Военные флоты и морская справочная книжка на 1903 г - Александръ Михайловичъ Романовъ

элементы явленiй, опредѣляемыхъ терминомъ электрическое колебанiе и электромагнитная волна. Фарадей и Максвель высказали взглядъ, что среда, чрезъ которую передается электрическая энергiя, играетъ главную роль во всѣхъ электрическихъ явленiяхъ, т. е. въ электрическихъ явленiяхъ играютъ главную роль не проводники, а изоляторы или дiэлектрики, какъ ихъ назвалъ Фарадей (воздухъ, вода, сѣра). Герцъ своими опытами, опубликованными въ концѣ восьмидесятыхъ годовъ, блестящимъ образомъ подтвердилъ эти взгляды. Это значенiе вытекаетъ изъ слѣдующаго простого опыта.

Возьмемъ два металлическихъ (мѣдныхъ) шара А и Б, соендинимъ ихъ между собою такимъ же металлическимъ стержнемъ, утвердимъ ихъ въ какомъ угодно положенiи изолированными (изъ дерева или эбонита) поддержками и разрѣжемъ стержень посерединѣ въ в1, образовавъ промежутокъ въ одинъ сантиметръ такъ, чтобы этотъ промежутокъ заполняло какое нибудь изолирующее вещество, напр. воздухъ, минеральное масло и прочее, а параллельно съ шарами другой металлическiй стержень, также имѣющiй разъединенiе въ в2, и сдѣлаемъ слѣдующiй опытъ: станемъ заряжать электрофорной машиной Гольца шаръ А положительнымъ электричествомъ, а шаръ Б отрицательнымъ электричествомъ и будемъ это заряжанiе производить постепенно и осторожно, то на шарахъ также постепенно станетъ наростать запасъ электрической энергiи; если мы прiостановимъ заряжанiе прежде чѣмъ произойдетъ электрическiй разрядъ, то мы будемъ имѣть основанiе предполагать, что на шарахъ имѣется запасъ энергiи могущей деформироваться въ окружающей средѣ. Этотъ запасъ электрической энергiи принято называать электрическимъ потенцiаломъ, хотя потенцiалъ, въ точномъ пониманiи, измѣряется работой, совершенной силами поля для того, чтобы перемѣстить единицу массы изъ рассматриваемой точки на безконечное разстоянiе отъ дѣйствующихъ массъ, то есть на границу поля.

Когда разность потенцiаловъ на шарахъ достигнетъ такой величины, что произойдетъ разрядъ черезъ дiэлектрикъ въ в1, по стержню аб пойдетъ мгновенный токъ положимъ отъ А къ Б1 и въ в2 появится искра.

Разность потенцiалоовъ начнетъ убывать, энергiя, запасенная въ видѣ электростатическаго заряда шаровъ, переходитъ въ энергiю тока.

Эта энергiя проявляется въ видѣ энергiи магнитнаго поля, какъ бы возбужденнаго вокругъ проводника, т. е. вокругъ стержня соединяющаго шары. Линiи силъ этого поля будутъ направлены по концентрическимъ кругамъ, центръ которыхъ лежитъ на идеальной оси стержня.

Черт. 1.

Когда потенцiалы шаровъ сравняются, вся электростатическая энергiя перейдетъ въ электромагнитную, но токъ не прекратится мгновенно, хотя первоначальная причина тока, электрическiй разрядъ, т. е. разность потенцiаловъ на шарахъ прекратиться мгновенно.

Исчезающее магнитное поле возбуждаетъ въ проводникѣ электродвижущiя силы (самоиндукцiю). Такъ будетъ нѣкоторое время продолжаться въ прежнемъ направленiи, и на шарахъ снова появятся разнименные заряды, но, по сравненiю съ предыдущими, противоположнаго знака. За этотъ перiодъ энергiя магнитнаго поля снова будетъ превращаться въ энергiю электростатическаго заряда до того момента, когда прекратиться токъ. Затѣмъ всѣ превращенiя повторяются снова въ прежнемъ порядкѣ, перiодически смѣняя другъ друга. Эти явленiя не исчерпываютъ верхъ превращенiй энергiи — часть энергiи электрическаго тока переходитъ въ самом стержнѣ, и въ особенности въ искрѣ, въ тепловую энергiю, отчасти въ свѣтовую энергiю, отчасти въ энергiю движенiя и отчасти разсѣивается въ видѣ возмущенiй среды, которыми сопровождается перiодическое появленiе и исчезновенiе магнитнаго поля въ пространствѣ, окружающемъ систему проводниковъ.

Разсмотрѣнная группа явленiй называется электрическимъ колебанiемъ, вызывающимъ деформацiю энергiи въ окружающей средѣ.

