Открытие электромагнитный волн Генрихом Герцем

Из теории английского физика Максвелла было известно, что испускать электромагнитные волны могут колеблющиеся заряженные частицы, а энергия образующейся при этом волны тем больше, чем больше частота колебаний.

Заставить заряженные частицы колебаться было несложно — достаточно соединить конденсатор и катушку индуктивности, чтобы получился колебательный контур (рис. 1).

Однако стал вопрос: как сделать так, чтобы частота колебаний зарядов стала как можно выше, чтобы увеличить энергию излучаемых волн?

Рисунок 1 — Колебательный контур

Герц находит остроумное решение. Он увеличил расстояние между пластинами конденсатора (раздвинул их) и уменьшил площадь пластин. В результате этих преобразований получил открытый колебательный контур или провод. Чтобы ещё увеличить частоту колебаний зарядов (то есть электронов внутри провода), Герц уменьшил число витков катушки.

Но как теперь заставить электроны колебаться внутри получившегося отрезка проволоки? Герц и в этом случае находит остроумное решение, призвав на помощь электрическую искру. Для её получения он разрезал провод пополам, а концы присоединил к источнику высокого напряжения, достаточного для того, чтобы в пространстве между кусками провода возникали электрические искры.

Таким образом Герц изготовил вибратор (излучатель) и резонатор (приёмник) электромагнитных волн. В 1888 году после огромной серии трудоемких и чрезвычайно остроумно поставленных опытов Герц экспериментально доказал существование предсказанных Максвеллом электромагнитных волн, распространяющихся в пространстве.

Вибратор Герца представлял собой два медных прутка с насаженными на ближних концах латунными шариками. Между ними оставался зазор — искровой промежуток. К медным стержням подводился ток высокого напряжения (несколько десятков киловольт). В определённый момент в искровом промежутке вибратора возникает электрическая искра, делающая сопротивление его воздушного промежутка столь малым, что в вибраторе возникают высокочастотные затухающие колебания, длящиеся во все время существования искры. Поскольку вибратор представляет собой открытый колебательный контур, происходит излучение электромагнитных волн.

Чтобы улавливать излучаемые волны, Герц применил резонатор — проволочное незамкнутое кольцо с такими же, как у «передатчика» латунными шариками на концах и регулируемым искровым промежутком. Приборы Герца поражают своей остроумной простотой и высокой эффективностью. Изменяя размеры и положение резонатора, ученый настраивал его на частоту колебаний вибратора. В резонаторе проскакивали маленькие искры в те самые моменты, когда происходили разряды между шариками вибратора. Интенсивность искрообразования была очень мала и наблюдения приходилось вести в темноте.

Электромагнитная теория выдающегося английского физика Джеймса Максвелла 25 лет не находила признания в научном мире, и лишь 25 месяцев потребовалось Герцу, чтобы подтвердить экспериментально. В своих опытах Герц сумел воспроизвести с этими волнами все явления, типичные для любых волн: образование «тени» позади хорошо отражающих (металлических) предметов; преломление в большой призме, сделанной из асфальта; образование стоячей волны в результате интерференции волны, падающей отвесно на металлический лист, со встречной волной, отражённой этим листом. Он доказал тождественность электромагнитных и световых волн; сумел измерить их длину.