Открытие электромагнитных волн

Теория электромагнитного поля

Решающую роль в победе максвелловской теории сыграл немецкий физик Генрих Герц.

Герц родился 22 февраля 1857 г в семье адвоката. В эпоху Герца в Германии интенсивно развивалась промышленность, наука и техника. В Берлинском университете Гельмгольц создал мировую научную школу. Тогда же Вернер Сименс (1816-1892) интенсивно работал в области электротехники сильных токов.

В среду лидеров немецкой науки и техники вошел и Герц. После окончания гимназии он учился сначала в Дрезденском, а потом в Мюнхенском техническом училище. Вскоре он понял. Что его призвание – наука, и перешел в Берлинский университет, где изучал физику под руководством Гельмгольца. Герц был любимым учеником Гельмгольца, и именно ему было поручена экспериментальная проверка теоретических выводов Максвелла. Герц начал свои знаменитые опыты, будучи профессором Высшей технической школы в Карлсруэ, и заканчивал их в Бонне, где был профессором экспериментальной физики.

Умер Герц 1 января 1894 г. Его учитель Гельмгольц скончался в этом же году 8 сентября.

В 1884 г Герц показывает в своей работе, что максвелловская электродинамика обладает преимуществами по отношению к обычной, но считает недоказанным, что она единственно возможная.

Экспериментальную установку и сами опыты Герц описал и опубликовал в 1887 г. в статье «О весьма быстрых электрических колебаниях». Герц описывает здесь способ генерации колебаний, «приблизительно в сто раз быстрее наблюденных Феддерсеном». «Период этих колебаний, определяемый, конечно, лишь при помощи теории, измеряется стомиллионными долями секунды. Следовательно, в отношении продолжительности они занимают среднее место между звуковыми колебаниями весомых тел и световыми колебаниями эфира».

Проводники, с которыми работает Герц, вошли в науку под названием вибратор и резонатор Герца. Резонатором проводник называется потому, что наиболее сильно возбуждается колебаниями, резонирующими с его собственными колебаниями.

В работе «О влиянии ультрафиолетового света на электрический разряд» Герц описывает важное явление, открытое им и получившее впоследствии название фотоэлектрического эффекта.

В своей работе «О действии тока» Герц перешел к изучению явлений на более далеком расстоянии, работая в аудитории длиной 14 м и шириной 12 м. Он обнаружил, что если расстояние приемника от вибратора менее 1 м, то характер распределения электрической силы аналогичен полю диполя и убывает обратно пропорционально кубу расстояния. Однако, на расстояниях, превышающих 3 м, поле убывает значительно медленнее и неодинаково в различных направлениях. В направлении оси вибратора действие убывает значительно быстрее, чем в направлении, перпендикулярном оси, и едва заметно на расстоянии 4 м., тогда как в перпендикулярном оно достигает расстояний, больших 12 м. Этот результат противоречит всем законам теории дальнодействия. Герц продолжал исследование в волновой зоне своего вибратора, поле которого он позже рассчитал теоретически. В ряде последующих работ Герц неопровержимо доказал существование электромагнитных волн, распространяющихся с конечной скоростью. «Результаты опытов, поставленных мною над быстрыми электрическими колебаниями, -писал Герц в своей статье , - показали мне. Что теория Максвелла обладает преимуществом перед всеми другими теориями электродинамики».

Герц в процессе своих исследований окончательно и безоговорочно перешел на точку зрения Максвелла, придал удобную форму его уравнениям, дополнил теорию Максвелла теорией электромагнитного излучения. Герц получил экспериментально электромагнитные волны. Предсказанные Максвеллом, и показал их тождество с волнами света. В работе «О лучах электрической силы» Герц описывает свои опыты по распространению, поляризации, отражению, преломлению электромагнитных волн. Герц построил зеркала для опытов с этими волнами (зеркала Герца), призму и твердой смолы (асфальт) с основанием 1,2м и высотой 1,5м с преломляющим углом 30 градусов. Все эти опыты доказали полную аналогию электромагнитных и световых волн.

В 1889 г Герц прочитал доклад «О соотношении между светом и электричеством» на 62 съезде немецких естествоиспытателей и врачей. Здесь он подводит итоги своих опытов в следующих словах: «Все эти опыты просты в принципе, тем не менее они влекут за собой важнейшие следствия. Они рушат всякую теорию, которая считает. Что электрические силы перепрыгивают пространство мгновенно. Они означают блестящую победу теории Максвелла…Насколько маловероятным казалось ранее ее воззрение на сущность света, настолько трудно теперь не разделить это воззрение».

Среди многочисленных повторений опытов Герца особое место занимают опыты русского физика П.Н.Лебедева. Он усовершенствовал опыты Герца, получил самые короткие электромагнитные волны и провел с ними опыты по двойному лучепреломлению. Статья Лебедева «О двойном преломлении лучей электрической силы» появилась одновременно на русском и немецком языках.

