Содержание
Введение
1) ПредсказаниеМаксвелла
2) Опыты Герца
3) Изобретение радиоПоповым
4) Списокиспользованной литературы
Введение
Волновые процессычрезвычайно широко распространены в природе. Волны бывают двух видов:поперечные и продольные. Поперечными называют волны, распространяющиеся вперпендикулярном направлении распространению волны. Продольными волнаминазывают волны, распространяющиеся вдоль направлению распространению волны.Основное свойство всех волн независимо от их природы состоит в перемещенииэнергии без переноса вещества.
Фундаментальные законыприроды могут дать гораздо больше, чем заключено в тех фактах, на основекоторых они получены. Одним из таких относятся открытые Максвеллом законыэлектромагнетизма.
Предсказание Максвелла
Максвелл (Maxwell) Джеймс Клерк (Clerk)(13.6.1831, Эдинбург, — 5.11.1879, Кембридж), английский физик, создательклассической электродинамики, один из основателей статистической физики. ЧленЛондонского королевского общества (1860). Сын шотландского дворянина иззнатного рода Клерков. Учился в Эдинбургском (1847—50) и Кембриджском (1850—54)университетах. Профессор Маришал-колледжа в Абердине (1856—60), затемЛондонского университета (1860—65). С 1871 профессор Кембриджскогоуниверситета, где Максвелл основал первую в Великобритании специальнооборудованную физическую лабораторию — Кавендишскую лабораторию, директором которойон был с 1871.
В 1864 году Дж.Максвеллом было теоретически предсказано существование электромагнитных волн.Максвелл проанализировал все известные к тому времени законы электродинамики исделал попытку применить их к изменяющимся во времени электрическому имагнитному полям. Он обратил внимание на ассиметрию взаимосвязи междуэлектрическими и магнитными явлениями. Максвелл ввел в физику понятие вихревогоэлектрического поля и предложил новую трактовку закона электромагнитнойиндукции, открытой Фарадеем в 1831 г.:
Всякое изменениемагнитного поля порождает в окружающем пространстве вихревое электрическоеполе, силовые линии которого замкнуты.
Максвелл высказалгипотезу о существовании и обратного процесса:
Изменяющееся во времениэлектрическое поле порождает в окружающем пространстве магнитное поле.
Гипотеза Максвелла былалишь теоретическим предположением, не имеющим экспериментального подтверждения,однако на ее основе Максвеллу удалось записать непротиворечивую системууравнений, описывающих взаимные превращения электрического и магнитного полей,т. Е. систему уравнений электромагнитного поля (уравнений Максвелла). Из теорииМаксвелла вытекает ряд важных выводов:
1. Существуютэлектромагнитные волны, то есть распространяющееся в пространстве и во времениэлектромагнитное поле.
2. Электромагнитныеволны распространяются в веществе с конечной скоростью.
3. Вэлектромагнитной волне происходят взаимные превращения электрического имагнитного полей. Эти процессы идут одновременно, и электрическое и магнитноеполя выступают как равноправные «партнеры».
4. Электромагнитныеволны переносят энергию. При распространении волн возникает потокэлектромагнитной энергии.
5. Из теорииМаксвелла следовало, что электромагнитные волны должны оказывать давление напоглощающее или отражающее тело. Давление электромагнитного излученияобъясняется тем, что под действием электрического поля волны в веществевозникают слабые токи, то есть упорядоченное движение заряженных частиц.
6. Электромагнитныеволны могут возбуждаться только ускоренно движущимися зарядами. Цепипостоянного тока, в которых носители заряда движутся с неизменной скоростью, неявляются источником электромагнитных волн.
7. Первоеэкспериментальное подтверждение электромагнитной теории Максвелла было данопримерно через 15 лет после создания теории в опытах Г. Герца (1888 г.). Герц не только экспериментально доказал существование электромагнитных волн, но впервыеначал изучать их свойства – поглощение и преломление в разных средах, отражениеот металлических поверхностей и т. П. Ему удалось измерить на опыте длину волныи скорость распространения электромагнитных волн, которая оказалась равнойскорости света.