2. Система параллельныхъ между собой проводниковъ, въ которой будутъ соблюдены необходимыя условiя, для образованiя электрическаго колебанiя, называется вибраторомъ, а рядъ возмущенiй въ средѣ, окружающей вибраторъ, когда въ немъ образуется электрическое колебанiе, называется электромагнитнымъ полемъ, въ которомъ происходитъ пертурбацiя электромагнитныхъ волнъ.

Электрическiя колебанiя продолжаются пока неизрасходуется энергiя первоначальнаго заряда.

Для всякой данной точки пространства электромагнитную волну можно характеризовать перiодическимъ возникновенiемъ и исчезновенiемъ перемѣннаго по знаку магнитнаго поля.

Вибраторъ можетъ обнаружить присутствiе электромагнитной волны если параллельно оси вибратора помѣстить изолированную проволоку съ малымъ перерывомъ посрединѣ. Проволока эта будетъ находиться въ перемѣнномъ магнитномъ полѣ; тогда въ присутствiи электромагнитной волны въ ней появятся электродвижущiя силы, направленныя вдоль проволоки и въ перерывѣ появится искра (вслѣдствiе индукцiи).

Процессъ взаимодѣйствiя между вибраторомъ и этою проволокой тотъ же, что и взаимной индукцiи между двумя параллельными проводниками, въ томъ случаѣ, когда по одному изъ нихъ проходитъ перемѣнный токъ. Съ количественной стороны, однако, можно указать и значительную разницу.

Электрическiя колебанiя производятъ въ средѣ эѳира электромагнитныя волны длиною въ сотни километровъ. Принимая во внмианiе, что машины перемѣннаго тока производятъ отъ 50 до 200 колебанiй въ секунду, найдемъ, что при обыкновенномъ перемѣнномъ токѣ перiодъ, котораго примемъ минимальнымъ 1/50 секунды = 0,02 с около проводника образуется магнитное поле одного знака при разстоянiи d = V·0,02 c, т. е. на пространствѣ 6000 километровъ. При условiи если электромагнитная волна распространяется со скоростью 300.000 километровъ въ секунду. А если перiодъ примемъ въ 1/200 секунды = 0,005 с, то получимъ:

d = V·0,005 c = 1500 километровъ.

Измѣненiе магнитнаго поля вблизи проводника въ нѣкоторой точкѣ отъ О до максимальной величины Н произойдетъ въ первомъ случаѣ въ 0,01 с, а во второмъ случаѣ въ 0,0025 с. Средняя электродвижущая сила возбужденная въ проводникѣ, помѣщенномъ въ этой точкѣ пространства будетъ пропорцiональна величинѣ Н и обратно пропорцiональна времени наростанiя Н.

Въ случаѣ электрическаго колебанiя электрофорной машиной число перемѣнъ зависитъ отъ размѣровъ и формы проводниковъ. Для шаровъ дiаметромъ 30 сантиметровъ въ зависимости отъ длины стержня можетъ быть 50.000.000 полныхъ перiодовъ въ секунду.

При такомъ условiи электрическихъ колебанiй магнитное поле одного направленiя за одинъ перiод колебанiя распространится только на 6 метровъ и для какого нибудь мгновенiя спустя нѣсколько колебанiй, въ пространствѣ въ близи проводника будетъ магнитное поле, мѣняющее знакъ черезъ каждые 6 метровъ. Электродвижущая сила, которая можетъ быть индуктирована въ проводникѣ, помѣщенномъ въ такомъ полѣ, будетъ при той же амплитудѣ[31] въ напряженности поля Н въ миллiонъ разъ больше, нежели при обыкновенномъ перемѣнномъ токѣ.

Между параллельными прямолинеными проводниками можно обнаружить взаимную индукцiю при посредствѣ телефона, но электродвижущiя силы, при этомъ возникающiя, ничтожны по сравненiю съ тѣми, которыя появляются при электрическихъ колебанiяхъ на томъ же разстоянiи.

Изъ сказаннаго явствуетъ, что электромагнитныя волны могутъ быть обнаружены въ перерывѣ проводника, параллельнаго вибратору, при посредствѣ искры; однако такой способъ обнаруживанiя электромагнитныхъ волнъ должно признать очень грубымъ способомъ, могущимъ имѣть примѣненiе только на очень близкомъ разстоянiи отъ вибратора. Поэтому многiе ученые вслѣдъ за Герцомъ стали искать болѣе чувствительный способъ обнаруживать электромагнитныя волны, не задаваясь повидимому, въ своихъ изысканiяхъ еще никакой опредѣленной цѣлью.

Черт. 2.

Чтобы въ достаточной степени уяснить главную роль электромагнитныхъ волнъ въ электрическихъ колебанiяхъ, будетъ нелишнимъ сдѣлать простѣйшее поясненiе явленiя, производимаго электромагнитными волнами. Представимъ себѣ (черт.