Радиоволны

До сих пор мы говорили только о том, как возникают световые, то-есть видимые электромагнитные волны. Как же получить невидимые электромагнитные волны — радиоволны, частота которых в миллионы раз меньше частоты световых волн. Как заставить электрон колебаться в миллион раз медленнее, чем колеблется оптический электрон в атоме? Для того чтобы ответить на этот вопрос, представим себе лезвие от безопасной бритвы, но уже не прижатое пальцем к краю стола, а крепко зажатое в тиски (рис. 7, а). Как изменить частоту колебаний лезвия, как заставить лезвие колебаться медленнее?

Ответ прост. Надо повернуть рукоятку тисков, вытянуть немного лезвие и снова закрепить его в тисках (рис. 7, б). Новый, более длинный кусок лезвия будет колебаться с меньшей частотой, чем прежний короткий кусок. При этом звук будет ниже.

Ответ действительно прост, но проку от него мало. Во-первых, таким образом можно уменьшить частоту колебаний всего лишь в несколько раз. Во-вторых, то, что можно сделать с тисками, нельзя сделать с электроном. Не в нашей власти изменить силы притяжения между ядром атома и электроном. Мы можем заставить светиться атомы разных веществ, и они будут излучать световые волны разного цвета, но мы не можем изменить частоту колебаний электрона в каком-либо определённом атоме.

Как же, однако, заставить лезвие колебаться с частотой во много раз меньшей, чем та, с которой оно колеблется в тисках? Для этого надо вытащить его из тисков и подвесить на длинной нитке. Получится своеобразный маятник. Если его качнуть, он будет колебаться, и притом колебаться медленно. При этом здесь мы можем резко менять частоту колебаний, удлиняя или укорачивая нитку. Так, при длине нити в 1 метр маятник

image

Рис. 7. Изменяя положение лезвия в тисках, можно менять частоту колебаний лезвия.

будет совершать одно колебание в две секунды. Иными словами, частота колебаний маятника будет равна 0,5 колебания в секунду. Если взять нить в 10 метров, то одно колебание будет совершаться в 6,3 секунды, а частота равна 0,16 колебания в секунду.

Теперь мы знаем, что нужно сделать для того, чтобы заставить электрон медленно колебаться. Нужно прежде всего вырвать его из «атомных тисков». Можно ли это сделать? Можно. Только сделать это гораздо труднее, чем вытащить из тисков лезвие, потому что силы притяжения между ядром и электроном нельзя «выключить» поворотом какой-нибудь рукоятки.

К счастью, нам нет надобности заниматься этой сложной задачей. Дело в том, что среди всех веществ есть одна замечательная группа веществ, называемая металлами. Металлы отличаются от остальных веществ тем, что в них, наряду с «привязанными», входящими в состав атомов электронами содержится очень большое количество свободных, «непривязанных» электронов, путешествующих между атомами по всей толще металла. Вот, с помощью этих электронов и получают медленно колеблющиеся (по сравнению со световыми) радиоволны. Именно эти электроны особенно сильно раскачиваются, когда на металлическое тело падает невидимая радиоволна.

Для того чтобы заставить лезвие медленно колебаться, недостаточно вынуть его из тисков или взять готовую пачку лезвий, — надо ещё подвесить эту пачку на нитку, сделать маятник. Таким же образом свободные электроны в металле не колеблются сами по себе с частотой радиоволн. Для этого нужно устройство, подобное маятнику, — «электрический маятник». Такой «электрический маятник», в котором свободные электроны колеблются с нужной нам частотой, называется колебательным контуром. Он входит в состав всех радиоустановок.