Лебедев уже в эпоху зарождения радиофизики и радиотехники поставил задачу минитюризации приборов для излучения и исследования электромагнитных волн и тем самым как бы предначертал современное направление конструкторской мысли в этой области. Приборы Лебедева были настолько малы, что их можно носить в жилетном кармане. Генератор Лебедева состоял из двух платиновых цилиндров, каждый по 1,3 мм длиной и 0,5 мм в диаметре, между которыми проскакивала искра. Зеркала Лебедева имели высоту20 мм, отверстие 12 мм, фокусное расстояние 6 мм. Для исследования преломления Лебедев использовал эбонитовую призму высотой 1,8 см, шириной 1,2 см, весом менее 2 г, тогда как призма Герца весила 600 кг. Столь же малыми были двупреломляющие призмы из ромбической серы. Для наблюдения волн Лебедевым пользовался термоэлементом.

П.Н.Лебедев, с одной стороны, укрепил позиции теории Максвелла, с другой стороны, первым измерил предсказанное Максвеллом световое давление и показал, что оно совпадает с теоретическим значением, полученным Максвеллом.

П.Н.Лебедев родился 8 марта 1866г в Москве в купеческой семье. Свое школьное образование он получил в Евангелическом Петропавловском церковном училище и в Реальном училище Хайновского. С сентября 1884 г по март 1887 г посещал Московское высшее техническое училище. Чтобы посвятить себя изучению физики он учился 2 года в Страсбурге у известного физика Августа Кундта. Кундту Лебедев посвятил после его смерти теплый прочувствованный некролог, в котором характеризовал его «не только как первоклассного ученого», но и как «несравненного учителя, который заботился о будущем своей любимой науки, образуя и воспитывая ее будущих деятелей».

Защитил в Страсбурге диссертацию «Об измерении диэлектрических постоянных паров и о теории диэлектриков Моссоти-Клаузиуса. Лебедев вернулся в Россию и стал работать в Московском университете у Столетова в должности лаборанта.

Первая русская статья П.Н.Лебедева начиналась указанием на существование светового давления. Световому давлению была посвящена и последняя, оставшаяся незаконченной, статья Лебедева. Исследование светового давления стало делом жизни Петра Николаевича.

В 1896 г. была опубликована статья, посвященная действию гидродинамических волн, в 1899 г – статья. описывающая действие акустических волн. В 1899 г. Лебедев опубликовал отдельной брошюрой все три статьи. За эту работу он получил ученую степень доктора.

Важнейшими достижениями П.Н.Лебедева были его классические опыты по световому давлению, принесшие ему мировую славу. Предварительное сообщение о своей работе по измерению давления света на твердые тела Лебедев сделал в 1899г. С докладом о своих опытах он выступил на Всемирном конгрессе в Париже в 1900 г.

Результат Лебедева произвел огромное впечатление. Томпсон (лорд Кельвин) признавался К.А.Тимирязеву, что он всю жизнь воевал с Максвеллом из-за его светового давления, но Лебедев заставил его признать свою неправоту.

В 1901 г. Лебедев становится профессором Московского университета. Теперь он всемирно известный ученый, глава школы физиков, в которой под его руководством работают десятки учеников. Академик П.П.Лазарев, чл.-кор. Академии наук СССР В.К.Аркадьев, которые тоже создали свои школы.

В 1902 г Лебедев выступил на съезде Немецкого астрономического общества с докладом, в котором вновь вернулся к вопросу о космической роли светового давления. В историческом обзоре этого доклада Лебедев напоминает о гипотезе Кеплера, который предположил, что отталкивание кометных хвостов Солнцем обусловлено давлением его лучей на частицы хвоста. Действие света на молекулу зависит от ее избирательного поглощения. Для лучей, поглощаемых газом, давление обусловлено законом Максвелла, лучи, не поглощаемые газом, действие на него не оказывают. Лебедев ставит задачу определить давление света на газы. Эта многолетняя работа, потребовавшая от экспериментатора много сил и остроумия, подводила итог всей его научной деятельности начиная с 1891 г.

За работы по давлению света Лебедев был избран в 1911 г. почетным членом Королевского института в Лондоне. Он глубоко интересовался проблемами астрофизики, активно работал в Международном союзе по исследованию Солнца, написал ряд статей о кажущейся дисперсии межзвездной среды.

Его ученики П.П.Лазарев и А.К.Тимирязев исследовали явление внутреннего трения в разряженных газах. Но вся его напряженная работа оборвалась в 1911 г.. когда Лебедев вместе с другими профессорами покинул университет в знак протеста против действий реакционного министра просвещения Кассо. Силы его были подорваны и 14 марта 1912 г. П.Н.Лебедев скончался.

В историю физики Лебедев вошел как первоклассный экспериментатор, решивший ряд труднейших проблем современной ему физики, Значение Лебедева для России не исчерпывается этим. Он был создателем московской школы физиков. Вышедшие из этой школы ученые сыграли важную роль в становлении советской и мировой физики.

Дата добавления: 2014-03-11; просмотров: 627; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!