Двустороннее движение электричества. Тесла. Переменный ток

Отец электромагнетизма преждевременно скончался в 1879 году в возрасте 48 лет, не увидев подтверждения своих теорий, хотя это подтверждение было получено довольно скоро — в 1885 году. Когда Герц исследовал длину волны, превышавшую длину волны света, ему удалось получить в лаборатории электромагнитные волны с характеристиками, предсказанными Максвеллом. Герц доказал, что они могут перемещаться со скоростью света даже в вакууме; свет на самом деле был электромагнитной волной. Для своих экспериментов он использовал осциллятор (аппарат, вызывавший периодические колебания электрического тока) и резонатор, улавливавший колебания и присоединявшийся к ним, то есть начинавший колебаться, следуя циклу. Он доказал, что энергия перемещается от одного аппарата к другому через пространство, и даже смог определить форму волны, устанавливая резонатор в разных точках лаборатории. Для эксперимента был использован переменный высокочастотный ток.

РИС. 5 Электрические и сопутствующие им магнитные волны создают электромагнитную волну и лежат в перпендикулярных областях; если электрические волны вертикальны, то магнитные будут горизонтальны. Обе плоскости продвигаются вместе, перенося энергию, полученную у источника излучения.

В следующее десятилетие многие ученые пытались найти применение герцевым волнам для передачи энергии и сообщений из одного места в другое. Способность таких волн передаваться на расстоянии позволяет им преодолевать длинные дистанции и препятствия. Они могут изменить направление распространения, как свет в воде, а также отталкиваться или отражаться, как свет в зеркале. Употребляя точные термины, мы можем назвать данные свойства отражением, рефракцией и дифракцией волн. Многие осознавали потенциал их применения в различных областях. Задача заполнить пробелы электромагнитного спектра и найти возможности применения волн занимала ученых на рубеже XIX и XX веков.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ СПЕКТР

Электромагнитные волны различаются по своей специфической энергии, которая задается длиной волны и частотой. Кроме того, они могут различаться интенсивностью излучения. Электромагнитный спектр объединяет все электромагнитные волны на основе энергетического распределения.

Радиоволны занимают сектор электромагнитного спектра с наименьшей энергией. Длина их волны настолько велика, что они перемещаются без поглощения и рассеивания молекулами воздуха; очень длинные волны даже могут сделать полный оборот вокруг Земли. Поэтому такие волны прекрасно подходят для передачи массовых визуальных и звуковых сигналов с помощью настроенных пар «передатчик — приемник».

Следующую часть спектра занимают микроволны. Несмотря на название, они не так малы, как показывает приставка (10-⁶); их длина находится в диапазоне от 1 мм до 1 м. Микроволны достаточно длинные для распространения сигналов по воздуху, как и радиоволны, но, в отличие от радиоволн, их можно сконцентрировать в направленный пучок для безопасной и конфиденциальной передачи. В качестве примера возьмем радар, работающий на микроволнах: микроволны отражаются от твердых тел и возвращают передатчику эхо первоначального сигнала, то есть происходит возврат замедленной волны, оказавшей воздействие на тело. Для точной локализации объекта нужно знать скорость распространения волны в воздухе и время, необходимое микроволне для перемещения на расстояние от передатчика до тела, положение которого требуется определить, и возвращения к передатчику.

РИС. 6 Диаграмма электромагнитного спектра.

В средней зоне спектра находится самый известный тип электромагнитного излучения — свет или видимый спектр с длиной волны от 400 до 700 нанометров. Нанометр (нм) равен одной миллиардной части метра, то есть 10^-9 метра. Название «видимый свет» может сбивать с толку, потому что если это излучение человек и может видеть, то только потому, что его зрение эволюционировало, чтобы улавливать его. На самом деле многие животные могут видеть не только в этой части спектра. Змеи воспринимают менее энергетические виды излучения, например инфракрасное, длина волны которого — от 0, 7 до 1000 микрометров. С другой стороны, пчелы способны прекрасно видеть более энергетические виды излучения, такие как ультрафиолетовое: длина его волны — от 40 до 15 нанометров.