Про­дол­же­ние темы о де­мон­стра­ци­он­ных экс­пе­ри­мен­тах

В об­ла­сти элек­тро­ди­на­ми­ки фран­цуз­ские физики-​теоретики на­ча­ли от­кро­вен­но за­ви­рать­ся и пу­тать­ся в рас­суж­де­ни­ях еще в 20-е годы XIX века, когда при­ня­лись ак­тив­но на­вя­зы­вать всему осталь­но­му миру со­вер­шен­но неправ­до­по­доб­ную мо­дель среды, через ко­то­рую рас­про­стра­ня­ют­ся фи­зи­че­ские вза­и­мо­дей­ствия (све­то­нос­но­го эфира): эфир якобы со­вер­шен­но непо­дви­жен, но при этом сво­бод­но про­хо­дит сквозь фи­зи­че­ские тела и не ока­зы­ва­ет ни­ка­ко­го со­про­тив­ле­ния их дви­же­нию.

За две­сти лет, хал­ту­ря по ме­ло­чам и по­не­мно­гу, уче­ные пре­вра­ти­ли элек­тро­ди­на­ми­ку в ла­би­ринт с мно­же­ством ту­пи­ков и ловушек-​заморочек. В этом ла­би­рин­те они уныло бро­дят из од­но­го ту­пи­ка в дру­гой, а могли бы легко вы­брать­ся из этой су­пер­ло­вуш­ки, если бы до­га­да­лись «про­сту­чать стены» и вы­яс­нить, какие из них – ил­лю­зор­ные.
В связи с этим имеет смысл про­ве­рить «белые пятна», на­при­мер, про­ве­сти экс­пе­ри­мен­ты, ко­то­рые по самой ло­ги­ке из­ло­же­ния ма­те­ри­а­ла долж­ны были быть опи­са­ны в учеб­ни­ках, но почему-​то даже не упо­ми­на­ют­ся.

В пред­ше­ству­ю­щих ста­тьях я пред­ла­гал чи­та­те­лям об­су­дить воз­мож­ность про­ве­де­ния экс­пе­ри­мен­та, де­мон­стри­ру­ю­ще­го из­ме­не­ние сдви­га по фазе между элек­три­че­ской и маг­нит­ной ком­по­нен­та­ми ра­дио­вол­ны.
Те­перь же я пред­ла­гаю об­ду­мать схему более про­сто­го и легче ре­а­ли­зу­е­мо­го экс­пе­ри­мен­та, по­ка­зы­ва­ю­ще­го из­ме­не­ние энер­гии элек­три­че­ской и маг­нит­ной ком­по­нент ра­дио­вол­ны по мере уда­ле­ния от из­лу­ча­те­ля (по­лу­вол­но­во­го виб­ра­то­ра).

Какое обо­ру­до­ва­ние по­тре­бу­ет­ся для про­ве­де­ния экс­пе­ри­мен­та?
Необ­хо­ди­мо, как ми­ни­мум, сле­ду­ю­щее:
- ге­не­ра­тор вы­со­ко­ча­стот­но­го си­ну­со­и­даль­но­го сиг­на­ла;
- по­лу­вол­но­вой виб­ра­тор;
- дат­чик маг­нит­ной ин­дук­ции;
- дат­чик элек­три­че­ской ин­дук­ции;
- пре­об­ра­зо­ва­тель ам­пли­ту­ды вы­со­ко­ча­стот­но­го си­ну­со­и­даль­но­го сиг­на­ла в по­сто­ян­ное на­пря­же­ние;
- муль­ти­метр;
- два ла­бо­ра­тор­ных шта­ти­ва.

Упро­щен­ная схема экс­пе­ри­мен­та по­ка­за­на на ри­сун­ке 1.

Ри­су­нок 1. Упро­щен­ная схема экс­пе­ри­мен­та

В ка­че­стве по­лу­вол­но­во­го виб­ра­то­ра в про­стей­шем слу­чае можно ис­поль­зо­вать, на­при­мер, раз­движ­ную те­ле­ви­зи­он­ную ан­тен­ну.

