Физика. Теоретические курсы / Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики / Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. Том 3

форматорном масле. Не показанная на рисунке мешалка все время поддерживает опилки во взвешенном состоянии, не давая им осесть на дно. Вращающееся колесико 2 захватывает смесь и окружается ею наподобие шины. С помощью проводов 3, присоединенных к индуктору, через смесь пропускается искровой разряд. Металлические опилки образуют при своем движении множество случайных пар, которые играют роль маленьких вибраторов и при разряде излучают короткие волны. Так как размеры случайно образующихся вибраторов различны и колебания в них не гармонические, а затухающие, в излучении присутствуют одновременно все длины волн указанного выше диапазона. Можно сказать, что массовый излучатель испускает «электромагнитный шум», а не «аккорд» или «ноту».

В массовом излучателе преодолены две основные трудности, неизбежно возникающие при попытке использовать один-единственный вибратор столь малых размеров. Во-первых, такой единственный вибратор дает ничтожно слабое излучение. В массовом же излучателе одновременно работает много вибраторов. Во-вторых, в одном вибраторе опилки быстро сгорают от искры. В приборе Глаголевой-Аркадьевой этого не происходит, так как в области разряда опилки непрерывно сменяются.

§ 59. Опыты с электромагнитными волнами. Чтобы воспроизвести некоторые из опытов Герца и получить тем самым более подробное представление об электромагнитной волне, в настоящее время нет надобности обращаться к старинной «искровой» технике возбуждения волн. Мы уже знаем, как с помощью автоколебательных систем — генераторов с электронными лампами — была решена задача получения незатухающих электрических колебаний (§§ 30, 31). Существенно, что в случае незатухающего гармонического колебания излучаемая передатчиком энергия сконцентрирована на одной частоте, а не распределена по всему спектру, как это имеет место при излучении сильно затухающих колебаний. Благодаря этому приемник, настроенный в резонанс на эту частоту, поставлен в значительно более выгодные условия.

Для опытов целесообразно воспользоваться достаточно короткими электромагнитными волнами, чтобы размеры приборов — резонансных вибраторов, экранов, призм и т. п. — были не слишком велики. Наиболее удобны волны, имеющие длину несколько сантиметров. В настоящее время во многих школах имеется передающая и приемная аппаратура, работающая на трехсантиметровых волнах.

Современная радиотехника использует и миллиметровые и еще более короткие (субмиллиметровые) волны, но для описываемых ниже опытов столь малые длины волн неудобны.

Эти опыты можно осуществить и с волнами метрового диапазона (например, 6 м, когда длина резонансного вибратора составляет 3 м). Однако сантиметровый и дециметровый диапазоны наиболее удобны: с приборами на длину волны 6 м опыты следует делать на открытом воздухе, на ровном открытом месте, так как в противном случае результаты искажаются из-за отражения радиоволн от окружающих предметов (прежде всего металлических: железные балки в здании, электропроводка, телеграфные провода и т. п.).

Перечислим некоторые из возможных опытов, предполагая, что генератор снабжен излучающим вибратором, а приемник — приемным вибратором.

Отражение, преломление, стоячие волны. В этих опытах излучающий и приемный вибраторы надо располагать п а р а л- л е л ь н о д р у г д р у г у, например оба вертикально.

При включении генератора гальванометр в приемнике показывает отклонение. Если между излучателем и приемником поставить теперь металлический экран (например, железный лист), размеры которого в е л и к и п о с р а в н е н и ю с д л и н о й в о л н ы (§ 41), то можно наблюдать о б р а з о в а н и е т е н и: когда приемный вибратор заслонен листом, ток в гальванометре резко падает. При устранении экрана или при вынесении прием-

Рис. 127. Образование тени. В нижней части рисунка расположение приборов показано в плане: 1 — генератор с излучающим вибратором, 2 — экран, 3 — приемник с индикатором

ного вибратора из области тени ток опять возрастает (рис. 127). Тело человека также отбрасывает заметную тень: если кто-либо пройдет между излучающим и приемным вибраторами, ток в индикаторе упадет и вновь возрастет.

Рис. 131. Преломление электромагнитной волны в призме

На рис. 132 изображена постановка опыта для получения с т о я ч е й электромагнитной волны. Плоский металлический экран ставится против рефлектора излучающего вибратора так, чтобы отраженная волна распространялась навстречу падающей. Если теперь на пути от рефлектора к экрану перемещать приемный вибратор, то ток в гальванометре будет поочередно то увеличиваться (пучности), то уменьшаться (узлы).

