга.
Говоря об успехах науки, мы должны не забывать и труды тех, кто заложил ее основы, и, как прекрасно сказал Гельмгольц о Герце, «отдать дань восхищения этому безвременно скончавшемуся человеку, соединявшему глубокое и ясное мышление с исключительным умением подмечать незаметные явления и вырывать у природы ревниво оберегаемые ею тайны».
Генрих Рудольф Герц (1857-1894)
| Рассказы о физиках |
Электромагнитные волны, электромагнитное излучение, распространение электромагнитных волн
В 1864 году Джеймс Клерк Максвелл предсказал возможность существования в пространстве электромагнитных волн. Это утверждение он выдвинул основываясь на выводах, вытекающих из анализа всех известных к тому моменту экспериментальных данных касательно электричества и магнетизма.
Максвелл математически объединил законы электродинамики, связав электрические и магнитные явления, и таким образом пришел к выводу, что изменяющиеся с течением времени электрическое и магнитное поля порождают друг друга.
Изначально он сделал акцент на том факте, что взаимосвязь магнитных и электрических явлений не симметрична, и ввел термин «вихревое электрическое поле», предложив свое, по-настоящему новое объяснение явления электромагнитной индукции, открытого Фарадеем: «всякое изменение магнитного поля приводит к появлению в окружающем пространстве вихревого электрического поля, имеющего замкнутые силовые линии».
Справедливым, по мнению Максвелла, было и обратное утверждение, что «изменяющееся электрическое поле рождает магнитное поле в окружающем пространстве», однако это утверждение оставалось поначалу только гипотезой.
Максвелл записал систему математических уравнений, которые непротиворечиво описали законы взаимных превращений магнитного и электрического полей, эти уравнения стали впоследствии основными уравнениями электродинамики, и стали называться «уравнения Максвелла» в честь записавшего их великого ученого. Гипотеза Максвелла, с опорой на написанные уравнения, возымела несколько чрезвычайно важных для науки и техники выводов, которые приведены ниже.
Электромагнитные волны действительно существуют
В пространстве могут существовать поперечные электромагнитные волны, представляющие собой распространяющееся с течением времени электромагнитное поле. На то что волны являются поперечными, указывает тот факт, что векторы магнитной индукции В и напряженности электрического поля Е взаимно перпендикулярны и оба лежат в плоскости перпендикулярной направлению распространения электромагнитной волны.
Электромагнитные волны распространяются с конечной скоростью
Скорость распространения электромагнитных волн в веществе конечна, и определяется она электрическими и магнитными свойствами вещества, по которому волна распространяется. Длина синусоидальной волны λ при этом связана со скоростью υ определенным точным соотношением λ = υ / f, и зависит от частоты f колебаний поля. Скорость c электромагнитной волны в вакууме — одна из фундаментальных физических констант — скорость света в вакууме.
Поскольку Максвелл заявлял о конечности скорости распространения электромагнитной волны, то это создало противоречие между его гипотезой и принятой в те времена теорией дальнодействия, согласно которой скорость распространения волн должна была бы быть бесконечной. Теорию Максвелла назвали поэтому теорией близкодействия.
Электромагнитная волна — это электрическое и магнитное поля, взаимно превращающиеся друг в друга
В электромагнитной волне одновременно происходит превращение электрического и магнитного полей друг в друга, следовательно объемные плотности магнитной энергии и электрической энергии равны между собой. Следовательно справедливо утверждение, что модули напряженности электрического поля и индукции магнитного поля связаны между собой в каждой точке пространства следующим соотношением:
Электромагнитные волны переносят энергию
Электромагнитная волна в процессе своего распространения создает поток электромагнитной энергии, и если рассмотреть площадку в плоскости перпендикулярной направлению распространения волны, то за малое время через нее переместится определенное количество электромагнитной энергии. Плотность потока электромагнитной энергии — это количество энергии, переносимой электромагнитной волной через поверхность единичной площади за единицу времени. Подставив значения скорости, а также магнитной и электрической энергии, можно получить выражение для плотности потока через величины Е и В.
Вектор Пойнтинга — вектор потока энергии волны
Поскольку направление распространения энергии волны совпадает с направлением скорости распространения волны, то поток энергии, распространяющийся в электромагнитной волне можно задать при помощи вектора, направленного так же, как и скорость распространения волны. Этот вектор получил название «вектор Пойнтинга» — в честь британского физика Генри Пойнтинга, разработавшего в 1884 году теорию распространения потока энергии электромагнитного поля. Плотность потока энергии волны измеряется в Вт/кв.м.
Электромагнитные волны давят на отражающие или поглощающие их тела
При действии электрического поля на вещество, в нем появляются небольшие токи, представляющие собой упорядоченное движение электрически заряженных частиц. Эти токи в магнитном поле электромагнитной волны подвергаются действию силы Ампера, которая направлена вглубь вещества. Сила Ампера и порождает в итоге давление.
Это явление позже, в 1900 году, было исследовано и подтверждено опытным путем русским физиком Петром Николаевичем Лебедевым, экспериментальная работа которого явилась очень важной для подтверждения теории электромагнетизма Максвелла и ее принятия и утверждения в дальнейшем.
Тот факт, что электромагнитная волна оказывает давление, позволяет судить о наличии у электромагнитного поля механического импульса, который можно выразить для единичного объема через объемную плотность электромагнитной энергии и скорость распространения волны в вакууме:
Поскольку импульс связан с движением массы, можно ввести и такое понятие как электромагнитная масса, и тогда для единичного объема это соотношение (в соответствии с СТО) примет характер универсального закона природы, и окажется справедливым для любых материальных тел, вне зависимости от формы материи. А электромагнитное поле тогда сродни материальному телу — обладает энергией W, массой m, импульсом p и конечной скоростью распространения v. То есть электромагнитное поле — это одна из форм реально существующей в природе материи.
Окончательное подтверждение теории Максвелла
Впервые в 1888 году Генрих Герц подтвердил экспериментально электромагнитную теорию Максвелла. Он опытным путем доказал реальность электромагнитных волн и изучил такие их свойства как преломление и поглощение в различных средах, а также отражение волн от металлических поверхностей.
Герц измерил длину волны электромагнитного излучения, и показал, что скорость распространения электромагнитной волны равна скорости света. Экспериментальная работа Герца стала последним шагом к признанию электромагнитной теории Максвелла. Семь лет спустя, в 1895 году, русский физик Александр Степанович Попов применил электромагнитные волны для создания беспроводной связи.
Электромагнитные волны возбуждаются только ускоренно движущимися зарядами
В цепях постоянного тока заряды движутся с постоянной скоростью, и электромагнитные волны в этом случае в пространство не излучаются. Чтобы имело место излучение, необходимо воспользоваться антенной, в которой возбуждались бы переменные токи, то есть токи, быстро изменяющие свое направление.
В простейшем виде для излучения электромагнитных волн пригоден электрический диполь небольшого размера, у которого бы быстро изменялся во времени дипольный момент. Именно такой диполь называют сегодня «диполь Герца», размер которого в несколько раз меньше длины излучаемой им волны.
При излучении диполем Герца, максимальный поток электромагнитной энергии приходится на плоскость, перпендикулярную оси диполя. Вдоль оси диполя излучения электромагнитной энергии не происходит. В важнейших экспериментах Герца были использованы элементарные диполи как для излучения, так и для приема электромагнитных волн, так и было доказано существование электромагнитных волн.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети: