正文 第7章 電磁波的發現(2 / 2)

赫茲先取一塊金屬箔片C,當把C向AA′靠近時,看得出它對B放電的影響,因為“中性點”必須改變位置。他詳細地做了試驗,證明這是由於在金屬C中產生的感應電流影響了電磁場的分布。

然後,他又拿一塊重800千克的瀝青塊D放在AA′下麵,瀝青塊長14米,寬04米,高06米,實驗結果正如麥克斯韋理論所預計的,絕緣體也會影響電磁場的分布。

接著,赫茲用許多不同的材料研究它們對放電的影響,證明這些都是由於空間電磁場重新分布的結果。

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′平麵與地板垂直,在圖中赫茲標了一條基線。下麵是距離標記,以離AA′中心點45厘米處計程。

實驗在一間15米×14米的大教室進行,在基線的12米內無任何家具。整個房間遮黑,以便觀察放電火花。次回路,就是那個半徑為35厘米的圓環c或邊長60厘米方形導線框B。根據麥克斯韋理論,已經知道這個速度大概是每秒30萬千米。要直接測這樣的速度是十分困難的。赫茲想起了20年前他的老師孔特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、水管等連接,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。

根據電容器的振蕩理論赫茲算得電磁振蕩的周期。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,兩者相差大約為10%,赫茲證實了電磁波的速度就是光速。

為了進一步考察電磁波的性質,赫茲又設計了一係列實驗,其中有聚焦、直進性、反射和折射。

他用2米長的鋅板,彎成拋物柱麵形,柱麵的焦距大約為125厘米。他把發射振子和接收振子分別安在兩塊柱麵的焦線上,調整感應圈使發射振子產生電火花。當兩柱麵正好麵對時,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。

赫茲還用高15米、重500多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。他測得最小偏向角時偏角為22°,三棱鏡的棱角為30°,由此算出瀝青對電磁波的折射率為169。

赫茲在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麵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。”

赫茲的成功證實了麥克斯韋的理論預見。他實現了法拉第想到卻由於條件所限做不到的事情。從赫茲到麥克斯韋,從麥克斯韋到法拉第,追根溯源,我們不僅要對實驗家和理論家表示欽佩,更忘不了先驅者的燦爛光輝。說到法拉第的偉大思想,又使我們想到他還有一項了不起的預見,指引了另一位實驗家作出了又一項發現。