Doświadczenie Hertza (na deser)

Grzegorz Karwasz, Andrzej Krzysztofowicz

Zmodyfikowana zapalniczka piezoelektryczna (Fot. D. Pliszka)H. R. Hertz w swoich poszukiwaniach "fal Maxwella" w 1887 r. używał jako nadajnika cewki Ruhmkorffa, anten o różnych kształtach zaś przeskok iskry obserwował pod mikroskopem. Doświadczenie to można łatwo powtórzyć używając piezoelektrycznego zapalacza do gazu (15 zł) i małej neonówki (np. ze wskaźnika napięcia sieciowego za 3 zł).

Do zapalacza, po zdjęciu metalowego kapturka, należy podłączyć antenę nadajnika - dwie igły, druty do robót ręcznych lub kawałki miedzianego przewodu (np. grubego drutu transformatorowego). Odbiornik - to dwa identyczne druty, połączone przez neonówkę, umieszczone równolegle, w odległości 5-30 cm od nadajnika (dłuższe druty pozwalają na większą odległość między nadajnikiem a odbiornikiem). Druty muszą być izolowane od podłoża, np. leżeć na fajansowym półmisku (stół nie jest dobrym izolatorem) lub wisieć rozpięte na dwóch sznurkach.

Doświadczenie Hertza 
(Fot. IF PAP Słupsk)Naciskanie zapalacza powoduje zapalenie się neonówki. Ognik w neonówce jest intensywniejszy, jeśli między drutami nadajnika przeskakuje iskra (należy dobrać odpowiednio przerwę w nadajniku). Aby udowodnić, że zjawisko nie jest spowodowane przepływem jakiś ukrytych prądów (np. po powierzchni talerza) warto pokazać, że ognik pojawia się również bez iskry w nadajniku - w trakcie samego ładowania się drutów nadajnika (bez iskry) lub w czasie ich rozładowania (po zbliżeniu naładowanych drutów tak, aby przeskoczyła iskra). Jest to dowód tezy Maxwella - zmieniające się pola elektryczne (w tym przypadku szybko powstające lub zanikające pola elektrostatyczne wokół drutów nadajnika) powoduje powstanie fali elektromagnetycznej.

Kryształ kwarcu (Fot. D. Pliszka)Samo zjawisko piezoelektryczne polega na tym, że przy ściskaniu lub rozciąganiu niektórych materiałów na ich krawędziach pojawiają się ładunki elektryczne. Do tych materiałów, które zaliczamy do klasy kryształów, należą np.: kwarc, turmalin, sól Seignette'a, blenda cynkowa, ferroelektryki, czy też tytanian baru BaTiO3 stosowany jako dielektryk w kondensatorach elektrycznych.

Prądy w zjawisku piezoelektrycznym są niewielkie, ale napięcia rzędu 10 kV - przesuwanie gołą ręką naładowanych drutów kończy się niemiłym wstrząsem. Zapalanie się neonówki świadczy o powstawaniu napięcia w odbiorniku rzędu 100 V. Naładowane druty nadajnika leżące np. na stole po obiedzie (a przed deserem), przyciągają okruchy. Piezoelektryczny zapalacz do gazu można wykorzystać też do demonstracji zjawisk elektrostatycznych jak np. ilustracji prawa Coulomba.

Kryształy piezoelektryczne znajdują szerokie zastosowanie w technice i urządzeniach pomiarowych, w których są wykorzystywane jako elementy przetwarzające impulsy mechaniczne w elektryczne i odwrotnie.

Podczas prób nad 
doświadczeniem Hertza z długimi antenami (IF PAP Słupsk)

Zmodyfikowana wersja artykułu opublikowanego na łamach czasopisma Foton, Nr 80, str. 66, wiosna 2003.
Aktualizacja: Andrzej Krzysztofowicz