电磁波的辐射

图12.24　LC电磁振荡电路

在讨论电磁波传播之前回顾一下电磁振荡电路，最简单最基本的无阻尼自由振荡可由LC电路产生，如图12.24，电容器极板上的电荷和电路中的电流都是周期性变化的，故电容器极板间的电场和自感线圈中的磁场也是周期性变化的，根据麦克斯韦电磁场理论，振荡电路应能够辐射电磁波．

要想在空间形成电磁波，就必须有波源．通过刚才的分析，LC振荡电路似乎是最合适的波源．电磁理论证明，电磁波在单位时间内辐射的能量与频率的四次方成正比，故振荡电路的固有频率越大，向外辐射的电磁波越强．而振荡电路中，由于L、C都比较大，其固有频率（）很小，很难向外辐射电磁波．而且在振荡过程中，电场能和磁场能几乎只是在自感线圈和电容器之间来回交换．以上因素不利于电磁波的辐射，辐射功率极小，要想向外辐射电磁波，必须减小L和C的数值．

如果把电容器极板间的距离拉开增大，同时把自感线圈放开拉直，最后形成一条直线，如图12.25，这样电场和磁场就分散到周围的空间中．同时，由于L和C都减小了，电路的振荡频率也因此提高，因而它就能辐射电磁波并向周围空间传播．这样直线形的电路，电流在其中往复振荡，两端交替出现正负等量异号电荷，称为振荡偶极子．任何振动电荷或电荷系都是发射电磁波的波源，如天线中振荡的电流、原子或分子中电荷的振动都会在其周围空间产生电磁波．

图12.25　提高振荡电路的固有频率并开放电磁场的方法

赫兹采用振荡偶极子，实现了发送和接收电磁波，如图12.26所示，从感应线圈的两个电极，分别接出一根12英寸长的黄铜棒，每一根铜棒的一头接上一个大黄铜球，另一头则接上小黄铜球，让铜球相对摆置，组成电磁波产生器，通电时两个铜球之间会产生高频振荡火花．另外用一根细的铜导线弯成圆弧形，圆弧两端各接一个小黄铜球，铜球并不接触而形成缺口，缺口的大小可随意调整，这个装置作为电磁波接收器，称为谐振器．适当调整摆设方位和铜球间距，会发现接收器也出现小火花．赫兹在实验中首次观察到了电磁波的存在，更经由实验让大家了解到电磁波的直线传播性质，以及反射、折射、干涉、绕射等更多关于电磁波的特性．这样由法拉第开创，麦克斯韦建立，赫兹验证的电磁场理论向全世界宣告了它的胜利．

图12.26　赫兹实验