Giáo viên hướng dẫn : tskh. Lê Văn Hoàng Nhóm thực hiện: Đỗ Thị Thu Hà Vũ Thanh Huy Nguyễn Văn Hùng Hoàng Văn Hưng

II.3.Bộ rung điện Herzt - bằng chứng thực nghiệm cho lý thuyết trường điện từ

tải về 325.08 Kb.

trang	5/8
Chuyển đổi dữ liệu	05.08.2016
Kích	325.08 Kb.
	#13701

1 2 3 4 5 6 7 8

II.3.1.Cấu tạo
II.3.2.Kết quả thí nghiệm
II.3.3.Phát hiện ra sóng điện từ
II.3.4.Kết luận
II.4.Tương tác điện từ - thuyết trường lượng tử (QED)

II.3.Bộ rung điện Herzt - bằng chứng thực nghiệm cho lý thuyết trường điện từ.

Năm 1887 Herzt đã chế tạo được máy phát dao động điện cao tần, còn gọi là bộ rung Herzt, dùng sự phóng điện với tần số khoảng một trăm triệu Hz trong mạch điện. Herzt đã tạo ra được sóng điện từ như lý thuyết Maxwell tiên đoán và đã chứng minh rằng sóng điện từ và sóng ánh sáng là một.

II.3.1.Cấu tạo:

Bộ rung Herzt gồm 2 dẫn thẳng, ở đầu mỗi dây dẫn có một vật dẫn hình cầu (hoặc hình thon dài), ở đầu kia có một hòn bi kim loại nhỏ. Giữa 2 hòn bi là một khe nhỏ để phóng tia điện. Hai dây dẫn được nối với một cuộn cảm ứng và khi phóng tia lửa điện ở khe nhỏ thì trong mạch xuất hiện những dao động điện có tần số cao.

Để phát hiện những dao động điện tần số cao đó, ông dùng một bộ cộng hưởng là một dây dẫn được uốn thành hình chữ nhật hoặc hình tròn có khe nhỏ để phóng điện.

BỘ RUNG HERZT ĐẦU TIÊN VÀO NĂM 1886

II.3.2.Kết quả thí nghiệm

Khi cho tia điện phóng ở khe có bộ rung thì ở khe bộ cộng hưởng cũng xuất hiện các tia điện. Độ lớn của các tia điện ở bộ cộng hưởng phụ thuộc vào kích thước và vị trí của 2 mạch điện. Khi tần số riêng của bộ cộng hưởng bằng tần số dao động của bộ rung thì có hiện tượng cộng hưởng và các tia điện là lớn nhất, dễ quan sát nhất. Với thiết bị trên ông đã phát hiện ra dòng điện dịch và quá trình cảm ứng do dòng điện dịch gây ra.

Ông đã nghiên cứu được sự ảnh hưởng của điện môi đối với quá trình cảm ứng và xác lập được mối quan hệ giữa các lực điện động lực học và sự phân cực điện môi đúng như lý thuyết Maxwell đã dự đoán. Như vậy lần đầu tiên lý thuyết điện từ trường của Maxwell đã được thực nghiệm khẳng định. Tuy nhiên cho đến thời điểm này Hertz vẫn chưa phát hiện ra sóng điện từ trong các thí nghiệm của mình.

II.3.3.Phát hiện ra sóng điện từ

Năm 1888 Hertz tiếp tục nghiên cứu thí nghiệm của mình với bộ rung và bộ cộng hưởng ở những khoãng cách lớn hơn, và lần này Hertz đã quan sát sóng điện từ trong các thí nghiệm. Trong quá trình tiến hành các thí nghiệm Hertz qua sát thấy rằng nếu bộ rung cách bộ phát dưới 1m thì sự phân bố các lực điện tương tự như đối với trường của một lưỡng cực điện. Nhưng với khoảng cách lớn hơn 3m thì trường giảm chậm hơn và theo các phương khác nhau thì biến đổi khác nhau. Theo phương của bộ rung nó giảm nhanh hơn và ở khoảng cách 4m đã là rất yếu. Theo phương vuHertz góc nó giảm chậm hơn và ở khoảng cách 12m vẫn còn quan sát được. Hertz nhận thấy các kết quả thu được hoàn toàn trái ngược với thuyết tác dụng xa.

II.3.4.Kết luận

Sau đó, Hertz phân tích những kết quả thực nghiệm đó trên cơ sở lý thuyết của Maxwell và Hertz đã viết lại các hệ phương trình Maxwell theo dạng gần giống với dạng hiện nay.

