Инж. А. Н. ПОПОВ.
Сейчас мы рассмотрим наиболее распространенную иллюстрацию явления излучения, именно при помощи силовых линий электрического поля.
Мы уже достаточно выяснили, как изображается поле посредством этих линий: движущемуся электрическому полю должны соответствовать движущиеся силовые линии. До сих пор мы разбирали только явления, где силовые линии идут от одного наэлектризованного тела к другому (линии между двумя шарами, из которых один обладает избытком электронов, а другой — их недостатком, линии одиночного провода, натянутого над землей и т. п.). Очевидно, что в свободной электромагнитной волне силовые линии не могут быть связаны ни с каким телом: они должны быть свободны и нестись в пространстве со скоростью света.
С другой стороны, антенна, источник, центр волнового возмущения в эфире как раз и должен порождать эти силовые линии. Мы знаем, что любой проводник, при прохождении по нем тока, создает около себя силовые линии, однако такие, что они всегда связаны с ним. С этой точки зрения, излучение состоит в том, что часть силовых линий отделяется, как говорят «отшнуровывается» от проводника и уходит в пространство. Очевидно, что излучающим проводником будет всякий проводник, от которого силовые линии могут отделяться.
Перейдем к самому графическому изображению. Классические опыты Герца по излучению производились не с заземленным приводом, о котором мы говорили до сих пор, а с проводником, показанном на рис. 1. По внешнему виду здесь трудно узнать современную длинноволновую антенну, однако, явления, происходящие в этом вибраторе, по существу те же, что и разобранные нами. Куски прямолинейного проводника дают распределенную самоиндукцию, а недостаточная емкость их увеличивается приделанными на концах шарами. Эдс (электродвижущая сила) подведена посредине. Если мы забудем на время про нижнюю половину вибратора и представим себе, что ливни тока от верхней части могут как-то замыкаться на себя, то станет ясно, что одна половина вибратора аналогична вертикальному заземленному проводу. Распределение напряжения по ней будет то же самое (см. рис. 2). Те же рассуждения можно приложить и к нижней половине, причем, однако, нужно помнить, что электричества на двух половинах будут всегда противоположны по знаку, а следовательно и напряжения будут направлены в противоположные стороны (рис. 2). Сила тока будет одного знака в обеих половинах. Последнее легко уяснить себе, взглянувши на рис. 3. Эдс высокой частоты мы можем заменить мгновенным элементом постоянного тока. Далее, так как ток проводимости в вибраторе замыкается током смещения в окружающем диэлектрике, мы можем таковые линии диэлектрика свести к одной трубке, по которой движутся электроны (пунктир). Круговое движение электронов понятно без пояснений. Как видим, в вибраторе они движутся в одном направлении.
Рассматривая рис. 2 легко заметить, что на нашем вибраторе укладывается полволны напряжения и тока. Заземленный провод представляет собой вибратор Герца с отрезанной нижней половиной. Вот почему герцевский вибратор называют симметричным, а о заземленном проводе, — простейшей антенне, — часто говорят как о несимметричном вибраторе.
Чтобы еще больше привести в порядок наши представления, проследим, как путем простых рассуждений можно перейти от однопроводной линии к симметричному вибратору.
Мы говорили (см. «Р. В.» № 8), что обратным проводом для однопроводной линии служит земля. Само собой ясно, что по ней идет ток проводимости: ток же смещения находит путь через воздух. Сделаем допущение, что ток проводимости в земле идет непосредственно под линией и захватывает сечение, равное сечению провода. Иными словами: представим себе, что у нас имеется обратный провод, сделанный из земли. Тогда схему рис 4а легко заменить рис 4b, разогнувши провода (рис. 4b), мы получим симметричный вибратор (рис. 4с).
Картина появления, движения и отшнуровывания силовых линий была впервые вычислена и начерчена Герцем именно для симметричного вибратора, изображенного на рис. 5а. (Отрезок АВ; эдс посредине в точке О). Проследим эту картину, начиная с момента появления напряжения на вибраторе. Положим, что нижней половине вибратора сообщается избыток электронов, а в верхней получается их недостаток (вверху +, внизу —). Тогда силовые линии электрического поля будут направлены сверху вниз, как показано стрелками на рис. 5b (дана картина их по прошествии ¼ периода колебаний; пунктиром обведена область, на которую распространилось возмущение). Дальше, с течением времени, эти силовые линии будут отодвигаться от вибратора, выпучиваться (рис. 5с) и, вместе с тем, вследствие уменьшения напряжения, концы их будут сдвигаться к центру вибратора (рис. 5d). По прошествии полпериода силовых линий на вибраторе снова не будет, а вышедшие в пространство линии сомкнутся своими концами и образуют отшнуровавшееся поле (рис. 5е).
Далее, система этих «бобов» будет уноситься от вибратора, и на нем начнется образование новых линий, только противоположного тока (рис. 5f, пунктирные линии). Рис. 5g и h понятны без пояснений.
Две волны, посланные вибратором в пространство, будут выглядеть, как показано на рис. 6. Здесь ясно видна сферическая волна, о которой мы раньше говорили. Кроме того, можно увидеть и замороженную синусоиду Е, с которой мы начали определение электромагнитной волны (см. «Р. В.» №7, рис. 3). Действительно, наибольшая густота силовых линий (точки с + и — на рис. 6) соответствует горбам синусоиды, а нули ее здесь видны как чистые кусочки. Точки, обозначенные ⊕ — это положительные макушки, ⊙ — отрицательные.
Картину излучения вертикального заземленного провода мы получим, если отрежем нижнюю половину рис. 6.
Заметим кстати, что приведенная иллюстрация касается только отделяющихся линий. Она ничего не говорит про линии, связанные с вибратором. А мы знаем, что они имеются и также совершают движения в соседней около вибратора области, не отделяясь от него.
Разобранный симметричный вибратор далек от длинноволновых антенн, однако им часто пользуются при очень коротких волнах.
1) См. "Р. В". № 9.
2) Так в тексте. Правильно должно быть: (330/435) м = 0,76 м — см. исходные данные из условия (примечание составителя).
