Номер 2, страница 104 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 30. Электромагнитные волны. Глава 4. Излучение и приём электромагнитных волн радио и СВЧ - диапазона - номер 2, страница 104.

2. Опишите опыт Герца по обнаружению электромагнитных волн.

Опыты Генриха Герца, проведенные в 1886–1889 годах, стали первым экспериментальным подтверждением теории электромагнетизма Джеймса Клерка Максвелла, которая предсказывала существование электромагнитных волн, распространяющихся в пространстве со скоростью света.

Для генерации электромагнитных волн Герц использовал устройство, которое он назвал вибратором. Оно представляло собой открытый колебательный контур, состоящий из двух медных стержней с латунными шарами на концах. Между внутренними концами стержней находился небольшой воздушный зазор — искровой промежуток. Стержни подключались ко вторичной обмотке высоковольтной катушки Румкорфа. При подаче высокого напряжения в искровом промежутке проскакивала искра, что означало возникновение быстрых электромагнитных колебаний в вибраторе. Согласно теории Максвелла, такая система должна была излучать в окружающее пространство электромагнитные волны.

Для обнаружения (приема) этих волн Герц сконструировал резонатор — простейший приемник, который также представлял собой открытый колебательный контур. Чаще всего это был проволочный виток (прямоугольной или круглой формы) с очень маленьким искровым промежутком. Размеры резонатора подбирались таким образом, чтобы его собственная частота колебаний совпадала с частотой колебаний вибратора (явление резонанса).

Суть эксперимента заключалась в следующем:

1. Вибратор (передатчик) и резонатор (приемник) размещались на некотором расстоянии друг от друга без какой-либо электрической связи между ними.

2. При включении катушки Румкорфа в искровом промежутке вибратора возникала мощная искра.

3. Одновременно с этим Герц наблюдал появление очень слабой, едва заметной искорки в микроскопическом зазоре резонатора.

Появление искры в резонаторе доказывало, что энергия от вибратора передавалась к нему через пространство. Эта передача энергии и была осуществлена предсказанными Максвеллом электромагнитными волнами. Переменное электромагнитное поле волны, достигая резонатора, индуцировало в нем переменную ЭДС, которая при резонансе достигала достаточной величины для пробоя воздушного зазора.

В дальнейших экспериментах Герц исследовал свойства обнаруженных им волн:

• Отражение: Разместив за резонатором большой цинковый экран, Герц обнаружил, что волны отражаются от него, образуя стоячую волну. Это позволило измерить длину волны $\lambda$.
• Преломление: Он показал, что электромагнитные волны преломляются, пропуская их через большую призму из асфальта.
• Поляризация: Герц установил, что интенсивность искры в резонаторе зависит от его ориентации относительно вибратора. Искра была максимальной, когда проводники резонатора и вибратора были параллельны, и исчезала, когда они были перпендикулярны. Это доказывало поперечный характер электромагнитных волн.
• Скорость распространения: Зная частоту колебаний своего вибратора $\nu$ (которую он мог рассчитать по параметрам контура) и измерив длину волны $\lambda$ в опыте со стоячей волной, Герц вычислил скорость их распространения по формуле $c = \lambda \cdot \nu$. Полученное им значение было очень близко к скорости света, что стало решающим доказательством того, что свет является частным случаем электромагнитных волн.

Таким образом, опыты Герца не только подтвердили существование электромагнитных волн, но и продемонстрировали их фундаментальное родство со светом.

Ответ: В своих опытах Генрих Герц использовал высоковольтный искровой генератор (вибратор Герца) для создания электромагнитных волн и приемный контур с малым искровым зазором (резонатор) для их обнаружения. Появление искры в резонаторе, расположенном на расстоянии от вибратора, доказывало передачу энергии волнами через пространство. Герц также экспериментально изучил свойства этих волн: отражение, преломление, поляризацию и измерил скорость их распространения, которая оказалась равной скорости света, тем самым подтвердив теорию электромагнитного поля Максвелла.