时间:2019-02-22 13:13:29编辑:彬帆
1888年,成了近代科学史上的一座里程碑。赫兹的发现具有划时代的意义,它不仅证实了麦克斯韦发现的真理,更重要的是开创了无线电电子技术的新纪元。
随着迈克尔逊在1881年进行的实验和1887年的迈克尔逊-莫雷实验推翻了光以太的存在,赫兹改写了麦克斯韦方程组,将新的发现纳入其中。
通过实验,他证明电信号象詹姆士·麦克斯韦和迈克尔·法拉第预言的那样可以穿越空气,这一理论是发明无线电的基础。
他注意到带电物体当被紫外光照射时会很快失去它的电荷,发现了光电效应,后来由阿尔伯特·爱因斯坦给予解释。
三、光电效应
1、赫兹证明电磁波存在的实验
赫兹是亥姆霍兹的学生,在老师的影响和要求下,他深入研究了电磁理论。1879年,德国柏林科学院悬奖征解,向当时科学界征求对麦克斯韦电磁理论进行实验验证,促使年轻的赫兹萌发了进行电磁波实验的雄心壮志。
赫兹的实验装置一部分如。AA′是两块40厘米见方的铜板,焊上直径0.5厘米,长70厘米的铜棒,头上各接一小铜球,相对放置,球中间留有空隙约0.75厘米。
铜球表面仔细磨光,两棒分别接到感应圈的两端,当通电时,两棒之间产生放电,形成振荡。 再取2毫米粗的铜棒做成圆环,半径为35厘米,如中的B。
圆环的空隙f,宽度可用精密螺旋调节,从零点几毫米调到几毫米。当放在适当位置时,f间隙会跟随AA′产生火花放电,火花可长达6-7毫米。
B环可围绕平行于AA′面的法线mn旋转,旋转到不同位置,f放电的火花长度不一样。当f处于a或a′时,完全没有火花;转动些许角度,开始会产生火花;转至b或b′时,火花最大。
2、赫兹测出电磁波速度
赫兹最有说服力的实验是直接测出电磁波的传播速度。他用的装置如下:导体AA′(赫兹称之为原导体)在感应圈的激励下产生电磁波。AA′平面与地板垂直,在图中赫兹标了一条基线rs,下面是距离标记从离AA′中心点45厘米处计程。
实验在一间15×14米的大教室进行,在基线的12米内无任何家具。整个房间遮黑,以便观察放电火花。次回路就是那个半径为35厘米的圆环C或边长60厘米的方形导线框B。
根据麦克斯韦理论,已经知道这个速度大概是每秒3万公里,要直接测这样的速度是十分困难的。赫兹想起了20年前他的老师昆特(Kundt)用驻波测声速的方法,巧妙地设计了一个方案。
他在教室的墙壁上贴了一张4米高,2米宽的锌箔,并将锌箔与墙上所有的煤气管道、水管等联接,使电磁波在墙壁遭遇反射。前进波和反射波叠加的结果就会组成驻波。
根据波动理论,驻波的节距等于半波长,测出节点的位置就可以知道波长。 赫兹沿基线rs移动探测线圈,果然在不同的位置上火花隙的长度不一样。有的地方最强,这是波腹;有的地方最弱,甚至没有火花,这是波节。
根据电容器的振荡理论赫兹算得电磁振荡的周期。从光速就是电磁波的速度的假设和测得的波长也可算出周期,两者相差大约10%,赫兹证实了电磁波的速度就是光速。
3、观察到电磁波有聚焦、直进、反射、折射和偏振现象