Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
§ 55. Условия хорошего излучения электромагнитных волн
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| § 55. Условия хорошего излучения электромагнитных волн.
Как уже было сказано, в электромагнитной волне проявляется взаимная связь электрического и магнитного полей: и з м е н е- н и е о д н о г о и з н и х в ы з ы в а е т п о я в л е н и е д р у- г о г о. Возникновение электрического поля в результате изменения магнитного есть не что иное, как явление э л е к т р о м а г н и т- н о й и н д у к ц и и, открытое на опыте М. Фарадеем в 1831 г. (см. том II, гл. XV). Обратное же явление — возникновение магнитного поля при всяком изменении электрического — бы- ло теоретически предсказано английским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом (1831–1879). Исходя из предположения о существовании такого явления, Максвелл и пришел к выво- ду о необходимости возникновения электромагнитных волн при всяком изменении электромагнитного поля. Теоретическое предположение Максвелла требовало провер- ки на опыте. Если опыт докажет существование таких электро- магнитных волн, то этим будет подкреплен весь ход теорети- ческих рассуждений Максвелла, включая и его предположение о возникновении магнитного поля при изменении поля элек- трического. Для успеха опытной проверки теории очень важно, чтобы наблюдаемые явления были достаточно интенсивными. Согласно теории Максвелла индукция магнитного поля, воз- никающего при изменении электрического поля, тем больше, чем быстрее происходят изменения электрического поля. Положение здесь такое же, как и в явлении электромагнитной индукции, где напряженность электрического поля, возникающего при из- менении магнитного поля, тем больше, чем б ы с т р е е меняется магнитное поле (см. том II, § 141). Таким образом, необходимым условием образования интен- сивных электромагнитных волн является д о с т а т о ч н о в ы- с о к а я ч а с т о т а электрических колебаний. Для успеха опы- тов низкая частота городского тока (50 Гц) совершенно недо- статочна. Необходимы г о р а з д о б о л е е в ы с о к и е частоты электрических колебаний.
140 Гл. VI. Электромагнитные волны Такие частоты, доходящие до десятков мегагерц и более, осуществляются, как мы знаем, при колебаниях в электрических контурах (§ 27). Однако и в опытах с такими контурами обнару- жить электромагнитные волны было бы очень нелегко. Дело в том, что высокая частота электрических колебаний в какой-либо цепи, будучи н е о б х о д и м ы м условием для Рис. 114. Виток катушки индуктивности излучает плохо, так направленны- ми токами близки друг к другу
п о л у ч е н и я сильных электромаг- нитных полей, еще не является д о- с т а т о ч н ы м условием для хорошего и з л у ч е н и я электромагнитных волн этой цепью. Причина заключается в том, что ко- лебательный контур представляет со- бой п о ч т и з а м к н у т у ю ц е п ь, размеры которой м а л ы п о с р а в- н е н и ю с д л и н о й в о л н ы, соот- ветствующей частоте колебаний кон- тура. В такой цепи для каждого ее участка с одним направлением тока или знаком заряда можно подыскать другой б л и з к и й 1 ) уча-
сток, в котором в тот же момент времени направление тока или знак заряда противоположны. Возьмем, например, один из вит- ков катушки индуктивности (рис. 114). В любых диаметрально противоположных участках a и b витка во всякий момент време- ни токи направлены противоположно друг другу. Следовательно, на больших расстояниях от витка участки a и b действуют как д в а б л и з к и х п р о т и в о ф а з н ы х и з л у ч а т е л я. Волны, излученные этими двумя участками, всюду ослабляют друг друга подобно излучению двух ножек камертона (§ 52). Так как весь виток состоит из т а к и х п а р п р о т и в о ф а з н ы х и з л у ч а т е л е й, то и виток в целом излучает плохо, а значит, плохо излучает и вся катушка. Аналогично обстоит дело и с конденсатором контура: в любой момент времени заряды обкладок равны по модулю и противопо- ложны по знаку, причем эти разноименные заряды удалены друг от друга гораздо меньше, чем на полволны. Из сказанного ясно, какой должна быть электрическая цепь, чтобы она могла хорошо излучать: необходимо перейти к н е з а- м к н у т о й (открытой) цепи, в которой либо н е т у ч а с т к о в 1 ) То есть удаленный гораздо меньше, чем на полволны. Гл. VI. Электромагнитные волны 141
с п р о т и в о ф а з н ы м и к о л е б а н и я м и, либо же расстоя- ние между ними н е м а л о по с р а в н е н и ю с λ. Рис. 115. Переход от колебательного контура к открытому вибратору Рис. 115 иллюстрирует переход от почти замкнутого контура (разрывом является тонкий слой изоляции между обкладками) к незамкнутой системе, называемой электрическим вибратором и представляющей собой простейший излучатель электромагнит- ных волн. жүктеу/скачать 6,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|