Номер 1, страница 53, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 8. Электромагнитные колебания и волны. Параграф 76. Практическое применение электромагнетизма. Повторим изученное - номер 1, страница 53.

Условие.

• Опыты Герца.

Решение.

Опыты Герца.

Опыты, проведенные немецким физиком Генрихом Герцем в 1886–1889 годах, стали решающим экспериментальным подтверждением электромагнитной теории Джеймса Клерка Максвелла. Целью этих экспериментов было доказать существование электромагнитных волн и изучить их свойства.

Экспериментальная установка

Установка Герца состояла из двух основных частей: передатчика и приемника.

1. Передатчик (вибратор Герца): Он представлял собой два медных стержня с латунными шарами на концах, расположенных на одной прямой. Между внутренними концами стержней был небольшой искровой промежуток. Стержни подключались ко вторичной обмотке катушки Румкорфа (индукционной катушки), которая создавала высокое напряжение. Когда напряжение достигало пробойного значения, в искровом промежутке проскакивала искра. Этот разряд создавал в стержнях затухающие электромагнитные колебания высокой частоты. Согласно теории Максвелла, такая система должна была излучать в пространство электромагнитные волны.

2. Приемник (резонатор): В качестве приемника Герц использовал незамкнутое проволочное кольцо или прямоугольную рамку с очень маленьким искровым промежутком. Размеры приемника подбирались так, чтобы его собственная частота колебаний совпадала с частотой передатчика (явление резонанса). Когда электромагнитная волна от передатчика достигала приемника, она индуцировала в нем переменный ток. При достаточной интенсивности волны напряжение на концах искрового промежутка приемника становилось настолько большим, что между ними проскакивала крошечная искра. Наблюдение этой искры (часто в затемненном помещении) и служило индикатором приема электромагнитной волны.

Основные результаты и выводы

В ходе своих экспериментов Герц не только зафиксировал наличие электромагнитных волн, но и досконально изучил их свойства:

• Отражение: Герц установил, что электромагнитные волны отражаются от металлических поверхностей. Он помещал большой цинковый экран на пути волн и с помощью приемника обнаруживал отраженную волну, при этом угол падения был равен углу отражения.

• Преломление: Для демонстрации преломления Герц построил большую призму из асфальта. Пропуская через нее электромагнитные волны, он зафиксировал изменение направления их распространения, что доказывало их преломление.

• Интерференция: Направляя волны на металлический лист, Герц получал стоячую волну в результате сложения падающей и отраженной волн. Перемещая приемник между передатчиком и листом, он обнаруживал чередующиеся области с максимальной и минимальной интенсивностью (пучности и узлы), где искра либо была яркой, либо исчезала совсем. Измерив расстояние между соседними узлами (равное половине длины волны, $L = \lambda/2$), он смог определить длину волны $\lambda$.

• Поляризация: Герц доказал, что электромагнитные волны являются поперечными. Искра в приемнике была максимальной, когда проводники приемника и передатчика были параллельны друг другу. Если же их располагали перпендикулярно, искра в приемнике не возникала. Это указывало на то, что вектор напряженности электрического поля $\text{E}$ в волне колеблется в определенной плоскости.

• Скорость распространения: Измерив длину волны $\lambda$ в опытах по интерференции и зная частоту колебаний $\text{f}$ своего вибратора (которую он мог рассчитать по параметрам контура), Герц вычислил скорость распространения волн по формуле $v = f \cdot \lambda$. Полученное им значение оказалось очень близким к скорости света в вакууме ($c \approx 3 \cdot 10^8$ м/с). Это стало блестящим подтверждением вывода Максвелла о том, что свет является частным случаем электромагнитных волн.

Таким образом, опыты Герца имели огромное значение: они экспериментально подтвердили фундаментальные положения теории Максвелла и открыли путь к созданию беспроводной связи, радио, телевидения и других технологий, основанных на использовании электромагнитных волн.

Ответ: В своих опытах Генрих Герц впервые экспериментально сгенерировал и зарегистрировал электромагнитные волны, доказав их существование. Он изучил их свойства, установив, что они отражаются, преломляются, интерферируют и поляризуются подобно световым волнам. Ключевым результатом стало измерение скорости распространения электромагнитных волн, которая оказалась равной скорости света, что подтвердило электромагнитную природу света и справедливость теории Максвелла.