§ 67 Экспериментальные подтверждения теории максвелла: опыты герца и лебедева.

Экспериментальное подтверждение теории Максвелла удалось получить только Герцу в 1888 г.

Источником электромагнитных волн, в принципе, может быть любой колебательный контур или проводник с переменным током, так как для возбуждения электромагнитных волн необходимо создать в пространстве переменное электрическое или магнитное поле.

Но, как уже обсуждалось, интенсивность излучения зависит от параметров источника и пропорциональна четвертой степени частоте колебаний.

Электромагнитные колебания легко возбуждаются в обычном колебательном контуре, но для увеличения интенсивности излучения необходимо, чтобы переменное поле создавалось в значительно большем объеме пространства.

Поскольку , , , то Герц, в своих опытах, уменьшая число витков катушки и увеличивая расстояние между обкладками конденсатора, преобразовал «закрытый» колебательный контур в «открытый» (рис.194), который представлял собой, практически два металлических шарика, соединенных проводником.

РИС.193 РИС.194

Как уже обсуждалось, эта система называется, в его честь, вибратором Герца. Шарики – вибратор (В) Герца, заряжались за счет источника (рис.195), который является индуктором (И) электромагнитных колебаний. Когда напряжение между шариками достигало пробивного значения, возникала искра, т.е. переменный ток, а следовательно переменное электромагнитное поле.

Шарики разряжались, излучение прекращалось до тех пор, пока за счет источника между шариками опять не возникало напряжение равное напряжению пробоя.

Для регистрации электромагнитных волн Герц использовал второй, точно такой же по геометрическим характеристикам вибратор. В этом случае собственные частоты первого вибратора и резонатора (рис.194 – Р) совпадали, а при их соответствующем взаимном расположении, в случае электромагнитной волны, в резонаторе возникала искра.

Герцу удалось получить частоту колебаний порядка 100 МГц, что соответствовало длинам волн, которые можно зарегистрировать в лаборатории размерами до 15 м. Используя свинцовый экран для отражения волн, Герц по интенсивности искры в резонаторе фиксировал максимумы и минимумы возникших стоячих волн.

Опыты Герца доказали:

1)распространение волн, 2)позволили получить волны с длиной волны от 0,4 м до 9,6 м и соответственно оценить скорость их распространения, 3)показали, что волны поперечные ,4)отражаются от проводников, 5)преломляются в диэлектриках (для асфальтовой призмы массой порядка тонны при длине волны 0,6 м показатель преломления равнялся 1,69).

Позднее П.Н.Лебедев, применяя миниатюрный вибратор из тонких платиновых стерженьков, получил миллиметровые электромагнитные волны с длиной волны 4-6 мм.

П.Н.Лебедев в 1900 г. доказал существование светового давления на твердые тела, которое при средней мощности солнечного излучения, приходящего на Землю, составляет примерно 5 мкПа.

Для этого Лебедеву пришлось решить проблему получения глубокого вакуума, в котором на крутильных весах была подвешена легкая рамка из двух дисков с размерами в доли миллиметров. Один из дисков был белый, чтобы обеспечить наиболее полное отражение, а второй – черный для полного поглощения. В ходе опыта давление на белый диск было примерно в 1,5 раза больше, чем на черный диск и, из-за разницы силы давлений на диски, рамка поворачивалась.

В 1910 г. Лебедев доказал давление света и на газы. Опыты Лебедева имели огромное значения для утверждения выводов теории Максвелла о том, что свет представляет собой электромагнитные волны.