Но что такое лейденская банка?
Ведь это конденсатор, т. е. собиратель, сгуститель электричества, — тот удивительный сосуд, которым увлекались еще Ломоносов и Рихман.
Выходит, что цепь, состоящая из конденсатора, присоединенного к индукционной катушке (спираль в опыте Сазара), при пропускании через нее тока способна создавать электрические колебания — «электрический маятник». Все это Герц хорошо знал, так же как и математическую теорию электрических колебаний, разработанную знаменитым английским физиком Вильямом Томсоном.
И вот в 1886 году Герц взял два медных стержня толщиной в 5 миллиметров, по концам их насадил по одному маленькому (диаметром в 3 сантиметра) и одному большому шару (диаметром в 30 сантиметров). Эти стержни он укрепил вертикально на одной прямой линии, расположив маленькие шары вблизи друг друга, на расстоянии в 7 миллиметров. Между большими шарами (их центрами) расстояние было равным примерно 1 метру. К стержням около маленьких шаров Герц присоединил концы вторичной обмотки катушки Румкорфа. Этот аппарат Герц назвал вибратором, то есть источником колебаний, или излучателем электромагнитных волн.
В промежутке между маленькими шарами проскакивали искры, получаемые при помощи катушки Румкорфа. От этого в окружающую среду излучались электромагнитные волны. Герц так подобрал размеры частей своего аппарата, что время одного колебания в цепи вибратора составляло одну шестидесятимиллионную долю секунды. При этом возникали волны длиной в 5 метров. Но как поймать эту электромагнитную волну? Как обнаружить ее существование?
Учитель Герца, великий физик Гельмгольц, сделал много ценных исследований в учении о звуке. Знакомство с этими работами помогло Герцу решить и вторую часть задачи.
Схема опыта Герца.
Волны в воздухе и на веревке.
Звук, как и свет, отражается от поверхности, на которую он падает. Этим объясняется, например, такое явление, как эхо.
Герц знал также, что несколько звуковых или световых волн, распространяясь по одному и тому же направлению, взаимодействуют между собой. Из сложения нескольких волн может быть получена одна волна, это колебаний на передвигаемой ленте, явление сложения волн называется интерференцией. Если у двух волн совпадают их гребни, то в результате сложения получается волна еще более высокая.
Маятник вырисовывает кривую своих колебаний на передвигаемой ленте
В том случае, когда по одному направлению распространяются две волны — одна движется вперед, а другая, отраженная, движется назад, — могут возникнуть особого рода стоячие волны. Такие волны легко получить, если взять длинную веревку, укрепить ее на одном конце, а по другому послать толчок. Возникшая на веревке волна побежит к упору и отразится от него. Если посылать по веревке такие толчки один за другим, то в результате взаимодействия прямых воли, идущих к упору, и встречных, отраженных волн возникнут стоячие волны.
В так называемых узлах взаимодействующие волны как бы уничтожают друг друга. Наоборот, в других местах, называемых пучностями, проявляется наибольший результат взаимодействия прямой и отражённой волн.
Вспомним еще одно явление. Если взять два одинаковых камертона и заставить звучать один из них, то и второй камертон, расположенный невдалеке, тоже начнет звучать, как бы откликаясь. Это явление резонанса.
Исходя из этих явлений, Герц рассчитал, что приемником — резонатором для электрических лучей — может служить кусок проволоки, согнутый по кругу диаметром в 70 сантиметров. В одном месте это проволочное кольцо было перерезано — для образования искрового промежутка.
На расстоянии 13 метров от излучателя волн Герц установил вертикальную металлическую стенку для отражения электромагнитных волн. Затем он включил источник тока и начал исследовать пространство между местом колебательного разряда и металлической стенкой.
Почему именно так поступал Герц?
I Период
Кривые колебаний разных маятников. Первая кривая—затухающие колебания; вторая—незатухающие колебания той же частоты; третья кривая изображает затухающие колебания частоты, вдвое большей, чем в первых кривых.
Он хотел обнаружить электромагнитную волну с длиной в 5 метров, образуемую колебательным разрядом от больших шаров. На взятом промежутке этого вполне можно было достигнуть. Кроме того, Герц стремился доказать, что электромагнитные волны, как и звуковые, при отражении взаимодействуют между собой (прямая с отраженной) и при этом возникают стоячие волны с узлами и пучностями.
И действительно, когда Герц перемещал свой резонатор вдоль воображаемого направления волны, то только в строго определенных местах в резонаторе проскакивали искры. При перемещении резонатора вправо и влево искр не было заметно. В первом случае резонатор оказывался в местах пучностей, а во втором — в узлах стоячих волн.
Этими прекрасными
опытами Герц доказал существование стоячих электромагнитных волн, а вместе с тем также и то, что эти волны действительно распространяются со скоростью света.