Khi giải hệ phương trình này, Hertz tìm ra kết quả là ở gần bộ rung trường tạo ra giống như trường tĩnh điện của một lưỡng cực và từ trường của một yếu tố dòng. Nhưng khi ở những khoảng cách xa, bộ rung tạo ra một trường là một trường sóng, cường độ của nó giảm tỉ lệ với bình phương khoảng cách. Trường đó lan truyền trong không gian với vận tốc bằng vận tốc ánh sáng trong chân không. Lưỡng cực bức xạ mạnh nhất theo phương vuông góc với trục của nó và không bức xạ theo phương của trục. Những kết quả nghiên cứu lý thuyết đó hoàn toàn phù hợp với kết quả mà Hertz đã thu được bằng thực nghiệm.

Như vậy Hertz đã xây dựng cơ sở thực nghiệm vững chắc cho lý thuyết của Maxwell. Hertz đã tạo ra sóng điện từ như lý thuyết Maxwell tiên đoán và đã chứng minh rằng sóng điện từ và sóng ánh sáng là một. Hertz đã tạo ra cho các phương trình Maxwell một hình thức thuận tiện hơn và bổ sung thêm cho lý thuyết Maxwell bằng lý thuyết bức xạ điện từ. Những công trình nghiên cứu của Hertz chính là những bằng chứng thực nghiệm khẳng định sự thắng lợi rực rỡ của lý thuyết Maxwell.

Những thí nghiệm của Hertz có tiếng vang mạnh mẽ và thúc đẩy nhiều nhà khoa học khác tiếp tục khảo sát thực nghiệm để khẳng định lý thuyết Maxwell. Đặc biệt Lebedev (1866 - 1912), nhà bác học người Nga đã có những đóng góp qua trọng.

Năm 1895, Lebedev đã hoàn chỉnh phương pháp của Hertz và tạo ra những sóng điện từ rất ngắn (khoảng 6mm ).

Lebedev cũng là người đầu tiên đo được bằng thực nghiệm áp suất ánh sáng mà Maxwell đã tiên đoán. Năm 1901, Lebedev đã công bố công trình “Khảo sát thực nghiệm về áp suất ánh sáng”. Công trình này đã gây một ấn tượng rất mạnh mẽ đối với Thomson. Ông nói: “Tôi suốt đời đã chống lại Maxwell, thế mà bây giờ Lebedev đã quy hàng trước thí nghiệm của ông ta”.

BỘ RUNG HERZT

II.4.Tương tác điện từ - thuyết trường lượng tử (QED)

Trong suốt những năm 30 và 40 của thế kỷ XX, các nhà vật lý lý thuyết dưới sự dẫn dắt của Paul Dirac, Wolfgang Pauli, Julian Schwinger, Freeman Dyson, Sin-Intiro Tomonaga, Feynman và nhiều người khác, đã nỗ lực không mệt mỏi để tìm ra một hình thức luận có khả năng mô tả được sự náo động của thế giới vi mô .

Họ đã nhận thấy rằng phương trình sóng của Schrodinger thực ra chỉ là sự mô tả gần đúng của vật lý vi mô - một sự gần đúng đã cho kết quả rất tốt khi người ta chưa thăm dò sâu hơn vào sự náo động vi mô đó (cả về lý thuyết lẫn thực nghiệm), nhưng chắc chắn sẽ thất bại nếu người ta đi sâu hơn. Một yếu tố căn bản của vật lý học mà Schrodinger đã bỏ qua trong hình thức luận cơ học lượng tử của ông là thuyết tương đối hẹp.

Nhưng các nhà vật lý đã nhận thấy rằng thuyết tương đối hẹp phải đóng vai trò trung tâm trong một lý thuyết lượng tử đích thực. Sở dĩ như vậy là bởi vì sự náo nhiệt cuồng loạn trong thế giới vi mô đòi hỏi chúng ta phải thừa nhận rằng bản thân năng lượng có thể có nhiều cách thể hiện do hệ thức nổi tiếng E = mc², một kết quả thuyết tương đối hẹp.

Bỏ qua thuyết tương đối hẹp là Schrodiger đã bỏ qua khả năng biến đổi lẫn nhau giữa năng lượng, vật chất và chuyển động. Ban đầu, để sát nhập thuyết tương đối hẹp với cơ lượng tử, các nhà vật lý tập trung nỗ lực đột phá nhằm vào lực điện từ và sự tương tác của nó với vật chất. Nhờ một loạt những phát triển đầy mà đỉnh cao là giải thích thành công sự dịch chuyển Lamb họ đã cho ra đời điện động lực học lượng tử lý thuyết chính xác nhất trong số các lý thuyết đến tận ngày nay.

tải về 325.08 Kb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn:

1 2 3 4 5 6 7 8