توليد الموجات الكهرومغناطيسية من الشحنات المعجلة

اكتشاف هرتز

أول من تمكن من توليد الموجات الكهرومغناطيسية العالم الألماني هرتز عام 1887 بإحداث شرارة كهربائية بين قطبي الملف الثانوي لجهاز ملف الحث عند توافر انحدار جهد كافٍ بينهما. ونجح في استقبالها في فجوة بين نهايتي حلقة معدنية إذ لاحظ تولد شرارة بينهما عند وضع معين من غير وجود أسلاك توصيل بين المرسل والمستقبل، ولا تُستقبل الشرارة إلا إذا كانت الحلقة ذات قطر محدد وموضوعة بحيث يكون الخط الفاصل بين طرفي فتحتها موازياً للخط الواصل بين القطبين المولد للشرارة.

الشحنات والمجالات

• الشحنة النقطية الساكنة تولد حولها مجالاً كهربائياً فقط.
• الشحنة المتحركة بسرعة ثابتة تولد مجالين كهربائي ومغناطيسي ثابتين.
• الشحنات المعجلة تولد مجالين كهربائي ومغناطيسي متذبذبين ينتشران في الفضاء (موجات كهرومغناطيسية).

توليد الموجات في هوائي الإرسال (ثنائي القطب الكهربائي)

يُربط ساقان معدنيان (ثنائي قطب كهربائي) إلى مصدر فولطية متناوب (مذبذب كهربائي):

1. عند ربط قطبي المذبذب تبدأ الشحنات الموجبة بالحركة في الساق العلوي نحو الأعلى والسالبة في الساق السفلي نحو الأسفل، وتتجه خطوط القوة الكهربائية من الطرف الموجب إلى الطرف السالب، وتكون خطوط القوة المغناطيسية دوائر بمستويات عمودية على خطوط المجال الكهربائي.
2. في اللحظة التي تبلغ فيها القوة الدافعة الكهربائية (emf) مقدارها الأعظم تصل الشحنات إلى الطرفين البعيدين للساقين وتصبح سرعتها صفراً.
3. عندما تبدأ الـ emf بالتناقص ينعكس اتجاه حركة الشحنات فتتحرك نحو بعضها، فتتقارب نهايات خطوط المجالين لتكوّن حلقة مغلقة عند وصول الشحنتين إلى نقطتي بدء حركتهما، وتنتشر الحلقات في الفضاء مبتعدة.
4. عندما تتنامى الـ emf من جديد بالاتجاه المعاكس (انقلاب القطبية) تصبح الشحنة السالبة في الساق العلوي والموجبة في السفلي، فيصبح المجالان الكهربائي والمغناطيسي باتجاه معاكس لاتجاههما السابق.

ومن هذا التتابع تتكون حلقات مغلقة لخطوط القوى الكهربائية والمغناطيسية في مستويات متعامدة تنتشر بعيداً عن ثنائي القطب الكهربائي تمثل جبهات الموجات الكهرومغناطيسية.