Что такое вибратор Герца?
Вибратор Герца представляет собой особую конструкцию — открытый колебательный контур. Он состоит из двух металлических стержней, разделённых небольшим воздушным промежутком. Когда к этим стержням подключается источник высокого напряжения, в промежутке возникает электрическая искра, что и запускает процесс генерации волн.
Принцип действия и излучение волн
Искра в зазоре резко снижает его сопротивление, что приводит к возникновению в вибраторе быстропеременных, или высокочастотных, затухающих токов. Эти колебания и являются источником излучения электромагнитных волн в окружающее пространство. По своей сути вибратор Герца — это открытый колебательный контур, эффективно излучающий энергию, в отличие от замкнутых контуров, где она преимущественно остаётся внутри.
Историческое значение и практическое применение
Это устройство сыграло ключевую роль в истории науки и техники. Именно вибратор Герца использовали пионеры радиосвязи А. С. Попов и Г. Маркони в 1895–1896 годах в качестве передатчика в своих первых практических схемах. Позднее, с развитием технологий для генерации коротких волн (например, с изобретением магнетрона), вибратор Герца нашёл активное применение в УКВ-диапазоне.
Опыты Генриха Герца
В период с 1886 по 1889 год немецкий физик Генрих Герц поставил серию экспериментов, целью которых была экспериментальная проверка теории Джеймса Максвелла о существовании электромагнитных волн. В его установке использовались две сферы или металлических цилиндра, закреплённые на концах стержня с разрезом посередине. На разрезе располагались полированные шарики, образующие искровой промежуток. При подаче высокого напряжения цилиндры заряжались, а проскакивающая искра инициировала высокочастотные колебания.
Для решающих опытов по изучению поляризации волн Герцу потребовались более короткие волны. Он создал компактный вибратор из медных стержней длиной 9 см, который генерировал волны длиной около 60 см (частота ~500 МГц). Этот вибратор и был назван в его честь.
Приёмный вибратор (резонатор)
Для обнаружения излучаемых волн Герц создал приёмное устройство — резонатор. Конструктивно оно было аналогично излучающему вибратору, но выполняло обратную функцию. Под действием переменного электрического поля падающей электромагнитной волны в нём возбуждались колебания. Когда частота волны совпадала с собственной частотой резонатора (явление резонанса), амплитуда колебаний резко возрастала, и в его искровом промежутке можно было наблюдать мелкие искорки, что и служило доказательством приёма волн.
Научные итоги открытия
Эксперименты с вибратором позволили Герцу в лабораторных условиях работать с высокочастотными электромагнитными колебаниями. Он не только доказал реальность предсказанных Максвеллом волн, но и продемонстрировал, что они обладают всеми основными свойствами световых волн: преломляются, отражаются, интерферируют и поляризуются. Герц также измерил длину волн и вычислил скорость их распространения, которая оказалась равной скорости света, что стало блестящим подтверждением теории Максвелла.