О чем рассказывает свет

Наука доказывает, что в различных частях Вселенной действуют одни и те же законы природы и они доступны познанию человека. А расширение наших знаний о Вселенной, которому так мощно способствует наука о свете и которому нет предела, является могучим орудием в борьбе с мистикой и суевериями.

Невидимый свет

Электромагнитные волны

В то же время, когда спектроскопия начала так бурно развиваться, английский физик Джемс Клерк Максвелл (1831 —1879) обобщал результаты опытных исследований электрических и магнитных свойств материи. При этом он вовсе не имел дела со светом и со всеми понятиями, которые с ним связаны. Его интересовали другие вопросы: как взаимодействуют электрически заряженные частицы и токи, как появляются магнитные свойства вещества при движении зарядов, что происходит в пространстве, когда совершается электрический разряд, и аналогичные. Соответственно он пользовался такими понятиями, как электрическая и магнитная напряженность в данном месте пространства, скорость распространения электрического действия, диэлектрическая постоянная и т. п.

Максвелл опирался на опытные данные, полученные великим английским физиком Михаилом Фарадеем (1791 —1867), Эрстедтом, русским физиком Ленцем и другими. Экспериментального материала к 60-м годам прошлого века накопилось достаточно.

Еще Фарадей полагал, что магнит притягивает железо на расстоянии потому, что магнит создает вокруг себя в пространстве особое состояние — магнитное поле. Он нашел, что при движении магнита, от которого магнитное поле изменяется, в находящихся в этом поле проводниках возбуждается электрический ток. Максвелл обратил внимание на то, что верно и обратное: когда в проводниках быстро изменяются токи, в силу чего в пространстве вокруг изменяется электрическое поле, это изменение приводит к возникновению в пространстве магнитных влияний — магнитного поля. В свою очередь изменение магнитного поля приведет, согласно Фарадею, к новому изменению электрического поля. Новое изменение электрического поля вновь вызовет изменение магнитного. И так процесс будет продолжаться, пока не затухнет.

Рис. 25. Схема излучателя электромагнитных волн. К вибратору А, имеющему в Б разрыв, подведено от повышающего трансформатора Т высокое напряжение. В искровом промежутке Б проскакивает искра

Читатель, вероятно, уже почувствовал, что эта картина напоминает некоторый колебательный процесс. Существенный шаг вперед, который сделал Максвелл, как раз и состоит в том, что резкое изменение электрического поля (электрический импульс) он стал рассматривать как источник электромагнитного колебания, которое создает в пространстве электромагнитные волны.

Возбуждение электромагнитных волн

Простейший способ возбудить электромагнитные волны — создать электрический разряд. Представим себе металлический стержень с шаром на конце, заряженный положительным электричеством, и другой такой же стержень, заряженный отрицательным электричеством (см. рис. 25). Сблизим стержни настолько, чтобы между ними проскочила искра. Искра — это и есть электрический разряд, кратковременный ток через воздух, он длится тысячные доли секунды. При искровом разряде электрические заряды перескакивают с одного стержня на другой, а потом обратно, меняя направление и величину напряжения в шарах миллионы раз в секунду. Оказывается, что при этом в каждой точке пространства миллионы раз в секунду меняется электрическое и магнитное напряжение. Говорят, что каждая точка пространства получает электромагнитный импульс (толчок), или возбуждение, и это возбуждение распространяется вокруг нашего искрового разрядника, как круги по воде от упавшего камня. Это и есть электромагнитные волны.

Грозовая молния — это тоже искра, но в миллионы раз мощнее лабораторной, это — грандиозный электромагнитный -импульс, источник электромагнитных волн в пространстве.

Рис. 26. Ламповый генератор радиоизлучений — автоколебательный контур с обратной связью

Обычно колебания в описанных излучателях быстро затухают. Что сделать, чтобы они не затухали? Очевидно, то же, что делают, когда хотят, чтобы ритмично, не затухая, колебался маятник или качели: давать им в подходящий момент ритмичные толчки.

Значит, для получения незатухающих электрических колебаний нужны две системы: колеблющийся «маятник» и ритмично действующий «толкач».

В качестве колеблющегося «маятника» мы возьмем «колебательный контур» КК (рис. 26), состоящий из емкости Е и индукционной катушки ИК₁.