Радіоприймач Герца (іскровий).

Щоб уловлювати хвилі, які випромінюються, Герц придумав найпростіший резонатор - дротове незамкнуте кільце або прямокутну незамкнуту рамку з такими ж, як у «передавача» латунними кульками на кінцях і регульованим іскровим проміжком.

В результаті проведених дослідів Герц виявив, що якщо в генераторі відбуватимуться високочастотні коливання (у його розрядному проміжку проскакує іскра), то в розрядному проміжку резонатора, віддаленому від генератора навіть на 3 м, теж будуть проскакувати маленькі іскри. Таким чином, іскра в другому ланцюзі виникала без жодного безпосереднього контакту з першим ланцюгом. Провівши численні досліди при різних взаємних положеннях генератора і приймача, Герц приходить до висновку про існування електромагнітних хвиль, що поширюються з кінцевою швидкістю. Чи будуть вони вести себе, як світло? Герц проводить ретельну перевірку цього припущення. Після вивчення законів відбиття і заломлення, після встановлення поляризації та вимірювання швидкості електромагнітних хвиль він довів їх повну аналогію зі світловими . Все це було викладено в роботі «Про промені електричної сили» , що вийшла в грудні 1888 р. Цей рік вважається роком відкриття електромагнітних хвиль і експериментального підтвердження теорії Максвелла .

Завдяки своїм дослідам Герц прийшов до наступних висновків:

1 . Хвилі Максвелла «синхронні» (справедливість теорії Максвелла, що швидкість поширення радіохвиль дорівнює швидкості світла) ; 2 . Можна передавати енергію електричного і магнітного поля без проводів.

Отримав криву намагнічування заліза (1872), систематично досліджував зовнішній фотоефект (1888- 1890), відкрив перший закон фотоефекту. Досліджував газовий розряд, критичний стан та інші явища. Заснував фізичну лабораторію в Московському університеті (1874).

Наукова робота

Основні роботи в області електромагнетизму, оптики, молекулярної фізики, філософії.

•Першим показав, що при збільшенні намагнічуючого поля магнітна сприйнятливість заліза спочатку зростає, а потім, після досягнення максимуму, зменшується (1872).

•Зняв криву магнітної проникності феромагнетика (крива Столєтова).

•Автор двох методів магнітних вимірювань речовин (метод тороїда з замкнутим магнітним ланцюгом і балістичний вимір намагніченості) .

Наукова робота

•Провів ряд експериментів з вимірювання величини відношення електромагнітних і електростатичних одиниць, отримав значення, близьке до швидкості світла (1876).

•Провів цикл робіт з вивчення зовнішнього фотоефекту, відкритого в 1887 році Г. Герцем (1888-1890).

•Створив перший фотоелемент, заснований на зовнішньому фотоефекті. Розглянув інерційність фотоструму і оцінив його запізнювання в 0,001 с.

•Відкрив прямо пропорційну залежність сили фотоструму від інтенсивності падаючого на фотокатод світла (перший закон зовнішнього фотоефекту, закон Столєтова).

•Відкрив явище пониження чутливості фотоелемента з часом (явище фотоелектричного стомлення) (1889).

•Основоположник кількісних методів дослідження фотоефекту.

•Автор методу фотоелектричного контролю інтенсивності світла.

•Досліджував несамостійний газовий розряд.

•Виявив сталість відношення напруженості електричного поля до тиску газу при максимальному струмі (константа Столєтова).

•Провів цикл робіт з дослідження критичного стану речовини (1892-1894).

Фотоефеект — явище «вибивання» світлом електронів із металів. Щоб вивільнити електрон із металу йому необхідно передати енергію, більшу за роботу виходу.

Теоретичне пояснення явища дав Альберт Ейнштейн, за що отримав Нобелівську премію. Ейнштейн використав гіпотезу Макса Планка про те, що світло випромінюється порціями (квантами) із енергією, пропорційною частоті.

Припустивши, що світло і поглинається такими ж порціями, він зміг пояснити залежність швидкості вибитих електронів від довжини хвилі опромінення.

,

де ν — частота світла, h — стала Планка, m — маса електрона, v — його швидкість, A — робота виходу.

Робота Ейнштейна мала велике значення для розвитку ідей квантової механіки взагалі та квантової оптики зокрема.

Історія дослідження фотоефекту

Проте 26 лютого 1888 року заслужено вважається одним з чудових днів в історії науки і техніки і, зокрема, телебачення. Цього дня великий російський учений Олександр Григорович Столєтов (1839–1896) блискуче здійснив дослід, що наочно продемонстрував зовнішній фотоефект і показав істинну природу і характер впливу світла на електрику.

Перші досліди з світлом О.Г.Столєтов проводив зі звичайним електроскопом. Освітлюючи електричною дугою Петрова цинкову пластину, заряджену негативно і сполучену з електроскопом, він знайшов, що заряд швидко зникав. Позитивний же заряд не знищувався.

Припустімо, що при опроміненні світлом з поверхні вилітають електрони. Тоді при освітлені негативної цинкової пластинки електрони вилітають і ще додатково відштовхуються електричним полем пластинки. Тому негативний заряд швидко зникає. Інша річ із позитивним зарядом. Якщо електрон і вилетів, то його з одного боку притягує електричне поле пластинки, з другого його виліт не зменшує, а збільшує позитивний заряд пластинки.

Цей ефект був названий О.Г.Столєтовим активно-електричним розрядом. Електронна природа фотоефекту була показана в 1899 році Дж. Дж. Томсоном і в 1900 році Ленардом.

