Электромагниттік толқындар шығару. Герц тәжірибелері - Физика, 11 сынып, 17 - сабақ

Сабақтың мақсаты:

1. Білімділік мақсаты: Оқушы білімін, іскерлігін, дағды деңгейін бақылау, бағалау. Герц тәжірибелерімен таныстырып солар жайлы түсінік қалыптастыру.
2. Дамытушылық мақсаты: Оқушылардың білім деңгейін және білім мазмұнының тұрақтылығы мен оны игерудегі іскерлік пен дағдыны бақылау.
3. Тәрбиелік мақсаты: Адамгершілікке, ұқыптылыққа, алғырлыққа, отансүйгіштікке, табиғатты аялауға, сыйластық пен әдептілікке баулу.

Сабақтың түрі:жаңа білімді қалыптастыру, жалпылау
Сабақтың әдіс-тәсілдері:  Әңгіме, лекция, дискуссия, кітаппен жұмыс.
Сабақтың көрнекіліктері: плакаттар, суреттер, 

Сабақтың барысы:

І. ДК. Ұйымдастыру кезеңі:  
1. Сәлемдесу;
2. Оқушыларды түгендеу;
3. Сынып болмесінің тазалығын тексеру;
4. Оқушылардың сабаққа дайындығын тексеру (жұмыс орны, отырыстары, сыртқы түрлері);
5. Оқушылардың назарын сабаққа аудару.

ІІ. ДК. Үй тапсырмасын тексеру, қайталау.
А) теориялық білімдерін тексеру.
Ә) практикалық тапсырмаларын тексеру.
Б) есептерін тексеру.

ІІІ.ДК Білімді жан-жақты тексеру./ ІV. ДК. Жаңа материалды қабылдауға әзірлік, мақсат қою.  
Бүгінгі негізгі мақсатымыз оқулық бойынша Герц тәжірибелерімен танысамыз.

1. Фарадейдің қандай идеялары Максвелдің теориясында жалғасын тапты?
2. Құйынды электр өрісінің көзі не?
3. Өткізгіштік ток пен ығысу тогының ұқсастығы мен айырмашылығы неде?
4. Потенциалдық және құйынды өрістердің айырмашылықтары қандай?
5. Қандай толқынды электромагниттік толқын дейді?
6. Электромагниттік толқынның таралу бағытын қалай анықтауға болады?

V. ДК.Жаңа материалды меңгерту: 

Герц тәжірибелері
Герц электромагниттік толқындары жоғары кернеу көзінің көмегімен вибраторда тез ай­нымалы тоқтың импульстар сериясын қоздыру арқылы шығарып алды. Вибратордағы электр зарядтарының тербелістері электромагниттік толқын туғызады. Бірақ вибратордағы тербелістерді жасайтын жалғыз ғана зарядтаулы бөлшек емес, үйлесімді түрде қозғалатыны өте көп электрондар жиынтығы. Электромагниттік толқында Е және В векторлары бір-біріне перпендикуляр және Е векторы вибратор арқылы өтетін жазықтықта жатады, ал В векторы осы жазықтыққа перпен­дикуляр. Толкындардың шығып таралу интенсивтігі вибратор осіне перпенди­куляр бағытта ең көп (максимум) болады. Өстің бойымен толқын шығып таралмайды.

Герц электромагниттік толқындарды, құрылысы толқын шығаратын вибратордың құрылысы сияқты вибратордың (резонатордың) көмегімен қабылдап тіркеді. Электромагниттік толқындардың айнымалы электр өрісі әсерінен қабылдаушы вибраторда тоқ тербелістері қоздырылады. Егер қабылдаушы вибратордың меншікті жиілігі электромагниттік толқынның жиілігімен дәл келсе, резонанс байқалады. Резонаторды толқын шығарушы вибраторға па­раллель орналастырса, онда резонатордағы тербелістер үлкен амплитудамен өтеді. Бұл тербелістерді Герц қабылдаушы вибратордың өткізгіштерінің өте кішкене аралығындағы ұшқындары бақылау арқылы аңғарған.
Герц электромагниттік толқындарды шығарып алып қана қойған жоқ, сонымен қатар олардың басқа толқындар тәрізді екендігін де байқады. Атап айтқанда, ол электромагниттік толқындардың металл табақтан шағылатынын және толқындардың қосылуын бақылады. Вибратордан келген толқынды металл табақтан шағылған толқынмен қосқанда, тербелістердің максимумы және минимумы пайда болады. Резонаторды жылжыта отырып, максимумдардың орнын табуға және толқын ұзындығын анықтауға болады.