Рис. 132. Образование стоячей электромагнитной волны

Расстояние между двумя соседними пучностями или двумя соседними узлами равно, как мы знаем, λ/2 (§ 47). Если нам заранее известна частота ν колебаний генератора, то, измерив указанным путем λ, мы можем по формуле

c = λν

найти скорость c распространения электромагнитной волны в воздухе. При самых точных измерениях такого рода она оказывается совпадающей со скоростью света.

Вописанном опыте остался пока невыясненным вопрос о том,

ка к и е пучности и узлы регистрирует приемный вибратор — колебаний электрического поля или колебаний магнитного поля. Ответ мы получим в следующем разделе.

Поперечность электромагнитных волн. Радиопеленгация. Оставаясь на каком-то неизменном расстоянии от вертикального излучающего вибратора, повернем приемный вибратор из вертикального в л ю б о е горизонтальное положение. Мы увидим, что ток в индикаторе приемника падает при этом до нуля

лению распространения, а значит, и колебания их происходят перпендикулярно к этому направлению, т. е. электромагнитная волна п о п е р е ч н а; 2) вектор E лежит в плоскостях, проходящих через излучающий вибратор, а вектор B — перпендикулярно к этим плоскостям (рис. 136).

Поперечность колебаний является совершенно общим свойством всякой электромагнитной волны, не зависящим ни от выбора направления распространения, ни от характера излучателя. Таким же общим свойством является и взаимная перпендикулярность полей E и B в электромагнитной волне. Мы еще вернемся к этому вопросу при изучении световых волн.

Возвращаясь к рис. 136, можно заметить следующее: если мы установили направления электрического и магнитного полей E и B, то мы найдем тем самым н а п р а в л е н и е, по которому приходит волна. Другими словами, мы узнаем направление на излучатель волны из места, где производится прием. Направление электрического поля почти для всех применяемых в технике антенн вертикально. Установить же направление магнитного поля можно с помощью приемного витка (или катушки из нескольких витков — так называемой рамочной антенны). На этом основана радиопеленгация — определение направления из данного пункта на принимаемую радиостанцию.

Рис. 137 изображает переносный радиопеленгатор — приемник, снабженный рамочной антенной, которую можно поворачивать вокруг вертикальной оси. Такую антенну нетрудно изготовить собственными силами. Присоединив ее к обычному широковещательному ламповому приемнику (клеммы «антенна» и «земля»), можно произвести пеленгацию мощных радиостанций.

Обычно при пеленгации рамочную антенну поворачивают в такое положение, при котором интенсивность приема проходит через нуль (это точнее, чем установка на м а к с и м а л ь н у ю интенсивность). При таком положении индукция B магнитного поля волны лежит в плоскости антенны, а значит, направление на радиостанцию — это прямая, перпендикулярная к плоскости антенны. Прибор не указывает, по какую сторону от антенны находится на этой прямой пеленгуемая станция, но обычно это известно заранее.

Если направление на радиостанцию (пеленг) определено из двух пунктов, расстояние между которыми известно (A и B на рис. 138), то, построив по известной стороне AB и двум углам треугольник, можно з а с е ч ь радиостанцию, т. е. определить ее местонахождение.

и для целей радионавигации — вождения кораблей и самолетов по определенному направлению, заданному специальными передатчиками (радиомаяками). На корабле или самолете ставится при этом специальный приемник с рамочной антенной — радиокомпас, показывающий отклонения от требуемого курса. Иногда сигналы, принимаемые радиокомпасом, используются для управления рулевыми механизмами, т. е. осуществляется автоматическое сохранение

заданного курса (автопилот).

§ 60. Изобретение радио Поповым. Мы уже говорили о том, как в опытах с электромагнитными волнами была подтверждена теория Максвелла. Опыты Герца быстро стали известны ученым всего мира; возникла мысль об использовании электромагнитных волн для связи и даже для передачи энергии без проводов. Однако никто не указал практических путей для осуществления этой идеи. Сам Герц, находясь под впечатлением исключительно слабого действия волн в его опытах, по-видимому, сомневался в возможности использования этих волн для связи. Таково было положение дела к началу работ русского физика и электротехника Александра Степановича Попова (1859–1905). Начав с повторения опытов Герца, Попов усовершенствовал приборы и уже через год (в 1889 г.) добился того, что искры в его приемных резонаторах были хорошо видны большой аудитории без