Elektromagnetlainete tekitamine, Hertzi katsed

Maxwelli puhtteoreetiline järeldus elektromagnetlainete olemasolu kohta ei jõudnud tema eluajal saada katselist kinnitust. Alles aastal 1888 tuli saksa füüsik Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) toime elektromagnetlainete tekitamise ja registreerimisega. Oma katsete korraldamisel lähtus Hertz teadmisest, et piiratud ruumiosas toimuva elektromagnetvõnkumise tekitamiseks on vajalik suletud võnkering . Ruumis lainena leviva võnkumise saamiseks tuleb seega kasutada avatud võnkeringi, mille korral elektromagnetväli ei jää enam võnkeringi detailide sisemusse.

 

Üleminekul suletud võnkeringilt avatule eemaldatakse konden­saatori plaate teineteisest seni, kuni plaatidevahelise elektrivälja jõujooned täidavad kogu ümbritseva ruumi (J. 2.46). Elektrivälja muutumisega kaasneb magnetvälja teke. Muutuvad väljad hakkavad lainena edasi levima. Elektromagnetlainete tekkimist nimetatakse sageli ka nende kiirgumiseks.
Avatud võnkeringina talitles ka Hertzi peamine katseseade. Selle kahte samal sirgel paiknevat metallvarrast laadis Hertz kõrge­pingeallika abil vastandmärgiliselt seni, kuni varrastevahelises kitsas pilus tekkis hetkeline elektrivool. Vardad toimisid kondensaatori plaatidena. Elektriväli varraste vahel muutus voolu läbiminekul järsult, mis kutsuski esile elektromagnetlaine. Lainete regist­reerimiseks kasutas Hertz teist samalaadset seadet, mille varraste vahel tekkiv säde näitas võnkumiste olemasolu ja seega laine päralejõudmist.

Hertzi katseid võib ka korrata kooli füüsikakabinetis. Pideva elektromagnetlaine saamiseks asendame kõrgepingeallika kõrg­sagedusliku generaatoriga. Laineid tekitavat vardapaari võib sel juhul vaadelda saateantennina ja laineid registreerivaid vardaid vastuvõtu­antennina. Antenniks nimetatakse elektrijuhtide süsteemi mis, on loodud elektromagnetlainete tekitamiseks või vastuvõtmiseks. Generaatori küllaldase võimsuse korral saame voolutundliku seadmena vastuvõtuantenni otstel kasutada harilikku hõõglampi. Reeglina kiirgab saateantenn eri suundades erineva energiaga elektromagnetlaineid. Näiteks kahest vardast koosneva dipoolantenni korral on suurim varrastega ristuvas tasandis väljuva kiirguse energia (J. 2.48). Varraste sihis dipoolantenn aga ei kiirga. Elektro­magnetlainete ristlainelisust näitab katsetulemuste sõltuvus saate- ja vastuvõtuantenni omavahelisest asendist. Kõige paremini õnnestub elektromagnetlaineid registreerida juhul, kui dipoolantennide vardad on paralleelsed (ja ühtlasi paralleelsed laine E-vektoriga).

Elektromagnetlained peegelduvad metallpindadelt. See tuleneb elektrivälja suutmatusest tungida elektrit juhtivatesse kehadesse.  Elektromagnetlained difrageeruvad (levivad lainepikkusele lähedaste mõõtmetega tõkete taha). Nad interfereeruvad (liituvad) ja moodustavad seisulaineid samamoodi nagu helilained või lained kumminööris. Elektromagnetlainete interferentsist ja difraktsioonist tuleb lähemalt juttu järgmises peatükis. Seal käsitletakse ka katseid, millest järeldub, et elektromagnetlained tekivad ja kaovad kindla energiaga  portsjonite ehk kvantide kaupa. Kvante võib vaadelda osakestena, mille energia on võrdeline sagedusega  f.