Опыты Герца
ГенрихРудольф Герц родился 22 февраля 1857, в Гамбурге, Германия. Его отец, ГуставФердинанд Герц, был юрисконсультом в Гамбурге, его мать, Анна ЭлизабетПфефферкорн, — дочь армейского доктора. Обучаясь в школе при УниверситетеГамбурга, он проявил способность к наукам и языкам, изучая арабский и Санскрит.Он изучил науки и стажировался в немецких городах Дрездена, Мюнхена и Берлина.Герц был студентом Кирхгофаи Гельмгольца. В 1880 онполучил степень доктора философии и остался учеником Гельмгольца до 1883, когдаон стал лектором теоретической физики в Университете Киля. В 1885 году он сталпрофессором в Университете Карлсруэ, где сделал научное открытие осуществовании электромагнитных волн.
В 1887 году Г. Герцемвпервые экспериментально получены электромагнитные волны. В его опытахускоренное движение электрических зарядов возбуждались в двух металлических стержняхс шарами на концах (вибратор Герца). Колебания электрических зарядов ввибраторе создают электромагнитную волну. Только колебания в вибраторесовершает не одна заряженная частица, а огромное число электронов, движущихсясогласовано. В электромагнитной волне векторы Е и В перпендикулярны друг другу.Вектор Е лежит в плоскости, проходящей через вибратор, а вектор В перпендикуляренэтой плоскости. Излучение волн происходит с максимальной интенсивностью внаправлении, перпендикулярном оси вибратора. Вдоль оси излучения не происходят.В обычном колебательном контуре (его можно назвать закрытым), почти всёмагнитное поле сосредоточено внутри катушки, а электрическое внутриконденсатора. Вдали от контура электромагнитного поля практически нет. Такойконтур очень слабо излучает электромагнитные волны. Для полученияэлектромагнитных волн Герц использовал простое устройство, называемое сейчасвибратором Герца. Это устройство представляет собой открытый колебательныйконтур.
В его опытах ускоренноедвижение электрических зарядов возбуждались в двух металлических стержнях сшарами на концах (вибратор Герца). Колебания электрических зарядов в вибраторесоздают электромагнитную волну. Только колебания в вибраторе совершает не одназаряженная частица, а огромное число электронов, движущихся согласовано. Вэлектромагнитной волне векторы Е и В перпендикулярны друг другу. Вектор Е лежитв плоскости, проходящей через вибратор, а вектор В перпендикулярен этойплоскости. Излучение волн происходит с максимальной интенсивностью внаправлении, перпендикулярном оси вибратора. Вдоль оси излучения не происходят.В обычном колебательном контуре (его можно назвать закрытым), почти всёмагнитное поле сосредоточено внутри катушки, а электрическое внутриконденсатора. Вдали от контура электромагнитного поля практически нет. Такойконтур очень слабо излучает электромагнитные волны. Для получения электромагнитныхволн Герц использовал простое устройство, называемое сейчас вибратором Герца.Это устройство представляет собой открытый колебательный контур. К открытомуколебательному контуру можно перейти от закрытого, если постепенно раздвигатьпластины конденсатора, уменьшая их площадь и одновременно уменьшая число витковв катушке. В конце концов, получится прямой провод. Это и есть открытыйколебательный контур. Емкость и индуктивность вибратора Герца малы. Поэтомучастота колебаний весьма велика. В опытах Герца длина волны составляланесколько десятков сантиметров. Вычислив собственную частоту электромагнитныхколебаний вибратора, Герц смог определить скорость электромагнитной волны. Она оказаласьприближенно равна скорости света. Что в результате явилось блестящим подтверждениемпредсказания Максвелла.
