赫茲電火花實驗裝置

㈠ 海因里希·魯道夫·赫茲的主要貢獻

赫茲對人類文明作出了很大貢獻，正當人們對他寄以更大期望時，他卻於1894年元旦因血中毒逝世，年僅36歲。為了紀念他的功績，人們用他的名字來命名各種波動頻率的單位，簡稱「赫」。赫茲也是是國際單位制中頻率的單位，它是每秒中的周期性變動重復次數的計量。赫茲的名字來自於德國物理學家海因里希·魯道夫·赫茲。其符號是Hz。電（電壓或電流），有直流和交流之分。在通信應用中，用作信號傳輸的一般都是交流電。呈正弦變化的交流電信號，隨著時間的變化，其幅度時正、時負，以一定的能量和速度向前傳播。通常，我們把上述正弦波幅度在1秒鍾內的重復變化次數稱為信號的「頻率」，用f表示；而把信號波形變化一次所需的時間稱作「周期」，用T表示，以秒為單位。波行進一個周期所經過的距離稱為「波長」，用λ表示，以米為單位。f、T和λ存在如下關系： f=1/T ，v=λ.f ，其中，v是電磁波的傳播速度，等於3x10^8米/秒。頻率的單位是赫茲，簡稱赫，以符號Hz表示。
赫茲（H·Hertz）是德國著名的物理學家，1887年，是他通過實驗證實了電磁波的存在。後人為了紀念他，把「赫茲」定為頻率的單位。常用的頻率單位還有千赫（KHz）、兆赫（MHz）、吉赫（GHz）等。在載帶信息的電信號中，有時會包含多種頻率成分；將所有這些成分在頻率軸上的位置標示出來，並表示出每種成分在功率或電壓上的大小，這就是信號的「頻譜」。它所佔據的頻率范圍就叫做信號的頻帶范圍。例如，在電話通信中，話音信號的頻率范圍是300～3400赫；在調頻(FM）廣播中，聲音的頻率范圍是40赫～15千赫，電視廣播信號的頻率范圍是0～4.2兆赫等。 接觸力學是研究相互接觸的物體之間如何變形的一門學科。赫茲1882年發表了關於接觸力學的著名文章「關於彈性固體的接觸(On the contact of elastic solids)」，赫茲進行這方面研究的初衷是為了理解外力如何導致材料光學性質的改變。為了發展他的理論，赫茲用一個玻璃球放置在一個棱鏡上，他首先觀察到這個系統形成了橢圓形的牛頓環，以此實驗觀察，赫茲假設玻璃球對棱鏡施加的壓力也為橢圓分布。隨後他根據壓力分布計算了玻璃球導致的棱鏡的位移並反算出牛頓環，以此再和實驗觀察對比以檢驗理論的正確性。最後赫茲得到了接觸應力和法向載入力，接觸體的曲率半徑，以及彈性模量之間的關系。赫茲的方程是研究疲勞，摩擦以及任何有接觸體之間相互作用的基本方程。
赫茲接觸理論的主要缺點是沒有考慮兩個接觸體之間的結合力。這一問題在1971年 K. L. Johnson K. Kendall 和 A. D. Roberts解決，他們提出了最後以三人名字命名的JKR接觸理論。JKR理論中他們考慮了材料的表面能效應，由於表面能的存在，相互接觸的固體之間將引進一個結合力，最後根據能量平衡的原理，他們得到一個方程描述接觸應力分布，接觸體曲率半徑，彈性模量以及材料表面能之間的關系。在JKR模型中，當表面能為零時，方程自然過渡到赫茲方程。推導JKR模型的前提之一是，認為兩個接觸體的所有相互作用均發生在接觸半徑之內，後來證明如果採用不同的假設會得到不同的結論。1975年，B.V.Derjaguin, V. M. Muller and Y. P. Toporov等人假設接觸體之間相互作用可以發生在接觸半徑之外，據此假設提出了所謂的DMT模型試圖考慮結合力的影響。根據JKR和DMT模型，會的到不同的（pull-off)分離力（分開兩個接觸體所需要的最大作用力）,這一不同的結果曾引起很多爭論，最後Muller等人指出JKR和DMT模型各有各的應用范圍：JKR模型對大顆粒，高表面能，低彈性模量的材料描述較好。而DMT模型則相反。
