Vài nét tiêu biểu Thí nghiệm của Hertz về sóng điện từ

1.2.1 Vài nét tiêu biểu

Heinrich Rudolph Hertz, nhà vật lý học người Đức, người có cơng tìm ra sóng điện từ và hiệu ứng quang điện, sinh tại Hamburg ngày 22-2-1857. Đầu tiên,
ông học tại trường Đại học Tổng hợp Berlin, là học trò xuất sắc của nhà bác học Helmholtz. Hertz nghiên cứu về tĩnh điện học và điện từ, góp phần to lớn vào việc
chế tạo ra máy vô tuyến điện. Năm 1887, ông công bố về những bài báo về những dao động điện rất nhanh.
Hertz chế tạo một máy phát dao động điện cao tần, gọi là bộ rung Hertz và một bộ cộng hưởng để phát hiện những dao động điện đó. Với thiết bị như trên, ơng
xác lập được q trình cảm ứng và tương tác của các mạch điện. Năm 1888, ông đã thu được sóng điện từ đầu tiên như thuyết Maxwell tiên
đốn và đã chứng minh rằng sóng điện từ đồng nhất với sóng ánh sáng, rằng sự di chuyển của ánh sáng và điện cùng nhanh như nhau và các tia Cathode có thể xuyên
qua những tấm ván hay những tấm nhôm mỏng. Năm 1889, Hertz trở thành giáo sư tại trường Đại học Bonn. Năm 1891, ông
đã tổng kết những cơng trình của mình, khẳng định những lý thuyết của Maxwell. Ông cũng đã khám phá ra nhiều tính chất của ánh sáng tử ngoại, nghiên cứu điện
động lực các môi trường chuyển động, chế tạo ra các dao động tử hở. Kết quả của các cơng trình nghiên cứu của Hertz đều được ghi chép và tập hợp lại trong 3 tập kỷ
yếu sau: Tạp tuyển, Nghiên cứu về sự lan truyền của các lực điện và Nguyên lý cơ học.
Ông mất ở Bonn ngày 1-1-1894, mới có 37 tuổi. Để ghi nhớ cơng lao của Hertz, người ta đã dùng tên ông để đặt cho đơn vị tần số.

1.2.2 Thí nghiệm của Hertz về sóng điện từ

Hình 1.3. Thí nghiệm hertz về sóng điện từ
Nối một nguồn xoay chiều cao tần vào hai đầu của hai ống dây tự cảm L và L’, hai đầu còn lại của L và L’ nối với hai thanh kim loại có hai quả cầu kim loại
A,B khá gần nhau. Khi điều chỉnh hiệu điện thế và khoảng cách giữa A , B sao cho có hiện tượng phóng điện giữa A, B thì tại mọi điểm trong khơng gian lân cận A và
B đều có một cặp vectơ cường độ điện trường và cường độ từ trường biến thiên theo thời gian.
Sự tạo thành sóng điện từ:
Hình 1.4. Sóng điện từ tự do
Kết quả thí nghiệm của Hertz được giải thích bằng hai luận điểm của Maxwell. Khi có sự phóng điện, điện trường giữa A và B giảm, biến đổi theo thời
gian, theo luận điểm thứ hai của Maxwell, điện trường biến đổi ở 0 sẽ sinh ra một từ trường nghĩa là tại các điểm M, M1,M2,… xuất hiện các vectơ cường độ từ trường ,
…cũng biến đổi theo thời gian.
Theo luận điểm thứ nhất của Maxwell, từ trường biến đổi theo thời gian lại sinh ra điện trường xốy, do đó tại các điểm M, M1,M2 …lại xuất hiện các vectơ
cường độ điện trường. Như vậy, trong q trình phóng điện giữa A và B cặp vectơ và ln chuyển
hố cho nhau và được truyền đi từ điểm này tới điểm khác trong không gian, q trình truyền đó tạo thành sóng điện từ.
Sóng điện từ là trường điện từ biến đổi truyền đi trong khơng gian.

CHƯƠNG 2. PHƯƠNG TR ÌNH SĨNG ĐIỆN TỪ

2.1 Khái niệm sóng điện từ

Trường điện từ tồn tại khi khơng có điện tích được gọi là sóng điện từ.

2.2 Hệ phương trình Maxwell mơ tả trường điện từ tự do

Để thấy được thực chất của trường điện từ, ta phải khảo sát đầy đủ hai tương quan:
 Từ trường biến thiên tạo ra điện trường xoáy hiện tượng cảm ứng điện từ.  Điện trường biến thiên tạo ra từ trường xốy hiện tượng dòng điện dịch.
Điện trường lan truyền trong không gian theo thời gian tạo thành sóng điện từ. Hệ phương trình Maxwell:
 
 
 
 

rot 
E =- 
B t
rot 
B =
o
 

j+
o
∂ 
E ∂t
 

div 
E = 

o
div 
B =0 2.1
Qua hệ phương trình Maxwell, ta thấy sự có mặt của trường điện từ bao giờ cũng phải gắn với điện tích, dòng điện. Mặt khác, qua hệ phương trình Maxwell, dù
 = 0, 
j = 0 thì vẫn có thể có 
E ≠0, 
B ≠ 0. Khi đó, hệ phương trình Maxwell mơ tả điện từ ở nơi khơng có mặt điện tích, đó là trường điện từ tự do, tồn tại dạng sóng,
nên gọi là sóng điện tự do. Hệ phương trình Maxwell lúc đó trở thành: