Покоренная плазма - Борис Васильевич Фомин Страница 13

Они расходились в стороны подобно тому, как расходятся круги на воде, когда в нее бросают камень. Пересекая витки вторичной обмотки, эти магнитные силовые линии заставляли свободные электроны двигаться в одну сторону, иными словами, во вторичной цепи возникал ток. Когда же ток в первичной обмотке достигал предела, становясь обычным постоянным током, магнитное поле «замирало», движения магнитных силовых линий не было, и ток во вторичной цепи прекращался.

При размыкании рубильника эффект был тот же, только теперь ток возникал от пересечения «сжимающимися» магнитными линиями.

Если бы Фарадей вместо рубильника поставил, скажем, реостат и, выводя его — уменьшая сопротивление, получал бы в первичной обмотке тот же самый ток, явления электромагнитной индукции он бы не заметил. Маленькая искорка в рубильнике «включала» ток быстро, толчком, и это позволило на миг создавать меняющееся магнитное поле — необходимое условие для проявления электромагнитной индукции.

Так небольшой кусочек плазмы — искра в рубильнике — позволил сделать Майклу Фарадею открытие мирового значения.

Фарадей немало сделал для изучения самих электрических разрядов в газе. Много времени и сил уделил он изучению искрового разряда. Он обнаружил, например, что первая искра проскакивает между электродами при более высоком напряжении, чем вторая, третья, четвертая…

Во времена Фарадея трудно было объяснить этот факт. Сейчас сделать это легко: первая искра сильно ионизирует газ в разрядном промежутке. После нее заряды еще продолжают «жить» нередко в течение нескольких минут; они-то и облегчают следующий искровой пробой.

Чутье Фарадея-ученого подсказывало ему, что электрическим разрядам в газах принадлежит замечательное будущее. Он так и писал: «…Результаты, связанные с различными явлениями положительного и отрицательного разряда, повлияют на теорию электричества сильнее, чем мы теперь думаем…»

Максвелл предсказал — Герц обнаружил

А теперь вернемся с английских островов снова на континент.

Мы в лаборатории немецкого физика Генриха Герца. 1888 год. Герц, не зная усталости, настойчиво изучает электромагнитные явления. Ученый поставил перед собой трудную задачу: на опыте подтвердить положения «Трактата об электричестве и магнетизме», изданного пятнадцатью годами раньше английским физиком Максвеллом.

Джемс Максвелл был необыкновенным ученым. Он не работал в лаборатории, не строил «громовых машин», гальванических батарей, не придумывал опытов, чтобы выманить у природы новые тайны.

Максвелл был ученым-теоретиком. Бумага и перо и, конечно, необыкновенная одаренность и знания — вот его оружие.

Едва Джемсу исполнилось пятнадцать лет, он уже выполнил первую научную работу, «О черчении овалов и об овалах со многими фокусами» — так называлась эта работа. В восемнадцать лет Максвелл был уже вполне сложившимся ученым. Его блестящие выводы, облеченные в безукоризненно четкую математическую форму, поражали всех. Он доказывает, разумеется, по-прежнему с пером и бумагой, что кольца планеты Сатурн, наблюдаемые в телескопы, не сплошные твердые или жидкие массы, а рой метеоритов-спутников.

Но больше всего прославили Максвелла его работы по электричеству. Опираясь на фундамент опытов Фарадея, Томсона и других ученых, он доказал, что любой проводник с переменным током обязательно должен излучать в пространство электромагнитные волны. Эти волны, говорил Максвелл, распространяются с колоссальной скоростью в триста тысяч километров в секунду и представляют собой совокупность электрических и магнитных сил, точнее полей, взаимозависимых и взаимообусловленных. Ученый смело заявлял, что свет также имеет электромагнитную природу.

Если для света есть прозрачные и непрозрачные тела, говорил Максвелл, то и электромагнитные волны через одни тела — дерево, кирпич, фарфор — проходят беспрепятственно, а другими телами, например металлами, отражаются и поглощаются. Максвелл утверждал, что электромагнитные волны обладают энергией.

Свои смелые выводы ученый преподнес в виде стройной системы математических уравнений. Сейчас ими пользуется почти всякий физик; современники же Максвелла встретили его теорию с большим недоверием.

Но Генрих Герц верит Максвеллу и ставит перед собой задачу доказать теорию Максвелла на практике.

После долгих и настойчивых поисков был создан знаменитый вибратор Герца — генератор, излучающий в пространство радиоволны.

По своему устройству прибор этот несложен. Два металлических шара соединены проволокой. В середине проволока разорвана, и в месте разрыва на концы отрезков проволоки насажены два, тоже металлических, шарика. К шарикам через выключатель присоединена электрическая батарея высокого напряжения.

Как в опыте Фарадея «присутствовала» искра, так и в вибраторе Герца без нее обойтись было нельзя. Но если у Фарадея искра была только «свидетельницей», а «стержнем» опыта являлось пересечение магнитными линиями витков вторичной обмотки, то у Герца в искре была заключена вся суть получения, или генерирования, радиоволн.

В чем же заключалась эта основа опыта?

Замкнем рубильник. Между маленькими шариками проскочит искра, потом вторая, третья. Система больших шаров не останется безучастной к этим искрам, она тотчас отзовется на них.

Под воздействием электрического «удара» возникшей искры свободные электроны шаров и соединяющей их проволоки начнут колебаться подобно тому, как колеблется камертон, издавая определенный звук, если по нему ударить молоточком. Только частота колебаний электронов в тысячи раз больше частоты звучания камертона.

Посмотрите на качели. Взлетая вверх и стремительно падая вниз, качели все время имеют меняющуюся скорость движения. Так и электроны в вибраторе Герца. Их общие согласованные колебания, представляющие собой, в сущности, переменный ток, тоже есть не что иное, как «качели», только электронные.

Еще из рассмотренного нами опыта Фарадея мы уяснили, что изменяющийся по величине ток вызывает отпочкование магнитных силовых линий. В вибраторе Герца картина значительно сложнее: здесь «отпочковываются», бегут в пространство не только магнитные, но и электрические силовые линии, они взаимно перпендикулярны и составляют одно целое.

Посмотрите еще раз на вибратор Герца. Если мы силой своего воображения остановим на мгновение бег электромагнитных волн и «проявим» их, сделаем видимыми, то окажется, что магнитные линии «нанизаны» на провод, соединяющий шары, и расположены они перпендикулярно плоскости чертежа, а электрические охватывают большие шары, располагаясь перпендикулярно магнитным линиям, то есть в плоскости чертежа.

Итак, вибратор Герца — это электронный маятник. Обращали вы внимание на стенные часы? Если часы имеют длинный маятник, то колебания его более редкие, чем у часов с коротким маятником. В вибраторе Герца частота колебаний электронов тоже зависит от расстояния между большими шарами: чем больше это расстояние, тем меньше колебаний в каждую секунду успевают совершить электроны. А от этого зависит длина волны — тот путь, который проходит волна за один цикл, за один период колебаний электронов.

Генрих Герц, создавший свой вибратор более семидесяти лет назад, получал радиоволны длиной от шестидесяти сантиметров до десяти метров. Это ультракороткие радиоволны.

Могут спросить: «А как Герц обнаружил электромагнитные волны, излучаемые вибратором? Увидеть их нельзя, а радиоприемник в