106.电火花和电磁辐射
主题:
汽车辐射大家都知道电火花会对收音机和电视机产生干扰。在有雷电时,在操作开关时或在电动机运行时,我们所收听到的调幅信号中夹有噼啪的噪声。如果汽车中没有安装消除干扰的电路,汽车发动机中的电火花也会产生这种干扰。在赫兹证明电磁波存在的原始实验中,电火花起着很重要的作用。
人们普遍认为,产生这种干扰的电磁辐射来自火花隙(spark gap):
“电火花产生高频脉冲。这种脉冲必须加以消除,否则就无法进行各种测量……”
“……与电火花一起产生的是以电振荡形式出现的放电现象。电火花从一个球跳到另一个球。这样,两球之间的火花隙就起到了发射器的作用。”
“一次电磁振荡(即一次电火花放电)就产生电磁波。这电磁波以光速向远处传播。”
我们可以从描述赫兹实验的图中发现,电磁波从振子的两个球之间的火花隙发射出来。
缺点:
电磁辐射并不是从火花隙中发射出来的,而是从导体中发射出来的。火花隙仅仅是很小的一部分。在赫兹实验中,整个天线都在发射电磁波。火花隙的作用是连接天线两部分的开关。当电压到达某一值时,就会在这里产生电火花。
要获得很强的电场和磁场(闭合开关后),这个电压值必须是很大的。在充电时,天线的两半部分必须是断开的。我们简单地用电火花而不是用通常的开关来连接这两半部分。只要一放电,这两部分导体就被连接起来了。即使在振荡中电压值为零,电火花也不会消失,因为空气被电离了。
对于电灯开关或电动机中的电刷,它们也同样会发出电火花。在这里,电磁波的发射也不是仅发生在电火花中,而是发生在当电路开放时有振荡电流流过的整个导体上。因此,电火花是发射电磁波的必要条件,而波源是电流发生快速变化的地方,即整个导体。
历史:
大家都知道,有电火花时就会有噼啪的噪声。电火花很引人注目,从它那里会有光和声音发出来。看来,“电火花也是电磁波的波源,它产生了干扰作用”的结论是似是而非的。
学生们知道偶极天线的有关知识:整个天线在发射电磁波。尽管上述错误概念与学生
们的这一知识是相矛盾的,但它还是普遍存在着。
建议:
我们要清楚地告诉学生,电火花仅仅起着自动开关的作用。火花隙在两个金属导体之间建立了一种连接。
Friedrich Herrmann, Karlsruhe Institute of Technology