Наблюдение генерации электромагнитной волны

Описание опыта. Между двумя изолированными закрепленными стержнями имеется зазор. На стержни подается высокое напряжение, так что между ними проскакивает искра. Другая, точно такая же пара стержней, и так же ориентированная, расположена на некотором отдалении. Стержни второй пары намагничены и соединены в зазоре перемычкой из железных опилок. На них через миниатюрную лампочку подается низкое напряжение (1,5 В). Пока между стержнями первой парой искры нет, лампочка не горит. При проскакивании искры лампочка загорается. Если встряхнуть стержни, то лампочка гаснет. Новая искра восстанавливает проводимость цепи лампочки.

Объяснение опыта. При проскакивании искры происходит разрядка стержней, начиная с концов, примыкающих к искровому промежутку (на рисунке последовательность состояний стержня). При перераспределении заряда по стержням текут токи, создающие вокруг магнитное поле. Процесс происходит очень быстро. Возникает ситуация, напоминающая процесс излучения токовой плоскостью - от стержней распространяется электромагнитная волна.

Так как текущий по стержням ток создает вокруг него магнитное поле, стержни обладают распределенной индуктивностью. Перераспределение заряда придает системе стержней свойство конденсатора - они обладают распределенной емкостью. Таким образом, стержни выступают в роли электрического колебательного контура. Ток совершает затухающие колебания. Соответственно, излучается электромагнитная волна, подобная синусоидальной.

Достигнувшая второй пары стержней электромагнитная волна раскачивает электрические колебания в ней, как в контуре. Напряжение в зазоре между частичками опилок достигает такой величины, что наступает пробой окисной пленки, изолирующей опилки. Опилки спекаются. Проводимость опилочной перемычки увеличивается и цепь лампочки восстанавливается.

В первом радиоприемнике, изобретенном русским физиком А.С.Поповым, для регистрации электромагнитной волны использовалась примерно та же идея увеличения проводимости железных опилок при поглощении антенной электромагнитной волны. Часть приемника Попова, соответствующая промежутку между стержнями, заполненному опилками, называлась когерером. В отличие от описанной выше установки когерер включал не электрическую лампочку, а электромагнит телеграфного устройства. Приемник Попова принимал телеграфные сообщения на языке Морзе. Разрушение контакта в опилках происходило автоматически путем включения электромеханического устройства - резинового молоточка, который ударял по корпусу когерера сразу после замыкания цепи когерером. Понятно, что приемник с когерером может регистрировать только достаточно интенсивную электромагнитную волну, так как напряжение, возникающее между соседними частичками опилок должно быть достаточным для пробоя изолирующей пленочки. В современных приемниках для регистрации электромагнитных волн используется принципиально другая идея, которая будет изучаться нами позднее.

Прекрасным приемником электромагнитных волн из определенного интервала частот являются глаза человека и животных. Электромагнитная волна частоты из интервала 4,0×1014- 4,8×1014Гц воспринимается глазом как красный свет, из интервала 5,1×1014- 5,4×1014Гц - как желтый, из интервала 5,4×1014- 6,0×1014Гц - как зеленый, из интервала 6,2×1014- 6,7×1014Гц - как синий свет. Электромагнитные волны с частотами ниже 4,0×1014 Гц и выше 8,0×1014Гц человеческим глазом не воспринимаются. Восприятие света глазом как приемником зависит от интенсивности принимаемого излучения. При ярком солнечном свете чувствительность глаза значительно понижается, именно поэтому мы днем не можем рассмотреть звезды, которые ночью прекрасно видим. Если глаз выдержать в полной темноте около получаса, то его чувствительность возрастает до уровня, достижимого только специально разработанной сложнейшей научной аппаратурой.