Электромагниттік толқындардың жылдамдығы. Герц тәжірибелерінде толқын ұзындығы бірнеше ондаған сантиметр болып шыққан. Вибратордағы электрмагниттік тербелістердің меншікті жиілігін есептеп алып, Герц электромагниттік толқындардың жылдамдығын формуласы бойынша анықтады. Ол жарық жылдамдығына тең екен:   с» 300   000  км /с .
Герц тәжірибелері Максвеллдің теориялық болжамдарының дұрыс екендігін ойдағыдай дәлелдеді.

Ашық тербелмелі контур
Алайда электрмагниттік тербелістердің жиілігі үлкен болуы интенсивті (күшті) элек­тромагнит, толқындар шығарып алудың кепілі бола алмайды. 

1-сурет кескінделген әдеттегі контурда (оны жабық контур деуге болады) магнит өрісі түгел дерлік катушканың ішінде, ал электр өрісі - конденсатордын ішінде жинақталған деуге болады. Контурдан алыс жерде электромагниттік өрісті жоқ деуге болады. Мұндай контур электрмагниттік толқындарды өте нашар шығарып таратады. Электромагниттік толқындарды шығарып алу үшін Герц, қазірде Герц вибраторы деп аталатын қарапайым құрылғыны пайдаланды. Бұл құрылғы ашық тербелмелі контур болып табылады.



Конденсатор пластиналарының арасын біртіндеп алшақтатып (2-сурет), олардың аудандарын кішірейте отырып және сонымен бір мезгілде катушканың орам сандарын азайта отырып, жабық контурдан ашық контурға көшуге болады. Ақырында жай түзу сым шығады. Ашық тербелмелі контур дегеніміз осы. Герц вибраторының сыйымдылығы және индуктивтігі аз. Сондықтан тербелістер жиілігі ересен үлкен.
Ашық контурда зарядтар өткізгіштің ұштарында шоғырланбаған, олар өткізгіштің оне бойына таралған. Берілген уақыт мезетінде тоқ өткізгіштің барлық қималарында ылғи бір жаққа бағытталған, бірақ өткізіштің әр түрлі қималарында тоқ күші бірдей емес. Ұштарында нөлге тең, ал ортасында максималь мәніне жетеді. (Әдеттегі айнымалы тоқ тізбегінде берілген уақыт мезетінде тоқ күші барлық қимада да бірдей екенін ескертейік.) Электромагниттік өpic контур маңындағы кеңістікті түгел қамтиды.

 
Әлгіндей контурда тербелісті қоздыру үшін Герцтің заманында былай істеген. Сымды ортасынан, кішкене ауа аралық қалатындай етіп (оны ұшқындық аралық дейді) кеседі (3-сурет). Содан кейін өткізгіштің екі бөлігін де жоғары потенциалдар айырымына дейін зарядтайды. Потенциалдар айырымы бір шекті мәннен артқан кезде ұшқын атып шығады да, тізбек тұйықталып, ашық контурда тербелістер өнеді (4-сурет).

Ашық контурда тербелістер екі себептен өшеді: біріншіден контурдың актив кедергісі бар болуынан, екіншіден, вибратор электромагниттік толқындарды шығарып таратады, осыдан энергия шығындалады. Тербелістер тоқтағаннан кейін, тоқ көзі екі өткізгішті қайыра зарядтайды да (ұшқындық аралықта тесіп өту басталғанға дейін), бәрі басынан бастап қайталанады.
Осы кезде ашық тербелмелі кон­турда өшпейтін тербелістер шығарып алу үшін, оны транзисторлы генератордың немесе басқа типті генераторлардың тербелмелі контурымен индуктивті байланыстырады.
VІ. ДК. Оқытылып отырған  оқу материалын қабылдаудағы оқушы түсінігін тексеру.
§3.3 дайындық сұрақтарын талдау.

1. Неліктен жабық тербелмелі контур электромагнитті толқынды шығарып тарата алмайды?
2. Неге ашық вибраторда эм тербеліс кезінде толқын шығарылады?
3. Герцтің эм толқынды қоздыру және тіркеу тәжірибелерін түсіндіріңдер?
4. Таратқыш және қабылдағыш вибраторларда ұшқындық аралық қандай рөл атқарады?
5. Қандай физикалық процестер эм толқын көзі болып табылады?

VІІ. ДК. Оқытылып отырған оқу материалын бекіту немесе дағдыландыру жұмыстарын жүргізу.

1. Есептер шығарту: (3.3.1.)

VIІI.ДК. Бағалау. Үй тапсырмасын беру: §3.3. Есептер  (3.3.2.), (3.3.3.)