Історія дослідження фотоефекту

Для постановки точних дослідів Столєтов створив експериментальний прилад, що став прообразом сучасних фотоелементів. Прилад складався з двох плоскопаралельних дисків, один з яких був сітчастий і пропускав світлове випромінювання.

До дисків підводилася напруга від 0 до 250 В, причому до суцільного диска підключався негативний полюс батареї. При освітленні суцільного диска ультрафіолетовим світлом включений у коло чутливий гальванометр відзначав протікання струму, незважаючи на наявність повітря між дисками. Продовжуючи досліди, О.Г.Столєтов встановив залежність фотоструму від величини напруги батареї і інтенсивності світлового пучка. Подальші роботи привели до створення першого у світі фотоелемента, що був скляним балоном з кварцовим вікном для пропускання ультрафіолетового проміння. Всередину балона поміщалися електроди, один з яких був чутливий до світла, газ відкачувався. Сучасні фотоелементи відрізняються від першого лише конструкцією електродів і їх структурою.

Три закони фотоефекту

1.Кількість фотоелектронів прямо пропорційна інтенсивності світла. 2.Максимальна кінетична енергія фотоелектронів не залежить від інтенсивності

світла, кінетична енергія фотоелектронів прямо пропорційна частоті світла.

3.Для кожної речовини існують порогові значення частоти та довжини хвилі світла, які відповідають межі існування фотоефекту; світло з меншою частотою та більшою довжиною хвилі фотоефекту не викликає.

Оскільки це порогове значення завжди ближче до червоного світла, то йому дали назву червона межа фотоефекту.

Зрозуміло, що червона межа фотоефекту існує завдяки притягуванню електронів до ядер. Разом з тим, останній закон не можна пояснити на основі уявлення про світло як неперервні плавні коливання у вакуумі-ефірі: такі хвилі мали довго розгойдувати електрони до того моменту, коли швидкість останніх стала б достатньою для відриву від металу.

Повне пояснення фотоефекту належить Альберту Ейнштейну, який використав ідею німецького фізика М.Планка про те, що світло випромінюється і поширюється окремими порціями — квантами (або інша назва фотони). Для обчислення енергії кванта світла Макс Планк запропонував просту формулу ε= hν.

Ейнштейн висловив припущення, що фотоефект відбувається внаслідок поглинання фотоном одного кванта, а інші кванти не можуть брати участь у цьому процесі. Тоді енергія одного кванта світла (фотона) витрачається на подолання бар'єру (виконання роботи виходу, відриву від матеріалу) і надання кінетичної енергії фотоелектрону. Це дозволило йому записати закон збереження енергії для процесу — наведене вище рівняння Ейнштейна для фотоефекту.

Петро Миколайович Лебедєв (8 березня 1866, Москва - 14 березня 1912 року, Москва) - видатний російський фізик-експериментатор, член-кореспондент Петербурзької АН першим підтвердив на досліді висновок Максвелла про наявність світлового тиску.

Творець першої в Росії наукової фізичної школи, професор Московського університету (1900-1911). Був звільнений у результаті дій міністра освіти, відомих як «справа Кассо».

У 1884 р. після закінчення реального училища вступив до Імператорського московського технічного училища. Палке бажання стати фізиком (а в російські університети без диплома про закінчення гімназії вступити було неможливо) примусило П.М.Лебедєва виїхати до Німеччини, де він спочатку працював в університетських фізичних лабораторіях А. Кундта в Страсбурзі (1887—1888) і Берліні (1889—1890), а потім знову у Страсбурзькому університеті в 1890—1891 рр. у Ф.Кольрауша. Тут він самостійно працював над обраними ним проблемами і в 1891 р. захистив дисертацію «Про вимірювання діелектричних сталих парів і про теорію діелектриків Моссотті — Клаузіуса» і здав іспит на перший вчений ступінь. Після повернення до Росії отримав в 1892 році в Московському університеті місце асистента в лабораторії професора О.Г.Столєтова.

З 1900, після успішного захисту докторської дисертації «Експериментальне дослідження пондеромоторної дії хвиль на резонатори» — професором цього

В. К. Аркадьєв, А. Б. Млодзеєвський та ін. Проблему світлового тиску П. М. Лебедєв почав досліджувати з початку 90-х років. У 1891 р. вийшла його праця «Про відштовхуючу силу випромінюючих тіл», в якій показано універсальну роль механічної дії випромінювання як для космічних процесів, так і молекулярних взаємодій і, зокрема, вперше кількісно обгрунтовано ідею про вирішальне значення світлового тиску в утворенні кометних хвостів. У наступній праці «Експериментальне дослідження пондеромоторної дії хвиль на резонатори», яка вийшла у вигляді трьох статей (1894 р., 1896 і 1897 рр.), він описав дослідження електромагнітних, гідродинамічних І акустичних резонаторів і встановив загальні для коливань різної фізичної природи закони взаємодії осциляторів при відстанях, менших за довжину хвиль. У дослідах з акустичними резонаторами, розміщеними на відстані, більшій за довжину хвилі, П. М. Лебедєв отримав інший результат: при всіх різницях частот діяли тільки відштовхуючі сили, що досягали максимуму при резонансі. Встановивши аналогію відштовхувальних сил із силами світлового тиску, він обчислив силу тиску плоскої електромагнітної хвилі на осцилятор. Ці досліди П. М. Лебедєва принесли йому світову славу й навічно вписали його ім'я в історію експериментальної фізики. В 1904 р. Російська Академія наук одноголосно присудила йому свою премію за ці досліди.