максвелл электромагнитная волна
Изобретение радио Поповым
Алекса́ндрСтепа́нович Попо́в (4 марта 1859, посёлок Турьинские Рудники Пермской губернии (ныне Краснотурьинск,Свердловская область) — 31 декабря 1905, Петербург). Родился в семье местного священника,кроме Александра было ещё 6 человек детей. Жили более чем скромно. Поэтому Сашуотдали учиться сначала в начальное духовное училище, а затем в духовную семинарию,где детей духовенства обучали бесплатно. После окончания общеобразовательныхклассов Пермской духовной семинарии Александр успешно сдал вступительныеэкзамены на физико-математический факультет Петербургского университета.Успешно окончив университет в 1882 году, А.С. Попов получил приглашениеостаться там для подготовки к профессорской деятельности по кафедре физики. Номолодого учёного больше привлекали экспериментальные исследования в областиэлектричества, и он поступил преподавателем физики и электротехники в Минныйофицерский класс в Кронштадте, где имелся хорошо оборудованный физическийкабинет. В 1890 году получил приглашение на должность преподавателя физики вТехническое училище Морского ведомства в Кронштадте. В этот период всё своёсвободное время Попов посвящает физическим опытам, главным образом, изучению электромагнитныхколебаний. В 1901 году Попова назначили профессором Петербургскогоэлектротехнического института, а в 1905 году его избрали ректором этогоинститута. Попов был Почётным инженером-электриком (1900) и почётным членом Русскоготехнического общества (1901).
Опыты Герцазаинтересовали физиков всего мира. Ученые стали искать пути усовершенствованияизлучателя и приемника электромагнитных волн. В России одним из первых занялсяизучением электромагнитных волн преподаватель офицерских курсов в КронштадтеАлександр Степанович Попов.
В качестве детали,непосредственно «чувствующей» электромагнитные волны, А.С. Поповприменил когерер. Этот прибор представляет собой стеклянную трубку с двумяэлектродами. В трубке помещены мелкие металлические опилки. Действие прибораосновано на влиянии электрических разрядов на металлические порошки. В обычныхусловиях когерер обладает большим сопротивлением, так как опилки имеют плохойконтакт друг с другом. Пришедшая электромагнитная волна создает в когеререпеременный ток высокой частоты. Между опилками проскакивают мельчайшие искорки,которые спекают опилки. В результате сопротивление когерера резко падает (вопытах А.С. Попова со 100000 до 1000-500 Ом, т. е. в 100-200 раз). Сновавернуть прибору большое сопротивление можно, если встряхнуть его. Чтобыобеспечить автоматичность приема, необходимую для осуществления беспроволочнойсвязи, А.С. Попов использовал звонковое устройство для встряхивания когерерапосле приема сигнала. Цепь электрического звонка замыкалась с помощьючувствительного реле в момент прихода электромагнитной волны. С окончаниемприема волны работа звонка сразу прекращалась, так как молоточек звонка ударялне только по звонковой чашечке, но и по когереру. С последним встряхиваниемкогерера аппарат был готов к приему новой волны.
Чтобы повыситьчувствительность аппарата, А.С. Попов один из выводов когерера заземлил, адругой присоединил к высоко поднятому куску проволоки, создав первую приемнуюантенну для беспроволочной связи. Заземление превращает проводящую поверхностьземли в часть открытого колебательного контура, что увеличивает дальностьприема.
Хотя современныерадиоприемники очень мало напоминают приемник А.С. Попова, основные принципы ихдействия те же, что и в его приборе. Современный приемник также имеет антенну,в которой приходящая волна вызывает очень слабые электромагнитные колебания.Как и в приемнике А.С. Попова, энергия этих колебаний не используетсянепосредственно для приема. Слабые сигналы лишь управляют источниками энергии,питающими последующие цепи. Сейчас такое управление осуществляется с помощьюполупроводниковых приборов.
7 мая 1895 г. на заседании Русского физико-химического общества в Петербурге А.С. Попов продемонстрировалдействие своего прибора, явившегося, по сути дела, первым в мирерадиоприемником. День 7 мая стал днем рождения радио.
Список использованнойлитературы
1) Советскийэнциклопедический словарь (издание второе)
2) Физика справочныематериалы О.Ф. Кабардин
3) Физика 11. Г.Я. Мякишев Б.Б. Буховцев