2. 3. Исследование электромагнитных волн
С 1885 по 1889 годы Герц работал профессором физики технического университета в Карлсруэ. Именно в эти годы он провёл свои знаменитые опыты по распространению электрической силы, доказавшие реальность электромагнитных волн. Аппаратура, которой пользовался Герц, может показаться теперь более чем простой, но тем замечательнее полученные им результаты. Источниками электромагнитного излучения у него были искры в разрядниках. Электромагнитные волны от разрядников вызывали искровые разряды между шариками в «приемниках» — расположенных в нескольких метрах контурах, настроенных в резонанс. Герцу удалось не только обнаружить волны, в том числе, и стоячие, но и исследовать скорость их распространения, отражение, преломление и даже поляризацию. Все это очень напоминало оптику, с тем только (весьма существенным!) отличием, что длины волн были почти в миллиард раз больше.
Экспериментальный аппарат Герца в 1887 году.
Радиопередатчик Герца на основе катушки Румкорфа (с ударным возбуждением колебательного контура ключевым прерывателем).
Постоянный ток от DC, проходя через катушку намагничивает её железный сердечник, он притягивает подвижной контакт и цепь разрывается, когда магнитное поле исчезает контакт замыкается снова. Для проведения опытов Герц придумал и сконструировал свой знаменитый излучатель электромагнитных волн, названный впоследствии «вибратором Герца». Вибратор представлял собой два медных прутка с насаженными на концах латунными шариками и по одной большой цинковой сфере или квадратной пластине, играющей роль конденсатора. Между шариками оставался зазор — искровой промежуток. К медным стержням были прикреплены концы вторичной обмотки катушки Румкорфа — преобразователя постоянного тока низкого напряжения в переменный ток высокого напряжения. При импульсах переменного тока между шариками проскакивали искры и в окружающее пространство излучались электромагнитные волны. Перемещением сфер или пластин вдоль стержней регулировались индуктивность и ёмкость цепи, определяющие длину волны.
Радиоприёмник Герца (искровой).
Чтобы улавливать излучаемые волны, Герц придумал простейший резонатор — проволочное незамкнутое кольцо или прямоугольную незамкнутую рамку с такими же, как у «передатчика» латунными шариками на концах и регулируемым искровым промежутком.
В результате проведённых опытов Герц обнаружил, что если в генераторе будут происходить высокочастотные колебания (в его разрядном промежутке проскакивает искра), то в разрядном промежутке резонатора, удалённом от генератора даже на 3 м, тоже будут проскакивать маленькие искры. Таким образом, искра во второй цепи возникала без всякого непосредственного контакта с первой цепью. Проведя многочисленные опыты при различных взаимных положениях генератора и приёмника, Герц приходит к выводу о существовании электромагнитных волн, распространяющихся с конечной скоростью. Будут ли они вести себя, как свет? Герц проводит тщательную проверку этого предположения. После изучения законов отражения и преломления, после установления поляризации и измерения скорости электромагнитных волн он доказал их полную аналогию со световыми. Всё это было изложено в работе «О лучах электрической силы», вышедшей в декабре 1888 г. Этот год считается годом открытия электромагнитных волн и экспериментального подтверждения теории Максвелла.
Благодаря своим опытам Герц пришёл к следующим выводам:
1. Волны Максвелла «синхронны» (справедливость теории Максвелла, что скорость распространения радиоволн равна скорости света);
2. Можно передавать энергию электрического и магнитного поля без проводов.
В 1887 по завершении опытов вышла первая статья Герца «Об очень быстрых электрических колебаниях», а в 1888 — ещё более фундаментальная работа «Об электродинамических волнах в воздухе и их отражении».
Герц считал, что его открытия были не практичнее максвелловских: «Это абсолютно бесполезно. Это только эксперимент, который доказывает, что маэстро Максвелл был прав. Мы всего-навсего имеем таинственные электромагнитные волны, которые не можем видеть глазом, но они есть». «И что же дальше?» — спросил его один из студентов. Герц пожал плечами, он был скромный человек, без претензий и амбиций: «Я предполагаю — ничего».
Но даже на теоретическом уровне достижения Герца были сразу отмечены учёными как начало новой «электрической эры».
2. 4. Открытие внешнего фотоэффекта
Чтобы лучше видеть искру в своих опытах, Герц поместил приёмник в затемнённую коробку. При этом он заметил, что в коробке длина искры в приёмнике становится меньше. Тогда Герц стал экспериментировать в этом направлении, в частности, он исследовал зависимость длины искры в случае, когда между передатчиком и приёмником помещается экран из различных материалов. Герц нашёл, что электромагнитные волны проходили через одни виды материалов и отражались другими, что привело в будущем к появлению радаров. Кроме того, Герц заметил, что заряженный конденсатор теряет свой заряд быстрее при освещении его пластин ультрафиолетовым излучением. Полученные результаты явились открытием нового явления в физике, названного фотоэффектом. Теоретическое обоснование этого явления позже дал Альберт Эйнштейн, получивший за это Нобелевскую премию в 1921 году.
Заключение
В 1930 году Международная Электротехническая Комиссия в честь Герца установила новую единицу измерения — Герц (Гц), применяемую как мера количества повторяющихся событий в единицу времени (её также называют «количество циклов в секунду»). Она была принята Международным бюро мер и весов в 1964 году как единица частоты в системе СИ.
В 1969 году в Восточной Германии была выпущена памятная медаль в честь Генриха Герца. В 1987 году IEEE учредила Медаль Генриха Герца «за выдающиеся достижения в изучении волн Герца», присуждаемая ежегодно учёным-теоретикам и экспериментаторам.
В честь Герца назвали кратер, который находится на востоке обратной стороны Луны. Городская теле-радиокоммуникационная башня в Гамбурге названа в честь знаменитого уроженца города.
В 1889 Итальянское общество наук в Неаполе наградило его медалью имени Маттеучи, Парижская академия наук — премией Лаказа, а Венская императорская академия — премией Баумгартнера. Через год Лондонское королевское общество награждает Герца медалью Румфорда, а в 1891 Королевская академия в Турине — премией Бресса. Прусское правительство награждает его орденом Короны. Кроме того, Герц был удостоен японского ордена Священного сокровища.
Библиография
1. Большая советская энциклопедия. В 30 тт.
2. Герц Г. Принципы механики. М., 1959.
3. Григорьян А. Т., Вяльцев А. В. Генрих Герц, 1857—1894. М.: Наука, 1968.
4. Кудрявцев П.С. Курс истории физики. М. : Просвещение, 1982. – 448 с.
5. 50 лет волн Герца(избранные статьи). М. – Л., 1938.