由赫茲開創性工作開始，隨後由其他人完善的接觸力學理論是涉及到接觸體的各種科學及工程研究中不可缺少的工具之一。因此赫茲在接觸力學領域所作出的貢獻不應該被他在電磁學領域傑出的成就而忽視。
赫茲的主要貢獻是用實驗證明了電磁波的存在，並測出電磁波傳播的速度跟光速相同，還進一步觀察到電磁波具有聚焦、直進性、反射、折射和偏振等性質。
(1)赫茲證明電磁波存在的實驗
赫茲是亥姆霍茲的學生，在老師的影響和要求下，他深入研究了電磁理論。1879年，德國柏林科學院懸獎征解，向當時科學界徵求對麥克斯韋電磁理論進行實驗驗證，促使年輕的赫茲萌發了進行電磁波實驗的雄心壯志。
赫茲的實驗裝置一部分如。AA′是兩塊40厘米見方的銅板，焊上直徑0.5厘米，長70厘米的銅棒，頭上各接一小銅球，相對放置，球中間留有空隙約0.75厘米。銅球表面仔細磨光，兩棒分別接到感應圈的兩端，當通電時，兩棒之間產生放電，形成振盪。 再取2毫米粗的銅棒做成圓環，半徑為35厘米，如中的B。圓環的空隙f，寬度可用精密螺旋調節，從零點幾毫米調到幾毫米。當放在適當位置時，f間隙會跟隨AA′產生火花放電，火花可長達6-7毫米。B環可圍繞平行於AA′面的法線mn旋轉，旋轉到不同位置，f放電的火花長度不一樣。當f處於a或a′時，完全沒有火花；轉動些許角度，開始會產生火花；轉至b或b′時，火花最大。
(2)赫茲測出電磁波速度
赫茲最有說服力的實驗是直接測出電磁波的傳播速度。他用的裝置如下：導體AA′（赫茲稱之為原導體）在感應圈的激勵下產生電磁波。AA′平面與地板垂直，在圖中赫茲標了一條基線rs，下面是距離標記從離AA′中心點45厘米處計程。
實驗在一間15×14米的大教室進行，在基線的12米內無任何傢具。整個房間遮黑，以便觀察放電火花。次迴路就是那個半徑為35厘米的圓環C或邊長60厘米的方形導線框B。
根據麥克斯韋理論，已經知道這個速度大概是每秒3萬公里，要直接測這樣的速度是十分困難的。赫茲想起了20年前他的老師昆特(Kundt)用駐波測聲速的方法，巧妙地設計了一個方案。他在教室的牆壁上貼了一張4米高，2米寬的鋅箔，並將鋅箔與牆上所有的煤氣管道、水管等聯接，使電磁波在牆壁遭遇反射。前進波和反射波疊加的結果就會組成駐波，。根據波動理論，駐波的節距等於半波長，測出節點的位置就可以知道波長。 赫茲沿基線rs移動探測線圈，果然在不同的位置上火花隙的長度不一樣。有的地方最強，這是波腹；有的地方最弱，甚至沒有火花，這是波節。
根據電容器的振盪理論赫茲算得電磁振盪的周期。從光速就是電磁波的速度的假設和測得的波長也可算出周期，兩者相差大約10%，赫茲證實了電磁波的速度就是光速。
(3)觀察到電磁波有聚焦、直進、反射、折射和偏振現象
為了進一步考察電磁波的性質，赫茲又設計了一系列實驗，其中有聚焦、直進性、反射、折射和偏振。他用2米長的鋅板彎成拋物柱面形，，柱面的焦距大約為12.5厘米。他把發射振子和接收振子分別安在兩塊柱面的焦線上，調整感應圈使發射振子產生電火花。當兩柱面正好面對時，接收振子也會發出火花；位置離開就不產生效果，由此證明電磁波和光波一樣也有聚焦和直進性的性質。赫茲還用1.5米高重500千克的大塊瀝青做成三棱鏡，讓電磁波通過，和光一樣電磁波也發生折射。他測得最小偏向角為22°，三棱鏡的頂角是30°，由此算出瀝青對電磁波的折射率是1.69。他還用"金屬柵"顯示了電磁波的偏振性。
在1888年12月13日向柏林科學院作了題為《論電輻射》的報告，他以充分的實驗證據全面證實了電磁波和光波的同一性。他寫道："我認為這些實驗有力地鏟除了對光、輻射熱和電磁波動之間的同一性的任何懷疑"。
二、發現電子與原子的碰撞規律赫茲科學研究中最出色的工作是他與弗蘭克合作的著名實驗，通過這一實驗證明了當原子受到電子的沖擊激發而發射譜線時，所需要的能量是分立的。這一先驅性的工作，給玻爾的原子量子化模型以決定性的支持。因這一重要發現，赫茲與弗蘭克共獲1925年度的諾貝爾物理學獎。

