Номер 3, страница 126, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

3. Объясните опыты Герца по возбуждению и регистрации электро-магнитных волн. Опишите их.

Опыты немецкого физика Генриха Герца, проведенные в 1886–1889 годах, стали первым экспериментальным подтверждением теории электромагнитного поля Джеймса Клерка Максвелла. Герц поставил перед собой задачу сгенерировать электромагнитные волны в лабораторных условиях, зарегистрировать их и изучить их свойства.

Для этого он создал установку, состоящую из двух основных частей: излучателя и приемника.

Излучатель (вибратор Герца) представлял собой открытый колебательный контур. Он состоял из двух медных стержней, расположенных на одной прямой, с небольшим искровым промежутком между ними. К стержням было подведено высокое напряжение от индукционной катушки (катушки Румкорфа). Когда напряжение достигало значения пробоя воздуха, в промежутке проскакивала искра. Эта искра представляла собой быстро затухающие электромагнитные колебания высокой частоты, так как происходил быстрый перезаряд емкостей, образованных стержнями. Ускоренно движущиеся заряды в момент разряда, согласно теории Максвелла, и являлись источником электромагнитной волны, распространяющейся в окружающем пространстве.

Приемник (резонатор) был устроен еще проще. Это была проволочная петля (часто прямоугольной или круглой формы), которая также имела очень маленький искровой промежуток. Геометрические размеры приемника подбирались так, чтобы его собственная частота колебаний была равна частоте колебаний излучателя. Это позволяло использовать явление резонанса для усиления сигнала.

Процесс возбуждения и регистрации волн происходил следующим образом: работающий излучатель создавал в пространстве переменную электромагнитную волну. Эта волна, достигая приемника, индуцировала в нем переменную электродвижущую силу (ЭДС индукции) и, соответственно, переменный ток. Благодаря резонансу, амплитуда колебаний тока в приемнике многократно увеличивалась. Если индуцированное напряжение было достаточно велико, оно вызывало пробой воздуха в искровом промежутке приемника — в нем проскакивала крошечная, едва заметная искра. Наблюдение этой искры (в затемненном помещении) и служило фактом регистрации электромагнитной волны.

Проводя свои опыты, Герц не только доказал существование электромагнитных волн, но и изучил их ключевые свойства, установив их тождество со светом:

1. Отражение. Герц показал, что волны отражаются от металлических поверхностей. Он помещал большой лист металла на пути волны и с помощью приемника обнаруживал образование стоячих волн с характерными узлами (где искра пропадала) и пучностями (где искра была максимальной).

2. Преломление. Пропуская волны через большую призму, изготовленную из асфальта, Герц зафиксировал изменение направления их распространения, то есть наблюдал преломление волн.

3. Поляризация. Герц обнаружил, что интенсивность искры в приемнике сильно зависит от его взаимной ориентации с излучателем. Искра была максимальной, когда проводники излучателя и приемника были параллельны, и полностью исчезала, когда они были перпендикулярны. Это однозначно доказывало поперечность электромагнитных волн (колебания векторов напряженности электрического и магнитного полей происходят в плоскости, перпендикулярной направлению распространения).

4. Скорость распространения. Измерив расстояние между узлами в стоячей волне, Герц определил длину волны $ \lambda $. Зная частоту своего вибратора $ f $ (которую он мог рассчитать), он вычислил скорость распространения волн по формуле $ v = \lambda \cdot f $. Полученное значение оказалось очень близким к скорости света $ c $, что стало решающим доказательством электромагнитной природы света.

Ответ: В опытах Герца для возбуждения (генерации) электромагнитных волн использовался искровой генератор (вибратор Герца), представляющий собой открытый колебательный контур, питаемый высоким напряжением. Регистрация волн производилась с помощью приемника-резонатора — проволочного контура с малым искровым промежутком, в котором при приеме волны проскакивала искра. С помощью этих устройств Герц экспериментально доказал существование электромагнитных волн и установил, что они обладают свойствами отражения, преломления, поляризации и распространяются со скоростью света, подтвердив теорию Максвелла.