По страницам старых публикаций

 

В 1988 г. исполнилось сто лет со времени опубликования знаменитых трудов Генриха Рудольфа Герца, в которых он экпериментально доказал справедливость теории электромагнетизма

, созданной Д, К. Максваллом, и показал возможности возбуждения электромагнитных волн радиочастот той же физической природы, что и световые волны.

История этих работ такова. В 1879 г. Берлинская Академия установила премию за экспериментальное доказательство возможности возбуждения магнитных полей переменными электрическими полями, т. е. предлагалось доказать физическую реальность токов смещения. Этот процесс лежит в основе возбуждения электромагнитных волн с помощью устройств, в которых происходят электрические колебания тока. Теория Максвелла, опубликованная им в его замечательном „Трактате об электричестве и магнитизме“ в 1873 г., представляла собой блестящее обобщение результатов исследований М. Фарадея, показавшего реальность существования электрических и магнитных полей и их динамическое взаимодействие. Теория Максвелла описывает все основные закономерности электромагнитных явлений с помощью системы фундаментальных уравнений. Принципиально новым элементом этой теории являлось утверждение, что переменные электрические поля создают соответствующие магнитные поля подобно электрическим токам, получившим название токов смещения. Тем самым в уравнение Максвелла было введено представление о непрерывности электрических токов и обязательной замкнутости их цепей.

Вот это-то новое положение и вызывало наибольшие сомнения, и без его убедительного подтверждения справедливость теории Максвелла в то время представлялась недоказанной. По-этому однозначный ответ на вопрос, поставленный Берлинской Академией, имел принципиальное значение.

Генрих Рудольф Герц, бывший в те годы профессором политехникума в Карлсруэ, приступив к изучению поставленных задач, с исключительной проницательностью понял, что только с помощью достаточно быстрых

электрических колебаний он сможет получить ощутимые эффекты — возбудить и обнаружить электромагнитные волны, распространяющиеся со скоростью света, возможность существования которых вытекала из уравнений Максвелла. А доказательство возможности возбуждения поперечных электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью свата, полностью подтвердило бы существование токов смещения и вообще всей электромагнитной теории Максвелла.

Используя тот факт, что искровой разряд заряженной емкости и искры, возбуждаемые индукционной катушкой Румкорфа, имеют колебательный характер, частота колебаний которого определяется электрическими параметрами цепи разряда, Герц создает устройство, названное им вибратором. С его помощью ему удается получать цуги электрических колебаний с частотой порядка сотни миллионов колебаний в секунду и соответственно возбуждать электромагнитное излучение с длиной волны порядка единиц метров.

В качестве индикатора возбуждаемого электромагнитного излучения Герц использует кольцевой проволочный резонатор с маленьким искровым промежутком и по возникновению искрового разряда и его интенсивности определяет существование и относительную амплитуду электромагиитных полей в точке, где находится этот резонатор.

В 1888 г. с помощью созданного им излучателя и индикатора Герц проводит опыты, которые неопровержимо показали существовании электромагнитных волн, возбуждаемых электрическими колебаниями и распространяющихся со скоростью света в свободном пространстве (в воздухе).

Вибратор (диполь) осциллятора(а) и резонатора (б) Г. Герца.

Здесь не место рассказывать подробно о том, как Герц проводил свои опыты, как он истолковывал получаемые данные и разрешал возникавшие у наго сомнения. Все это содержится в двух замечательных статьях „О скорости раслространенияя электродинамических действий“ и „Об электродинамических волнах в воздухе и об их отражании“, опубликованных Горцем в 1888 г. в одном из ведущих немецких физических журналов ("Wiademanische Annalan", том 34|. (Перевод второй из указанных статей опубликован в сборнике «50 лет волн Герца».— М.-Л.; Изд-во АН СССР, 1938; и в сборника «Из предыстории радио».— М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1943.)

В декабре 1888 г. Герц доложил об этих результатах Берлинской Академии. Дальнейшие работы Герца подтвердили и уточнили эти основополагающие исследования, а теоретическая работа Герца по развитию теории Максвалла применительно к расчету процесса возбуждения электромагнитных волн дала исчерпывающую картину процесса излучения радиоволн, возбуждаемых элементарным вибратором.

В 1888 г. Герцу исполнился 31 год. К этому времени он уже провел ряд блестящих экспериментальных исследований электрических колебательных процессов. Им было впервые обнаружено влияние ультрафиолетового излучания на протекание электрического разряда — явление, которое он не стал более подробно изучать. Это было открытие фотоэффекта — эффекта вырывания электронов с поверхности металлов квантами света.

Работы же по изучению возбуждения и распространения волн, которые Герц продолжал и дальше, привели его к убедительному доказательству элактромагнитной природы света и стали триумфом максвелловской теории электромагнитных явлений и ее дальнейшим развитием.

Отсутствие чувствительных индикаторов электромагниных волн ограничило пространственные масштабы исследованных Герцем волновых процессов, но тем не менее ему удалось показать поперечность возбуждаемых электромагнитных волн, способность их к преломлению в соответствующих средах, возможность фокусировки с помощью рефлекторных устройств и ряд других принципиальных свойств этого типа электромагнитного излучения.

Физики всего мира начали воспроизводить опыты Герца и везде говорили и писали о «волнах Герца». Начались интенсивные поиски чувствительных индикаторов этих воли. Вскоре был изобретен „Когерер Бранли“, в котором использовалось свойство металлических порошков изменять свое омическое сопротивление под влиянием электромагнитного излучения. А дальше работы физиков А.Риги, Лоджа и нашего соотечественника А.С. Попова привели к зарождению радиотехники. Но при этом следует подчеркнуть, что еще много лет во всех и физических экспериментах. и практических применениях электромагнитных волн для сигнализации и связи основой для изучения служил «вибратор Герца», а разработанные Герцем методы расчета и сейчас лежат в основе всех расчетов излучающих радиоустройств.

Генрих Рудольф Герц умер в 1894 г. Ему было всего 37 лет. Но даже за свою короткую жизнь он сделал очень много. Его именем названа единица частоты, герц — одно колебание в секунду. Введенная им при расчете электромагнитных полей специальная векторная величина получила название «вектор Герцам и постоянно используется при расчетах излучающих систем, а также в теории распространения радиоволн. А «волны Герца», получившие в дальнейшем название радиоволн, являются одной из важных составляющих жизни современного человечества.

В. Мигулин. член-корреспондент АН СССР