㈡ 高中物理~~請問關於互感以及赫茲關於電磁波的電火花實驗的關系

互感是靠近的線圈之間電流產生磁場相互影響，並在線圈中產生電流的現象。可以說是磁場直專接的傳播，屬中間沒有磁場變電場再變磁場的環節。單純磁場的作用的距離有限，就像磁鐵，距離長了，對鐵幾乎就沒有什麼吸引力了。
電磁波不需要線圈靠近，而是變化的磁場與變化電場在空間里傳播的現象，產生火花的那個線圈，可以離得很遠，就想咱們的手機，可以離基站很遠都有信號。

㈢ 有知道古列爾莫·馬可尼資料的嗎最好能有他小時候的故事或傳奇經歷。謝謝

21歲的無線通信探索者――馬可尼

馬可尼從小就是一個很有獨立見解和獨創精神的人，當他還是少年時就製作了許多種神奇的裝置，顯示出超人的才華。馬可尼的母親是個愛爾蘭人，父親是富有的義大利商人，小時候他常常隨母親坐船飄洋過海去英國甚至是北美探親訪友。旅途中，當船隻航行在一望無際的大海上時，常常遇到一些意想不到的麻煩，可是又無法和陸地及其他正在航行的船隻取得聯系。於是，他常常想，能不能找到一種通信工具，當船在海上航行時，也能和陸地取得聯系呢？這種想法一直記在他心裡。

1894年，20歲的馬可尼由於一次偶然的機會在一本電磁雜志上讀到一篇介紹赫茲研究電磁波的文章。這篇文章喚醒了馬可尼少年時代的幻想。如果使用電磁波傳遞莫爾斯電碼，不就可以不再被電纜束縛嗎？他說服了父親，並從他那裡得到一切財政支持。於是他開始在義大利波倫亞他父親的庄園里進行無線電報的實驗。

馬可尼依靠自己在發明方面的天份和勤奮的工作，經過一次次電磁波的發送和接收實驗，沒過多久，居然就能在140公尺的距離間進行通信了。這一成功大大增強了馬可尼的信心。經過進一步的改進，到1895年夏天，他在父母住宅的樓頂和1.7公里遠處的山丘之間進行了通信實驗，並取得了成功，這時馬可尼也只有21歲。

馬可尼設計的無線電發報裝置如圖所示，這個裝置很象當年赫茲的實驗裝置。當按下莫爾斯電鍵時，線圈兩端就會產生瞬時高壓，於是兩個金屬小球間就會迸發出電火花，這些火花產生的電磁振盪就會通過天線向外發射電磁波。這種最原始的電磁波發射器後來被稱為「火花振盪器」。

馬可尼的無線電報接收裝置採用了法國物理學家布蘭利的發明成果――粉末檢波器。粉末檢波器有一個很細的玻璃管，管中裝有細小的金屬屑，兩端各有一個電極，當有電磁波傳過來時，在兩端的電極上產生感應電勢，金屬屑會互相吸引而彼此粘結起來。於是檢波器呈導電狀態。粉末檢波器還有一個自動敲擊裝置，在沒有電磁波信號時，金屬屑往往仍保持粘連狀態而不能馬上分離。敲擊裝置能自動敲擊以產生振盪使瓶內的金屬屑得以馬上分開。當粉末檢波器接收到信號而導電，電報機上就有電流流過，並會自動在電報紙上打出莫爾斯電碼的「點」和「劃」來。這樣發射端發出的莫爾斯電碼文就可以在接收端反應出來。