4.5 Досліди Герца. Шкала електромагнітних хвиль

Герц здійснював генерацію електромагнітних хвиль від індукційної котушки з двома стержнями і спостерігав за допомогою такого ж вібратора. При цьому в проміжку при подачі напруги від індукційної котушки проскакувала іскра, породжувався цуг електромагнітних хвиль.

Умовою випромінювання електромагнітних хвиль, є створення відкритого коливного контуру (див. рис. 4.3).

Диполь – найпростіша система для випромінювання електромагнітних хвиль, плече якого змінюється в часі.

- електричний момент диполя.

Діаграма направленості (рис. 4.4) показує розподіл випромінюваної енергії по напрямках.

- довжина хвилі, що випромінюється.

Максимальне випромінювання – в напрямках, перпендикулярних до осі, середня потужність випромінювання диполя пропорційна квадрату амплітуди електричного момента диполя і четвертому степені частоти. Взагалі, будь-який заряд, що рухається із прискоренням, збуджує електромагнітні хвилі. Електрон, що рухається з постійною швидкістю в даному середовищі випромінює електромагнітні хвилі. Це – випромінювання Вавілова-Черенкова.

За першим експериментом Герца почалось освоєння все нових і нових діапазонів частот електромагнітних хвиль. Маючи єдину природу, різні діапазони електромагнітних хвиль мають різні назви.

До електромагнітних хвиль відносяться радіохвилі, інфрачервоні, світло, ульрафіолетові, рентгенівські, гама-хвилі (див. рис. 4.5). В принципі можна створювати хвилі будь-якої частоти (довжини хвилі), якщо вдасться знайти відповідний спосіб збуджувати коливальний рух електричних зарядів необхідної частоти. Для частот вище мікрохвильового діапазону використовується випромінювання атомних систем. Випромінювання гама-променів здійснюється атомними ядрами.

Базові застосування електромагнітних хвиль:

1. передача і прийом інформації, при якій не треба дротів, в тому числі Internet;

2. новітні технології;

3. керування виробничими процесами, медицина і біологія;

4. радіолокація.

Програмні питання

1. Електричні заряди. Закон Кулона.

2. Електричне поле. Напруженість і потенціал поля та зв’язок між ними. Еквіпотенціальні поверхні.

3. Потік напруженості. Теорема Гаусса для електростатичного поля у вакуумі та її застосування до розрахунку полів заряджених тіл.

4. Електричне поле в діелектриках. Типи діелектриків. Поляризація діелектриків. Вектор поляризації. Діелектрична проникність. Сегнетоелектрики.

5. Провідники в електростатичному полі. Поле всередині і на поверхні провідника. Розподіл зарядів у провіднику.

6. Електроємність провідників. Конденсатори.

7. Енергія електростатичного поля.

8. Постійний електричний струм, умови його існування та характеристики.

9. Закони Ома та Джоуля-Ленца в диференціальній формі.

10. Класична теорія електропровідності. Надпровідність. Закон Відема-Франца. Утруднення класичної електронної теорії. Межі застосування закону Ома.

11. Робота виходу. Контактна різниця потенціалів.

12. Термоелектронна емісія. Струм у вакуумі. Закон Богуславського-Ленгмюра. Струм в газах. Плазма.

13. Магнітне поле. Магнітна індукція. Закон Ампера. Сила Лоренца.

14. Закон Біо-Савара-Лапласа. Магнітне поле прямого і колового струмів.

15. Магнітний момент витка з струмом. Магнітне поле соленоїда.

16. Змінний струм, його одержання та ефективні величини. Умова стаціонарності.

17. Електричне коло з омічним опором, індуктивністю і ємністю

18. Коливний контур.

19. Магнітне поле в речовині. Магнітні моменти атомів. Намагніченість. Типи магнетиків. Пояснення діа- і парамагнетизму.

20. Феромагнетики. Крива намагнічування. Домени. (Самостійне вивчення.)

21. Магнітний гістерезис. Точка Кюрі. Природа феромагнетизму. (Самостійне вивчення.)

22. Струм зміщення. Дослід Ейхенвальда.

23. Рівняння Максвелла в інтегральній формі.

24. Рівняння плоскої електромагнітної хвилі. Основні властивості електромагнітних хвиль.

25. Енергія електромагнітних хвиль. Вектор Пойнтінга.

26. Випромінювання диполя. Шкала електромагнітних хвиль.

48