> Энциклопедический словарь Гранат, страница > Электропроводность верхних слоев атмосферы имеет чрезвычайно существенное значение для распространение электромагнитных волн

Электропроводность верхних слоев атмосферы имеет чрезвычайно существенное значение для распространение электромагнитных волн

Электропроводность верхних слоев атмосферы имеет черезвычайно существенное значение для распространения электромагнитных волн, применяемых в радиотехнике, на большие расстояния вдоль земной поверхности. Проводящие слои воздуха отражают эти волны примерно так же, как и земная поверхность; и вместо того, чтобы уноеиться в мировое пространство, радио-волны, запертые между поверхностью земного шара и его воздушным чехлом, огибают землю без заметного ослабления. Т. обр., между самыми короткими и самыми длинными электромагнитными волнами существует весьма своеобразная связь; а именно: первые (ультрафиолетовые и космические лучи) способствуют распространению вторых (радио-волны) вдоль земной поверхности. Необходимо отметить, что в положении „наибольшего благоприятствования“ находятся так называется „короткие“ радиоволны от 40 и примерно до 8 метров-Более длинные волны проходят через ионизованные слои атмосферы беспрепятственно; более короткие, наоборот, поглощаются в них; и лишь волны, длина которых лежит в указанном интервале, возвращаются обратно к земной поверхности.

Источником электромагнитных волн служит колебательное движение электрических зарядов. В случае радиоволн это колебательное движение осуществляется в форме переменных электрических токов высокой частоты примерно от 1 и до 100 миллионов колебаний в секунду. Возможность подобных колебаний, еще до открытия сопровождающего их „электромагнитного излучения“, была установлена теоретически В. Томсоном (лорд Кельвин). Томсон исходил при этом из схемы, изображенной на рисунке 19, то есть конденсатора, обкладки которого соединены друг с другом с наружной стороны проволокой. Последняя для увеличения самоиндукции обычно закручивается в спираль {соленоид), так что предыдущая схема принимает вид, изображенный на рисунке 21. Разрядка конденсатора осуществляется, как мы уже видели, в форме электрического тока, который.

однако, це прекращается в тот момент, когда конденсатор совершенно разрядился, но продолжает течь по инерции (то есть благодаря самоиндукции), перезаряжая конденсатор и в результате постепенно ослабевая до тех пор, пока конденсатор не зарядится до (приблизительно) первоначальной разности потенциалов, но в противоположном смысле. Затем ток начинает течь в обратную сторону до тех пор, пока конденсатор вновь не перезарядится и таким образом вернется в исходное состояние. При этом сила тока достигает максимума в тот момент, когда заряд обкладок конденсатора обращается в нуль.

Происходящие таким образом электрические колебания совершенно аналогичны колебательному движению груза, подвешенного на пружине, если вывести его из равновесия (путемтолчка или изменения длины пружины). Заряжению или перезаряжению конденсатора соответствует сжатие или растяжение пружины, а силе тока—скорость движения груза. Колебания груза можно рассматривать как непрерывное превращение его потенциальной энергии в кинетическую и обратно. Точно так же электрические колебания рассматриваемого нами типа можно трактовать как непрерывный переход электрической энергии конденсатора в магнитную энергию токаи обратно. Электриче- ская энергия (играющая в этом случае роль потенциальной) может быть выражена через заряд одной из обклае2

док е и емкость С формулой U= амагнитная—через силу тока г и коэффициент самоиндукции L формулой

Хг2. Приравнивая друг к другумаксимальные значения этих энергийео2 1 Т О

и,/ L v и принимая во внимание,

1 de

что в силу соотношения г — —

ш 2-f 2-

ео — ео— с ей — t е0,

гд /—частота колебаний, α= -

длина соответствующих электромагнитных волн (смотрите ниже), мы получаем следующую формулу (впервые выведенную Томсоном):

1 с _

~~ 2- у/сь

ИЛИ

Х=2~s/Ul. (8)

В этих Формулах емкость и самоиндукция выражены соответственно в электрических и электромагнитных единицах, то есть в сантиметрах, так что длина волны×также получается в сантиметрах. Обычно С и L имеют тот же порядок величины, как и линейные размеры проводника (поскольку форма последнего не выбрана нарочитг таким образом, чтобы по возможности увеличить значения С и L). При таких условиях длина электромагнитных волн, излучаемых полупроводником при наличии электрических колебаний, должна быть также близка к его линейным размерам.

