Общий курс физики Том 3. Электричество - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка):
А
V я
V
В
R
Рис. 363.
5. Используя отражение волн от металлических поверхностей, Герц получал направленные волны, подобные параллельным пучкам света. Изгибанием металлических листов изготовлялись зеркала, имеющие форму параболических цилиндров. Их размеры в несколько раз превосходили длину электромагнитной волны (чтобы получить правильное отражение, не очень сильно искаженное дифракцией). Вдоль фокальной линии одного зеркала помещался небольшой вибратор, вдоль фокальной линии другого — приемный резонатор. Электромагнитные волны, исходящие от вибратора, после отражения от зеркала распространялись в виде направленного пучка параллельно главной оптической оси этого зеркала. Если зеркала были обращены отражающими поверхностями друг к другу, а их главные оптические оси совпадали, то этот направленный пучок отражался от второго зеркала, собирался в его фокусе и вызывал сильные электрические колебания резонатора (рис. 364, вибратор V и резонатор R установлены перпендикулярно к плоскости рисунка). Если же второе зеркало сместить в сторону, то пучок не попадал на него, и колебания в резонаторе не возникали. Этот опыт доказывает прямолинейное распространение электромагнитных волн. Если же поворачивать одно из зеркал (вместе с вибратором или резонатором) вокруг общей глав-
640
КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ
[ГЛ. X
ной оптической оси VR, то интенсивность приема будет убывать и обратится в нуль, когда вибратор и резонатор установятся взаимно перпендикулярно. Толкование этого опыта — такое же, что и опыта, описанного в пункте 4.
6. Помещая между зеркалами на пути распространяющегося пучка (см. рис. 364) лист стекла, эбонита и других диэлектриков, а также металлические листы, можно убедиться, что все диэлектрики хорошо пропускают электромагнитные волны, а металлы не пропускают. Такое поведение металлов объясняется двумя обстоятельствами, тесно связанными между собой. Во-первых, металлы сильно отражают электромагнитные волны. Во-вторых, электрическое поле электромагнитной волны, частично проникшей в металл, возбуждает в нем электрические токи, энергия которых переходит в джоулево тепло, так что на протя-г | п ||||П жении толщи металла электромагнитная волна
полностью поглощается.
7. Вместо сплошного металлического листа можно взять сетку из параллельных медных прямолинейных проводов (рис. 365). Если такую сетку поставить на пути пучка электро-I I I 11 I 11 I I 111 магнитных волн и притом так, чтобы проволоки
были параллельны вибратору и резонатору, то Рис. 365. электромагнитные волны через нее практически
не проходят. В этом случае вдоль проволок
возбуждаются электрические токи и происходит поглощение электромагнитной энергии с выделением джоулева тепла. Если же проволоки сетки перпендикулярны к вибратору и резонатору, то они будут перпендикулярны и к электрическому вектору Е. В этом случае ток в проволоках не возникает и волна проходит через сетку практически так же, как через диэлектрическую
пластинку. Описанный опыт дает новое доказательство линейной поляризации волн, излучаемых вибратором (см. пункт 4). Заметим также, что проволочная сетка действует как сплошная пластинка, если расстояние между проволоками мало по сравнению с длиной волны. Проволоки делают только такую «пластинку» анизотропной. Этот вопрос будет подробно разобран в IV томе нашего курса — в оптике.
Поворотом зеркал вокруг их общей оптической оси установим вибратор и резонатор взаимно перпендикулярно. Приема не будет. Если же между вибратором и резонатором ввести проволочную сетку под некоторым углом к ним, то прием возобновится. Для понимания опыта разложим электрический вектор перед сеткой на две составляющие: параллельно и перпендикулярно к проволокам. Вторая составляющая будет пропущена сеткой. А так как ее электрическое поле имеет составляющую вдоль оси резонатора, то в нем возбудятся колебания.
§ М2]
ОПЫТЫ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ ВОЛНАМИ
641
8. Направляя электромагнитную волну от параболического зеркала вибратора на плоское зеркало АВ (металлический лист, рис. 366), можно наблюдать отражение волны. Оказалось, что (как и для световых лучей) угол падения волны равен углу отражения, а нормали к падающей и отраженной волнам лежат в одной плоскости с нормалью к поверхности зеркала. Кроме того, легко убедиться, что металлы значительно лучше отражают электромагнитные волны, чем диэлектрики.
9. Можно наблюдать и преломление электромагнитных волн, изготовив большую призму из диэлектрика (парафин, сера и т. п., рис. 367). Таким путем можно убедиться в справедливости закона преломления Снеллиуса: отношение синуса угла падения к синусу
угла преломления не зависит от угла падения. Более того, опыт подтвердил соотношение п = У~г между показателем преломления среды п и диэлектрической проницаемостью е. Это соотношение было теоретически установлено Максвеллом. Оно будет подробно рассмотрено в четвертом томе.
10. Можно получить и стоячие электромагнитные волны. Для этого волну от параболического зеркала вибратора надо нормально направить на плоское металлическое зеркало. От наложения отраженной волны на падающую образуется система стоячих волн с узлом электрического поля на поверхности зеркала (см. § 145). Положение пучностей и узлов электрического поля в такой волне исследуется с помощью резонатора обычным путем. Расстояние между соседними пучностями (или узлами) равно половине длины волны. Измерив это расстояние, можно найти длину волны X. В опытах Герца длина волны была 60 см, а высота параболических зеркал 2 м.