Дальнейшими опытами Герц доказал сходство свойств световых лучей и «лучей электрических» (так вначале Герц называл электромагнитные волны). Свои опыты над электрическими лучами он выполнял на приборах, похожих на те, с помощью которых демонстрируют свойства световых лучей.
В ряде опытов Герц применял отражательные поверхности из металлических стенок, и при этом электрические лучи подчинялись общеизвестному закону оптики (угол падения равен углу отражения) и, отражаясь, вызывали в резонаторе искру.
Наконец, Герц пропускал электрические лучи через трехгранную смоляную призму, и лучи при этом преломлялись. Он заметил, что электрические лучи легко проходили через деревянные стены и двери и вообще через непроводники электричества (диэлектрики). Электрические лучи проходили и через очень тонкие листочки металлов.
Опыты Герца были воспроизведены во многих научных лабораториях. Теперь уже никто не сомневался в том, что взгляды Фарадея—Максвелла правильны.
Несколько позже (в 1890 году) французский физик Эдуард Бранли, изучая опыты Герца, сделал одно важное открытие. Он заметил, что под влиянием электрических лучей резко изменяется сопротивление металлических опилок.
Он насыпал металлические опилки в стеклянную трубку. Через пробки, закрывавшие трубку с обоих концов, внутрь были пропущены концы медных проволок, соединенных с гальванической батареей. В эту же цепь он включил и гальванометр. Однако гальванометр никакого тока в цепи не обнаруживал; очевидно, столбик металлических опилок при обычных условиях имеет громадное сопротивление. Но лишь только начал работать герцевский излучатель волн, установленный в другом койне лаборатории, как в цепи сразу же появился ток и стрелка сдвинулась с нуля.
Бранли правильно заключил, что электрические лучи, или электрические волны, падая на трубку с металлическими опилками, вызывают образование как бы мостиков между отдельными опилками и сопротивление всего столбика опилок резко уменьшается. Если слегка ударить по трубке, то установившиеся под действием электрических лучей проводящие мостики разрушаются, и ток батареи прекращается; сопротивление опилок снова становится очень большим».
С приборами Бранли оказалось гораздо легче повторять интереснейшие опыты Герца.
Александр Степанович положил на карниз доски тряпку и мел. Он осторожно достал из кармана носовой платок и стал стряхивать с себя меловые пылинки. В классе было тихо.
— У меня в лаборатории минной школы, — сказал Александр Степанович, — можно воспроизвести опыты Герца. Те, кому это интересно, могут меня навестить.
Покинув аудиторию, Александр Степанович прошел из класса к вешалке, накинул на себя плохонькую, мало защищавшую от морозного ветра шубу и вышел на улицу.
Лекция оказалась полезной не только для слушателей, но и для лектора. У Александра Степановича возникла какая-то новая мысль...
Электричество и электротехника так глубоко захватили этого человека, что только ими и жил молодой русский ученый.
Александр Степанович неторопливо шел по морозным улицам Кронштадта, не чувствуя холода. Мысли его безостановочно вращались вокруг все той же оси — вокруг опытов Герца.
Александра Степановича мучила загадка, которую оставил великий физик.
В одном из журналов, в статье, посвященной значению опытов Герца, было рассказано, что когда мюнхенский инженер Губер еще в 1889 году предложил Герцу использовать открытые им электрические лучи для целей телеграфной связи без проводов, великий физик не только не поддержал автора предложения, но даже постарался разубедить его в возможности этого.
В то же время знаменитый английский физик Вильям Крукс напечатал статью, в которой высказывал твердую уверенность в возможности подобного применения открытых Герцем электрических лучей. Крукс указывал, что такой вывод убедительно подсказывал доклад и опыты другого английского физика, Оливера Лоджа. Эти опыты, с целью подтверждения взглядов Фарадея—Максвелла, Лодж вел независимо от Герца и в 1889 году демонстрировал их в Королевском институте.
«Время телеграфа без проводов наступило! Это не мечта фантазирующего ученого или философа,—писал Крукс. — Мы можем ежедневно ожидать превращения этой мечты в реальность».
«Как все это связать?—спрашивал себя Александр Степанович.—Можно ли не верить Герцу и верить Круксу? Ученые осуждают Крукса за его позорные для физика увлечения духами и спиритическими фокусами. Но в данном случае утверждениям Крукса хочется верить...
Почему бы действительно такой мечте не стать реальностью? Какое огромное значение могла бы иметь для человечества связь без проводов, при помощи электрических лучей!
...Далеко в море, где плавает судно, куда лишь за много дней может добраться самая быстролетная птица, туда со скоростью света легко прибежит электрический луч беспроволочного телеграфа... Корабль больше не будет оторван от всего мира».