Колебание груза, подвешенного на. пружине, является прототипом колебательного движения, которое способны совершать все решительно упругие тела—струны, стержни, пластинки и так далее, вообще тела любой формы я размеров. В этом случае роли пружины и груза оказываются совмещенными в одном и том же теле (им может быть, в частности, пружина, лишенная дополнительного груза, помимо своей собственной массы).

Аналогичным образом электрические колебания описанного выше типа могут происходить в любом металлическом теле, без дополнительной самоиндукции в виде соленоида и дополнительной емкости в виде конденсатора, каковы бы ни были его размеры и форма. При этом, так же-как и в случае упругих колебаний, частота их оказывается тем больше, чем меньше линейные размеры тела. Необходимо отметить, что в обоих случаях могут иметь место колебания различных частот. В простейшем случае струны или длинного провода эти частоты находятся друг к другу в отношении ряда целых чисел 1:2:3-и так далее, образуя основной тон, или основное колебание (самое медленное), и верхние дополнительные колебания (или обертоны).

Таким образом, всякое металлическое тело способно совершать, на ряду с упругими колебаниями, воспринимаемыми в форме звука, электрические колебания, не воспринимаемые непосредственно, но являющиеся по-существу не чем иным, как невидимым светом черезвычайно большой, длины волны. Длина электромагнитных волн, испускаемых подобным: „святящимся“, то есть электрически вибрирующим телом, приблизительно совпадает с длиной звуковых волн, соответствующих упругим колебаниям этого тела, и в случае основного колебания сравнима с его линейными размерами.. Так, например, основному колебанию металлического провода, как; упругому (звуковому), так и электрическому (световому), соответствует длина волны (звуковой или электромагнитной), ровно вдвое большая его собственной длины. Это соотношение объясняется тем, что в обоих случаях концы провода .являются „узловыми“ точками (в которых амплитуда колебаний равна нулю) и что расстояние между двумя соседними узлами равняется половине длины волны.

При данной длине волны×частота колебаний, то есть число колебаний в секунду f, тем больше, чем больше скорость их распространения; последняя может быть определена как произведение f на Принимая во внимание, что скорость звука (т.-е-скорость распространения упругих колебаний) измеряется .несколькими сотнями метров или максимум несколькими километрами в секунду, и огда как скорость света (электромагнитных волн) равна 300.000 км в секунду, мы приходим к заключению, что у одного и того же (металлического) тела частота электрических (световых) колебаний должна быть примерно в 100 тысяч раз больше, чем частота колебаний звуковых. Так, например, в случае проволоки в 1 метр длиной мы должны получить, при длине волны в 2 метра, звуковые колебания с частотой порядка 1.000 и „световые“ колебания с частотой порядка 100 миллионов в секунду.

„Звучание“ упругого тела может быть вызвано простым толчком или ударом. При этом колебательное движение тела быстро замирает или, как говорится, „затухает“, отчасти вследствие „излучения“ его энергии в виде звуковых волн, распространяющихся в окружающем воздухе, отчасти же вследствие превращения этой энергии в теплоту (нагревание). Аналогичным образом невидимое „свечение“ металлического тела может быть вызвано особым „электрическим толчком“, причем колебательное движение, образующее сущность этого свечения, черезвычайно быстро затухает, частью благодаря излучению энергии в окружающее пространство („эфир“) в виде электромагнитных волн, частью же вследствие превращения ее в тепловую энергию (тепловое действие тока, щжаулево тепло).