А что можно ис­поль­зо­вать в ка­че­стве дат­чи­ков?
Что имен­но можно из­ме­рить, ра­бо­тая с вы­со­ко­ча­стот­ным сиг­на­лом?
Из­ме­ре­нию в этом слу­чае под­да­ют­ся не сами по себе на­пря­жен­ность элек­три­че­ско­го поля E и на­пря­жен­ность маг­нит­но­го поля H, и даже не свя­зан­ные с ними чис­ло­вы­ми ко­эф­фи­ци­ен­та­ми элек­три­че­ская ин­дук­ция D и маг­нит­ная ин­дук­ция B, а про­из­вод­ные от этих ве­ли­чин: ско­рость из­ме­не­ния элек­три­че­ской и ско­рость из­ме­не­ния маг­нит­ной ин­дук­ции.

В ка­че­стве про­стей­ше­го дат­чи­ка, ре­а­ги­ру­ю­ще­го на из­ме­не­ние маг­нит­ной ин­дук­ции B, можно ис­поль­зо­вать про­во­лоч­ную рамку (ри­су­нок 2), а в ка­че­стве дат­чи­ка, ре­а­ги­ру­ю­ще­го на из­ме­не­ние элек­три­че­ской ин­дук­ции D – плос­кий кон­ден­са­тор, ко­то­рый можно из­го­то­вить, на­при­мер, из фоль­ги­ро­ван­но­го с двух сто­рон стек­ло­тек­сто­ли­та (ри­су­нок 3).

 
Ри­су­нок 2. Про­во­лоч­ная рамка

 
Ри­су­нок 3. Стек­ло­тек­сто­лит фоль­ги­ро­ван­ный

Дат­чи­ки можно ис­поль­зо­вать по­оче­ред­но, про­ве­дя из­ме­ре­ния вна­ча­ле одной, а затем – дру­гой ве­ли­чи­ны.

Здесь, по­жа­луй, сле­ду­ет об­ра­тить вни­ма­ние на то, что рамка в ка­че­стве дат­чи­ка из­ме­не­ния маг­нит­ной ин­дук­ции в учеб­ни­ках ино­гда упо­ми­на­ет­ся, а плос­кий кон­ден­са­тор в роли дат­чи­ка для из­ме­не­ния элек­три­че­ской ин­дук­ции почему-​то не упо­ми­на­ет­ся со­всем.

В дан­ном экс­пе­ри­мен­те необ­хо­ди­мо обес­пе­чить сво­бод­ное про­стран­ство во­круг экс­пе­ри­мен­таль­ной уста­нов­ки, то есть и антенна-​излучатель, и дат­чик долж­ны быть уста­нов­ле­ны на де­ре­вян­ные или пласт­мас­со­вые ла­бо­ра­тор­ные шта­ти­вы.
Пре­об­ра­зо­ва­тель ам­пли­ту­ды си­ну­со­и­даль­но­го сиг­на­ла в по­сто­ян­ное на­пря­же­ние дол­жен быть уста­нов­лен на шта­ти­ве рядом с дат­чи­ком.

Необ­хо­ди­мо иметь воз­мож­ность из­ме­нять рас­сто­я­ние между из­лу­ча­те­лем и дат­чи­ка­ми: в про­стей­шем слу­чае – путем пе­ре­ста­нов­ки од­но­го из шта­ти­вов на дру­гое место.

Тело че­ло­ве­ка спо­соб­но по­гло­щать и от­ра­жать ра­дио­вол­ны.
В мо­мент из­ме­ре­ния по­ка­за­ний дат­чи­ка че­ло­век, про­во­дя­щий экс­пе­ри­мент, дол­жен на­хо­дить­ся от из­лу­ча­те­ля и от дат­чи­ка на неко­то­ром рас­сто­я­нии. Как опре­де­лить ми­ни­маль­но до­пу­сти­мое рас­сто­я­ние? За­ви­сит ли оно от длины волны?